超超临界锅炉均为直流炉，直流炉在启动前必须建立一定的启动流量和启动压力，强迫工质流经受热面，使其得到冷却。但是直流锅炉不像汽包炉那样有汽包作为汽水固定的分界点，水在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽，而在启停和低负荷运行过程中有可能提供的不是合格蒸汽，是汽水混合物，甚至是水。因此，直流锅炉必须配套一个特有的启动系统，以保证锅炉启停和低负荷运行期间水冷壁的安全和正常供汽。

直流炉的启动系统按其分离器在正常运行时是参与系统工作还是解列于系统之外，一般可分为内置式分离器启动系统和外置式分离器启动系统。

(2)  内置式分离器启动系统

内置式启动系统指在机组启动、正常运行、停运过程中，启动分离器均投入运行，所不同的是在锅炉启停及低负荷运行期间，启动分离器湿态运行，起汽水分离作用；而在锅炉正常运行期间（负荷高于最低直流负荷时，通常为30%BMCR或35%BMCR），从水冷壁出来的微过热蒸汽经过分离器，进入过热器，此时分离器仅起一连接通道作用。内置式启动系统的启动分离器设在蒸发区段和过热区段之间，启动分离器与蒸发段和过热器之间没有任何阀门，系统简单，操作方便，不需要外置式启动系统所涉及的分离器解列或投运操作，从根本上消除了分离器解列或投运操作所带来的汽温波动问题，但分离器要承受锅炉全压，对其强度和热应力要求较高。内置式分离器启动系统适用于变压运行锅炉。目前，在世界各国超（超）临界锅炉上，内置式启动系统得到广泛应用。

内置式的启动系统可分为扩容式（大气式、非大气式两种）、启动疏水热交换器和循环泵（并联和串联两种）方式。几种内置式分离器启动系统的简单比较见表1。

表1  内置式启动系统的分类

由表1可知，启动疏水热交换式和带再循环泵的启动系统具有良好的极低负荷运行和频繁启动特性，适用于带中间负荷和两班制运行。扩容式（大气式和非大气式）低负荷和频繁启停特性较差，但初投资较前者少，适用于带基本负荷的电厂。

①  简单疏水扩容式启动系统

在机组启动过程中，启动分离器中的疏水经大气式扩容器扩容，二次汽排入大气，二次水经集水箱、疏水泵排至凝汽器。启动系统主要由除氧器、给水泵、大气式扩容器、集水箱、AN阀、ANB阀及启动分离器等组成。

图2  简单疏水扩容器的启动系统

在锅炉启动时，分离器水位容器建立水位，此时压力为0，点火后，炉水被加热并逐渐开始蒸发产汽，分离器内开始建立压力，此时汽压通过汽机旁路门开度来维持和控制，水位由分离器排水阀控制。立式内置式分离器（或水位容器）的高度很高，主要是由于满足水位的较大波动和便于控制，因为立式容器横断面积很小，单位长度储水量不大，所以水位波动往往很大，有时波动量达±5m，甚至更大一些，特别是在炉水开始蒸发的阶段，由于水冷壁系统产生汽水膨胀现象，瞬间有大大多于给水流量的水涌往分离器，使其水位产生剧烈波动。分离器水位的控制是依靠其排水系统的阀门来实现的。为便于水位控制，以及将排水通往不同的地方，往往设置2～3只口径不同的排水阀门，这些阀门在启动阶段都依照程序自动投入，并根据水位及时调整。当机组启动并网后，并且锅炉已达到最低直流运行工况（根据不同的系统而定）时，调节煤水比，使分离器内的进水量逐渐减少，直至达到全饱和蒸汽状态，水位自动消失，排水阀门全部关闭，分离器处在“干态”下运行，这样便完成了整个启动过程，此后，锅炉负荷不断增加，进入分离器的介质由饱和汽状态开始变为微过热状态，分离器本身仅仅作为一个连接水冷壁和过热器的通道。分离器从有水位（称为湿态）到无水位（称为干态）的转换过程，被称为切除分离器的“切分”过程。

对于简单疏水扩容启动系统而言，在分离器切除之前，除了能回收部分的工质和热量之外，大部分的疏水经大气式扩容器扩容后仅回收部分工质，热量全部浪费掉了。

②  带循环泵的启动系统

在该系统中启动分离器的疏水经再循环泵送入给水管路，根据循环泵在系统中与给水泵的联接方式分为串联和并联两种型式。部分给水经混合器进入循环泵的称为串联系统，给水不经循环泵的称为并联系统。

