電站鍋爐主輔機(jī)正常運(yùn)行影響因素分析及處理

殷慶棟，王 強(qiáng) ，曹 欣，楊曉東， 魏 剛

(1.河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

1 鍋爐主輔機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

鍋爐是電廠(chǎng)的三大主設(shè)備之一，鍋爐及其輔機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電廠(chǎng)的穩(wěn)定性，而電廠(chǎng)的穩(wěn)定性又與電網(wǎng)調(diào)度安全息息相關(guān)。近年來(lái)，隨著煤質(zhì)的持續(xù)變差以及電網(wǎng)峰谷差變較大，鍋爐的日常運(yùn)行情況日益惡化，結(jié)焦滅火、四管泄漏等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅電廠(chǎng)設(shè)備和電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

鍋爐及其輔機(jī)的正常運(yùn)行是保證機(jī)組出力的前提，如果鍋爐及其輔機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題，機(jī)組往往是受阻嚴(yán)重或降出力運(yùn)行，甚至非計(jì)劃停機(jī)，最終產(chǎn)生很多不利影響。其一，電網(wǎng)運(yùn)行受到干擾，如果發(fā)生在夏季用電高峰時(shí)期，則可能導(dǎo)致部分地區(qū)限電、停電。其二，電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)受到較大影響，不僅發(fā)電量減少，而且機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)還會(huì)引發(fā)設(shè)備受損。所以，近年來(lái)，電網(wǎng)公司和電廠(chǎng)也尋求合作，實(shí)行節(jié)能調(diào)度與和諧調(diào)度，力爭(zhēng)避免這類(lèi)事件發(fā)生，實(shí)現(xiàn)雙贏。以下從技術(shù)層面分析發(fā)生這類(lèi)現(xiàn)象的原因，并找到預(yù)防和治理措施，為電廠(chǎng)和電網(wǎng)的運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

2 原因分析

2.1 燃用煤種變化

近年來(lái)，隨著電力市場(chǎng)供求關(guān)系的變化，燃煤供應(yīng)緊張，燃料來(lái)源混雜，燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種，燃用煤種灰分大、硫分大、發(fā)熱量低且煤種混雜、不均勻，摻配困難，造成入爐煤質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)。燃用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦、燃燒不穩(wěn)、受阻嚴(yán)重、受熱面超溫、磨損嚴(yán)重、輔機(jī)單耗上升等，當(dāng)煤種變化的程度超過(guò)鍋爐自身的“容忍”界限時(shí)，必須采用降低出力甚至停爐檢修，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行。所以，控制來(lái)煤品質(zhì)是鍋爐優(yōu)化調(diào)整的首要任務(wù)，也是鍋爐優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)。

長(zhǎng)時(shí)間偏離設(shè)計(jì)煤種運(yùn)行還會(huì)對(duì)電廠(chǎng)設(shè)備造成極大的損害,主要危害如下：

a. 燃煤熱值降低，導(dǎo)致?tīng)t膛溫度降低、燃燒變?nèi)酢⒖側(cè)剂狭吭黾?，機(jī)組受阻嚴(yán)重，也會(huì)產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)的現(xiàn)象，機(jī)組抗擾動(dòng)能力較差。

b. 燃煤揮發(fā)分升高，會(huì)導(dǎo)致噴燃器著火提前，鍋爐結(jié)焦加重。

c. 燃煤灰分過(guò)高，將導(dǎo)致燃煤熱值降低，對(duì)鍋爐制粉及排灰系統(tǒng)影響較大，鍋爐受熱面玷污嚴(yán)重，換熱能力變差，排煙溫度升高。