两种布置型式的比较（见下表）

图3  带循环泵的启动系统（并联和串联）

表2：串联和并联启动系统的优缺点的比较

上海锅炉厂有限公司为江苏利港工程设计的锅炉启动系统为串联布置的带循环泵的启动系统，具体如下：

系统中包括：F-30分离器，F-31B贮水箱，F-57混合三通，F-60再循环泵及V-507最小流量调节阀，V-508最小流量隔绝阀，V-517、V-514高水位调节阀等。

锅炉设计的最低直流负荷（即本生点）为30％BMCR。

在锅炉启动阶段和低于最低直流运行工况时，启动系统投入运行，将从水冷壁出来的汽水混合物进行汽水分离，使蒸汽通向过热器，饱和水则通过调节进入再循环系统，通过循环泵再将疏水送入省煤器，保证在启动和低负荷阶段蒸发受热面足够的质量流速，并进行工质和热量的回收。本系统还设有另外一路，分离器/贮水箱中的疏水也可通过调节进入大气式扩容器和凝结水箱至冷凝器。一旦锅炉启动结束，启动系统就失去作用，仅作连接水冷壁与过热器之间的汽水通道。

图4 带循环泵的启动系统(串联)

当锅炉最初启动没有蒸汽产生时，给水泵可以不带负荷，此时进入省煤器和蒸发器的水完全来自分离器的疏水；一旦有蒸汽产生，分离器中的水位开始下降，给水泵需启动补充给水，以维持分离器水位，而此时进入省煤器和蒸发系统的流量发生变化由纯粹的疏水变成给水和疏水的混合物，这样的状态一直要维持到最低直流负荷，在该负荷以上锅炉进入直流运行方式，进入蒸发器的水全部变成蒸汽，而省煤器和蒸发器的流量完全来自于给水。

哈尔滨锅炉厂为华能玉环发电厂（2×1000MW机组）设计的锅炉启动系统为并联布置的带循环泵的启动系统，具体如下：

水冷壁的最小流量为25％ECR流量。给水经过省煤器和水冷壁加热后进入汽水分离器，在汽水分离器中蒸汽进入过热器，分离的疏水通过分离器贮水箱后分成两路，一路经过3只WDC阀和节流孔板后流入凝汽器，并经过凝结水系统、给水系统由给水泵重新打入水冷壁。经给水泵循环的流量为5％MCR锅炉蒸发量，其作用是向省煤器输送温度较低的工质，以防止省煤器沸腾。此外，每个WDC阀的下游还有与疏水扩容器的连接管道，用于排放水质不合格的工质。另一路通过启动循水冷壁的最小流量为25％ECR流量。给水经过省煤器和水冷壁加热后进入汽水分离器，在汽水分离器中蒸汽进入过热器，分离的疏水通过分离器贮水箱后分成两路，一路经过3只WDC阀和节流孔板后流入凝汽器，并经过凝结水系统、给水系统由给水泵重新打入水冷壁。经给水泵循环的流量为5％MCR锅炉蒸发量，其作用是向省煤器输送温度较低的工质，以防止省煤器沸腾。此外，每个WDC阀的下游还有与疏水扩容器的连接管道，用于排放水质不合格的工质。另一路通过启动循环泵直接打入省煤器。启动循环泵的流量为25％ECR流量和5％MCR流量的差值，约18％ECR流量，其作用是回收工质和热量。

在冷态启动时，首先需要进行冷态清洗。冷态清洗的流量为25％ECR流量。冷态清洗中水质不合格的工质不经过启动循环泵和给水泵重新进入省煤器，而直接通过3个WDC阀排入疏水扩容器，最终排入地沟。

锅炉点火后，各受热面的疏水排入疏水扩容器。分离器贮水箱的水位由WDC阀控制。在汽水分离器中产生蒸汽前的大部分时间内，只有5％MCR的流量需要通过WDC排入凝汽器，因此只开启＃1WDC阀。但当发生汽水膨胀时，分离器贮水箱的水位急剧上升，3只WDC阀需全部打开，大流量的疏水经疏水扩容器排入凝汽器。