d. 燃煤水分高于設(shè)計(jì)值主要是容易造成堵煤、堵磨，影響燃燒穩(wěn)定。

2.2 鍋爐結(jié)焦

鍋爐爐膛火焰中心溫度一般可達(dá)1 600 ℃[1]，燃料中的灰分大多呈熔化狀態(tài)，而四周水冷壁附近煙氣溫度較低，如果煙氣中攜帶的灰粒在接觸壁面時(shí)仍呈熔化或粘結(jié)狀態(tài)，則粘結(jié)在管壁上形成緊密的灰渣層，形成結(jié)焦。結(jié)焦的厚度通常是不均勻的，如果結(jié)焦情況嚴(yán)重，大的焦塊在水冷壁中脫落，引起爐內(nèi)正常氣流的驟然變化，灼熱的焦塊跌落爐底冷灰斗水室會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣上升，爐膛溫度急速降低，造成爐膛壓力突變，爐膛負(fù)壓保護(hù)動(dòng)作引發(fā)MFT，最終導(dǎo)致鍋爐滅火。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009-2011年，河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“河北南網(wǎng)”)火電機(jī)組共發(fā)生結(jié)焦滅火次數(shù)分別為36次、45次、29次，共計(jì)110次。所影響的機(jī)組有效運(yùn)行時(shí)間分別高達(dá)93 h、70.2 h和107 h，結(jié)焦滅火后重新起機(jī)所用平均時(shí)間分別是2.66 h、1.63 h、3.97 h。

鍋爐掉焦滅火的危害如下：

a. 受熱面結(jié)焦會(huì)降低鍋爐受熱面?zhèn)鳠嵝?、造成鍋爐排煙溫度升高，導(dǎo)致鍋爐效率降低。

b. 結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組往往受阻嚴(yán)重，運(yùn)行人員通常只能降低出力來(lái)緩解結(jié)焦的影響，這就會(huì)極大的干擾電網(wǎng)的運(yùn)行方式。

c. 鍋爐結(jié)焦、掉焦易引發(fā)水冷壁砸漏和底灰斗堵塞，導(dǎo)致鍋爐滅火，甚者造成人員傷害事故。有時(shí)為滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的需求，電廠(chǎng)強(qiáng)行起機(jī)然后又掉焦滅火，產(chǎn)生惡性循環(huán)，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)不可估量的影響。

2.3 四管泄漏

鍋爐承壓部件主要有“四管”和其它一些管段?！八墓堋毙孤┦侵稿仩t水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管和省煤器產(chǎn)生的泄漏甚至爆破。鍋爐的四管泄漏是火電廠(chǎng)中常見(jiàn)性、多發(fā)性故障，是長(zhǎng)期困擾火電廠(chǎng)安全生產(chǎn)的一大難題，其引發(fā)事故率高，通常需停爐處理，故對(duì)發(fā)供電和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009-2011年，河北南網(wǎng)火電機(jī)組共發(fā)生四管泄漏事故78起，詳見(jiàn)表1。

表1 四管泄漏統(tǒng)計(jì)表

項(xiàng)目水冷壁泄漏省煤器泄漏過(guò)熱器泄露再熱器泄漏次數(shù)總計(jì)600～660 MW機(jī)組次數(shù)/次816621時(shí)間/h72739695-300～350 MW機(jī)組次數(shù)/次6216832時(shí)間/h998314774-200～220 MW機(jī)組次數(shù)/次1121822時(shí)間/h968612068-200 MW以下機(jī)組次數(shù)/次30003時(shí)間/h232000-

注：表中時(shí)間為總次數(shù)的平均時(shí)間，單位為小時(shí)

四管泄漏的危害如下：

a. 發(fā)生頻率高，且主要發(fā)生在30萬(wàn)以上的主力機(jī)組。

b. 檢修時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)組四管泄漏后的搶修時(shí)間都在72 h以上，其中過(guò)熱器泄漏搶修的時(shí)間最長(zhǎng)，平均121 h。四管泄漏嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組發(fā)生泄漏后，為避免爆管現(xiàn)象發(fā)生，通常進(jìn)行機(jī)組消缺或非計(jì)劃?rùn)z修，會(huì)嚴(yán)重干擾電網(wǎng)正常的運(yùn)行方式。

2.4 低負(fù)荷穩(wěn)燃

隨著用電量的逐年增加，用電峰谷差越來(lái)越大，大容量發(fā)電機(jī)組必須參與調(diào)峰，使得大型燃煤鍋爐穩(wěn)燃問(wèn)題日益突出。

目前河北南網(wǎng)各主力機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷均為其額定容量的50%，電廠(chǎng)也借助科研單位進(jìn)行過(guò)技術(shù)驗(yàn)證，但大部分是在其設(shè)計(jì)煤種情況下進(jìn)行。在實(shí)際運(yùn)行中有2個(gè)制約性因素：如果煤質(zhì)過(guò)差，機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷往往達(dá)不到50%，極易造成低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)，鍋爐熄火；在供暖期間，由于熱電機(jī)組為保證供熱壓力，日常負(fù)荷通常維持在額定的70%左右，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰壓力很大，這就需要大型純凝機(jī)組加強(qiáng)其調(diào)峰能力，最低負(fù)荷也往往低于50%，不利于機(jī)組運(yùn)行，造成設(shè)備的使用壽命降低，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

機(jī)組滅火會(huì)影響電網(wǎng)和電廠(chǎng)方面的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且也會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)300 MW機(jī)組在150 MW時(shí)滅火，按每次熄火損失電量400 MW、耗油40 t計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)40萬(wàn)元以上。

3 處理措施

煤種變化、結(jié)焦滅火、四管泄漏、低負(fù)荷穩(wěn)燃等多發(fā)性問(wèn)題，如果處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致降負(fù)荷運(yùn)行、停機(jī)、設(shè)備受損等負(fù)面后果。近年來(lái)，隨著科研和運(yùn)行水平的提高，科研技術(shù)人員通過(guò)改變機(jī)組運(yùn)行方式來(lái)解決這些問(wèn)題。

3.1 煤種變化的處理措施

在現(xiàn)有的煤炭市場(chǎng)下，煤種煤質(zhì)很難得到保證，只能從技術(shù)角度來(lái)優(yōu)化燃燒，將其影響度降低，措施如下：

a. 熱值較低時(shí)，鍋爐運(yùn)行氧量保持低限；火檢不穩(wěn)及時(shí)投油助燃；控制磨組、鍋爐煤量在允許范圍內(nèi)；控制降負(fù)荷速率及幅度。

b. 揮發(fā)分較高時(shí)，適當(dāng)提高一次風(fēng)比例；保持鍋爐運(yùn)行氧量上限，富氧燃燒；執(zhí)行機(jī)組輪流倒磨落焦。加強(qiáng)爐膛吹灰效果監(jiān)督；揮發(fā)分較低，影響鍋爐著火時(shí)，適當(dāng)降低一次風(fēng)比例；保持鍋爐運(yùn)行氧量適當(dāng)或偏低；加強(qiáng)火檢監(jiān)視，及時(shí)調(diào)整燃燒配風(fēng)。排煙溫度相應(yīng)升高，應(yīng)加強(qiáng)吹灰，避免超溫。

c. 灰分較大時(shí)，控制煤量在允許范圍內(nèi)；加強(qiáng)火檢監(jiān)視，及時(shí)調(diào)整燃燒配風(fēng)適當(dāng)；監(jiān)視粉煤灰系統(tǒng)排灰出力正常，防止灰位高影響電除塵運(yùn)行。

d. 水分較大時(shí)，監(jiān)視磨組干燥出力正常；加強(qiáng)火檢監(jiān)視，及時(shí)調(diào)整燃燒，配風(fēng)適當(dāng)；防止煤濕，磨組堵管蓬煤導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)。

e. 及時(shí)和調(diào)度部門(mén)溝通，在煤質(zhì)較差時(shí)，降出力運(yùn)行，且盡量避免負(fù)荷波動(dòng)過(guò)大引起機(jī)組滅火。

3.2 鍋爐滅火的處理措施

鍋爐掉焦滅火并非不可控制，只要在運(yùn)行中仔細(xì)觀察燃燒情況，就能減輕結(jié)焦程度，將危害降到最低，主要措施如下：

a. 加強(qiáng)鍋爐入爐煤管理，燃料人員應(yīng)優(yōu)化煤種摻混，盡量使鍋爐燃燒接近其設(shè)計(jì)煤質(zhì)的入爐煤，這是防止掉焦滅火的最直接的手段。

b. 運(yùn)行人員應(yīng)保持較高的空氣過(guò)量系數(shù)。爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)低易造成爐內(nèi)氧量不足，使?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛，熔點(diǎn)較高的Fe2O3變成熔點(diǎn)較低的FeO，從而使灰熔點(diǎn)降低較多，增加了結(jié)焦的可能性[2]。

c. 加強(qiáng)爐膛、過(guò)熱器吹灰裝置的日常維護(hù)，減輕各受熱面的粘污程度。根據(jù)實(shí)際來(lái)煤及受熱面的結(jié)焦情況，適當(dāng)增加吹灰次數(shù)，保證受熱面的清潔度，從而減輕鍋爐結(jié)焦程度。

d. 電廠(chǎng)運(yùn)行人員可仔細(xì)觀察機(jī)組運(yùn)行情況，如發(fā)現(xiàn)負(fù)壓波動(dòng)大、火檢信號(hào)不穩(wěn)、局部溫度過(guò)高等前兆現(xiàn)象，可借助技術(shù)單位的力量及時(shí)初步判斷結(jié)焦程度和位置。然后及時(shí)和省調(diào)部門(mén)溝通，降低機(jī)組出力，適時(shí)解除AGC控制，避免負(fù)荷劇烈波動(dòng)。