当汽水分离器产生蒸汽后，蒸汽进入过热器，通过高、低压旁路排入凝汽器。通过启动循环泵回省煤器的流量仍保持在18％ECR的流量，通过WDC阀回凝汽器的流量则相应减少。当汽水分离器的产汽量达到5％MCR流量时，WDC阀关闭。随着产汽量的增加，通过启动循环泵的流量也相应减少，保持总给水流量为25％ECR流量。当锅炉负荷上升到25％ECR流量时，启动循环泵关闭，锅炉转为直流运行。

温态启动，热态启动和极热态启动的过程与冷态启动基本一致。但是温态，热态和极热态启动初期，锅炉4级过热器和主蒸汽管道的金属温度高于进入其中的蒸汽温度，为了防止蒸汽“冷却”4级过热器和主蒸汽管道，在3级过热器和4级过热器之间设置一个启动旁路，蒸汽通过启动旁路控制阀（EC阀）和喷水减温排入凝汽器。在此期间，高压旁路关闭，3级过热器出口蒸汽压力由EC阀控制。当3级过热器出口的蒸汽温度高于4级过热器出口的金属温度时，EC阀逐渐关闭，高压旁路阀打开，主蒸汽压力由高旁阀控制。

启动或停炉时如果启动循环泵发生故障，汽水分离器的疏水全部通过WDC阀排入凝汽器。

启动期间疏水扩容器中合格的疏水由凝结水疏水泵送入凝汽器。

③  带疏水热交换器的启动系统

姚孟电厂所引进的由SULZER公司设计、在比利时制造的直流锅炉采用的为带启动疏水热交换器的启动系统。

启动过程中汽水分离器的疏水通过启动疏水热交换器后分成两路，一路经过ANB阀流入除氧器水箱；另一路经过并联的AN阀和AA阀流入冷凝器之前的疏水箱。而后进入冷凝器。启动疏水热交换器，在省煤器及水冷壁中吸收了烟气热量的汽水分离器疏水和锅炉给水进行热交换，减少了启动疏水热损失。这种启动系统由于疏水热交换器运行压力较高，易泄漏，加之金属耗量及投资均比较大，在国内外均很少采用。

（1） 上海锅炉厂

上海锅炉厂在600MW～1000MW等级超（超）临界锅炉上引进的为阿尔斯通技术，可以提供带循环泵的再循环启动系统（其中包括引进美国阿尔斯通技术的串联启动系统和引进德国阿尔斯通技术的并联启动系统）；同时也可提供大气扩容式启动系统，二种启动系统在技术上均比较成熟；目前在国内600MW超临界锅炉已签定30多台，并为上海外高桥电厂Ⅲ期配套了2台1000MW超超临界直流锅炉。其配套的启动系统除江苏利港电厂和外高桥电厂Ⅲ期采用带循环泵的再循环系统外，其余均为不带循环泵的大气扩容式启动系统；上海石洞口二厂2×600MW机组锅炉启动系统（大气扩容式）即为阿尔斯通技术最早在国内运行的实例。

（2）哈尔滨锅炉厂

哈尔滨锅炉厂在600MW等级超临界锅炉上引进的为英国巴布科克技术，而在600MW～1000MW等级超超临界锅炉上引进的为日本三菱技术，二种技术提供的锅炉启动系统主要为带循环泵的再循环系统；目前在国内600MW超临界锅炉已签定40多台，1000MW超超临界锅炉签定了6台，其配套的锅炉启动系统均为带循环泵的再循环系统；据哈锅介绍，也可以根据业主要求提供大气扩容式启动系统，但不作为推荐，这种系统在日本三菱所有锅炉业绩中运用较少。福建后石电厂1#～4#机组（4×600MW）为全套进口的三菱重工锅炉，当时为节省投资采用启动系统既为不带循环泵的大气扩容式启动系统。

（3）  东方锅炉厂

东方锅炉厂在600MW～1000MW等级超（超）临界锅炉上引进的为日本巴布科克-日立公司（简称BHK）技术，可以提供带循环泵的再循环启动系统，同时也可提供大气扩容式启动系统，二种启动系统在技术上均比较成熟；目前在国内600MW超临界锅炉已签定20多台，并为山东邹县电厂配套了2台1000MW超超临界直流锅炉；其配套的启动系统在已签定的600MW超临界锅炉上均为不带循环泵的大气扩容式启动系统；而为山东邹县电厂提供的却为带循环泵的再循环启动系统。

（4）  北京B＆W公司

北京B＆W公司在600MW～1000MW等级超（超）临界锅炉上引进的为美国B&W公司技术，可以提供带循环泵的再循环启动系统，同时也可提供大气扩容式启动系统，二种启动系统在技术上均比较成熟；目前在国内600MW超临界锅炉已签定6台，其配套的锅炉启动系统均为带循环泵的再循环启动系统。

4 锅炉启动系统分析及结论

从国内几大锅炉厂引进技术来看，目前可提供的超超临界锅炉启动系统主要为二种：一是带泵的再循环启动系统。二是不带泵的大气扩容式启动系统；二种启动系统在技术上均比较成熟且在国内超临界机组上均有运行业绩，二种启动系统的优缺点比较如下：

（1）从启动时间上分析：由于带循环泵的启动系统在启动的整个过程中能100%吸收疏水热量，可有效缩短冷态和温态启动时间，相比于简单疏水扩容式启动系统，在冷态启动时，点火至汽机冲转时间可缩短70~80分钟；温态启动可缩短10~20分钟，该系统更适合于频繁启动、带循环负荷和二班制运行机组。

（2）从锅炉热效率上分析：带泵的启动系统与简单疏水扩容式启动系统相比，能够回收更多的热量，同时也可减小工质损失，炉水再循环确保了炉水本身所带的热量基本都回到炉膛水冷壁，在启动的大部分时间内，几乎没有什么热损失和工质损失很小。带泵的启动系统与疏水型启动系统在排放水量上有较大区别，后者在锅炉整个启动过程中，从炉膛水冷壁来的水被连续地排放导致了大量的热损失和工质损失，与此相比，带泵的启动系统只需要在锅炉启动的早期汽水膨胀阶段排水到扩容器中，在此时间段，由于排放的水是处于大气压力下的饱和水，所以热损失很小，。而且排放水的焓值也较低，不会有工质在扩容器中被蒸发掉。

简单疏水型启动系统是通过给水泵来提供必须的水冷壁最小流量，而带泵的启动系统则是通过循环泵来实现的，对于疏水型的启动过程，所有最小流量的水都在炉膛中被加热，没有蒸发成水蒸气的部分则携带着从炉膛吸收的热量被排到扩容器中，带泵的启动系统由于很小的排放水量，其热损失也很小，其启动过程中总的热损失约为疏水型启动系统的3%。

对于直流炉在启动过程中热量损失情况，西安交通大学与哈尔滨锅炉厂联合曾在600MW带循环泵的启动系统锅炉上，在启动流量为35%MCR情况下，通过OTBSP程序对锅炉的冷态、热态启动过程进行模拟，获得了汽水膨胀、工质损失、热量损失等启动特性值，根据资料提供的有关数据，按带泵系统在启动过程中总的热损失约占疏水型启动系统的3%计算，其分析结果见下表：

从表中分析数据可以看出，对1000MW等级锅炉，在启动流量为35%MCR情况下，冷态启动一次，带泵启动系统要较扩容式启动系统节省投资约200多万元，热态启动一次，节省投资约70多万元。

（3）系统投资：不考虑将来的运行维护费用，仅从系统的初投资考虑，再循环启动系统要高于扩容式启动系统，据几个锅炉厂提供的资料来看，一台1000MW等级超超临界锅炉，二个系统差价约500～800万元。

（4）系统运行与维护：带泵的再循环启动系统由于系统的复杂随之带来了每年必需的较高的检查维修费用；相对来说，扩容式启动系统则比较简单，且疏水排至冷凝器经化学精处理后送至省煤器，对锅炉水质较为有利，但因为疏水排至冷凝器要带走大量的热量，运行经济性较差。

总之，二种启动系统各有利弊，单从电厂将来的运行模式考虑，如果为启停调峰，即经常运行在锅炉最低负荷（本生点）以下，推荐一般建议采用带泵的再循环启动系统；如果为负荷调峰，即经常运行在锅炉最低负荷（本生点）以上，推荐建议采用不带泵的大气扩容式启动系统。对于百万机组，锅炉的容量增大，启动流量也增大，如采用大气扩容式启动系统，随之带来的热损失较大，从上面表中分析可以看出，冷态启动3-4次热量损失的费用就完全超过了带泵系统所增加的投资费用，且大量的热损失使得整个机组的启动速度较慢；故从系统的经济性、灵活性及机组的长远利益考虑，优先推荐采用带泵的再循环启动系统。