3.3 四管泄漏的處理措施

通過(guò)對(duì)四管泄漏進(jìn)行研究分析，主要措施如下：

a. 鍋爐四管泄漏在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用[3]。此套儀器發(fā)現(xiàn)四管泄漏方面起著非常重要的作用，它是對(duì)鍋爐管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的特殊的聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。鍋爐管道在鍋爐內(nèi)破裂時(shí)產(chǎn)生特殊的聲學(xué)信號(hào)并在爐膛內(nèi)傳播，利用聲導(dǎo)管通過(guò)看火孔接收信號(hào)。

b. 加強(qiáng)運(yùn)行管理。嚴(yán)格控制鍋爐參數(shù)和各受熱面壁溫，防止超溫、超壓、滿(mǎn)水、缺水等故障發(fā)生。鍋爐啟停階段參數(shù)的控制應(yīng)嚴(yán)格按照啟停曲線(xiàn)進(jìn)行，鍋爐變工況運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水冷壁、過(guò)熱器、再熱器等受熱面壁溫及工質(zhì)溫度的監(jiān)視和調(diào)整，防止發(fā)生參數(shù)大幅度變化及管壁發(fā)生超溫現(xiàn)象。

c. 做好煤樣化驗(yàn)分析。確定煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)電耗的最佳工況，保證煤質(zhì)穩(wěn)定，給煤量均勻，減少機(jī)械不完全燃燒損失，防止?fàn)t膛尾部煙道超溫，降低飛灰損失。

3.4 低負(fù)荷穩(wěn)燃的處理措施

隨著大容量鍋爐越來(lái)越多的參與深度調(diào)峰，在低負(fù)荷時(shí)鍋爐的穩(wěn)燃也成為一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。只要和上級(jí)部門(mén)充分溝通，并且優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整過(guò)程，穩(wěn)燃問(wèn)題就可大大緩解，主要預(yù)防措施如下：

a. 在調(diào)度部門(mén)允許情況下，根據(jù)全網(wǎng)總負(fù)荷，低負(fù)荷時(shí)段運(yùn)行優(yōu)先選擇汽包鍋爐。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，直流爐負(fù)荷率低于80%時(shí)，煤耗較高；而汽包鍋爐由于其蓄熱能力強(qiáng)，調(diào)峰時(shí)優(yōu)先汽包鍋爐將更有利于節(jié)能降耗。

b. 在從高負(fù)荷向低負(fù)荷調(diào)整的過(guò)程中，應(yīng)先降低主蒸汽壓力，然后隨壓力下降緩慢減負(fù)荷，直至減到目標(biāo)值，而不能先將負(fù)荷減至目標(biāo)值后再降主蒸汽壓力，如果先減負(fù)荷再降低主蒸汽壓力，必須使?fàn)t膛燃燒強(qiáng)度低于相應(yīng)負(fù)荷的燃燒強(qiáng)度，然后使主蒸汽壓力降下來(lái)[4]。

c. 密切管制制粉系統(tǒng)的運(yùn)行。低負(fù)荷運(yùn)行需要停磨時(shí)，原則上應(yīng)停用最上層磨；如果因故障需停用最下層磨時(shí)，應(yīng)將停用的給煤量移至相鄰的上一層，再向另一層增加，以滿(mǎn)足最底層運(yùn)行磨煤量最大的調(diào)節(jié)原則。

4 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜，受制約因素較多，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)影響正常供電，而煤種影響、鍋爐結(jié)焦、四管泄漏、低負(fù)荷穩(wěn)燃則是影響鍋爐主輔機(jī)正常運(yùn)行的最常見(jiàn)問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，給出了具體的防范措施，為電廠(chǎng)運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù)。但需探索的方面還比較多，還需要電網(wǎng)、電廠(chǎng)和科研機(jī)構(gòu)加大研究力量，通力合作，經(jīng)驗(yàn)共享。

參考文獻(xiàn)：

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