循環(huán)流化床鍋爐BT對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的探討

摘 要：循環(huán)流化床鍋爐（CFB）因本體自身或輔機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致鍋爐BT（Boiler Trip），即停爐不停機(jī)，對(duì)整臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，該文主要針對(duì)這個(gè)運(yùn)行過程對(duì)汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)安全、壽命影響進(jìn)行描述、分析，對(duì)越來越多的循環(huán)流化床機(jī)組有一定的借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 停爐不停機(jī) 汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)安全、壽命

中圖分類號(hào)：TK229.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（b）-0082-01

鍋爐BT（Boiler Trip）即停爐不停機(jī)，是指循環(huán)流化床鍋爐因本體自身或輔機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)，爐膛內(nèi)暫處于燜火工況，用燜火狀態(tài)下的余熱為蒸汽系統(tǒng)供汽，在這種情況下，汽輪發(fā)電機(jī)仍繼續(xù)帶低負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行，為了維持更長時(shí)間，負(fù)荷可保持在2MW—3MW運(yùn)行。在較短時(shí)間內(nèi)將缺陷處理后，恢復(fù)鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，逐步將機(jī)組負(fù)荷帶到要求的數(shù)值，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

1 循環(huán)流化床鍋爐BT后，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的影響

1.1 對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全因素

高、中壓脹差變化情況

在BT持續(xù)過程中，機(jī)組中壓脹差正值降低，負(fù)值方向增大，主要原因是中壓缸進(jìn)汽量很小，對(duì)于中壓轉(zhuǎn)子、中壓缸來說均是冷卻狀態(tài)，這種情況下，中壓缸缸體龐大，縮回速度較慢，轉(zhuǎn)子受到的冷卻

影響要遠(yuǎn)大于汽缸，從而出現(xiàn)中壓脹差正值降低、負(fù)值方向增大現(xiàn)象；在BT工況下，高壓缸不再進(jìn)汽，高壓轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量不能被排汽帶出，高壓缸排汽溫度升高很快，通常該溫度很快可由320℃升至380 ℃，當(dāng)高壓缸通風(fēng)閥開起后，缸內(nèi)蒸汽密度降低，排汽溫度逐步下降，高壓脹差也逐步降低。

1.2 汽輪機(jī)系統(tǒng)壽命的影響

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的脆化現(xiàn)象是由于雜質(zhì)元素（特別是P和Sn）的晶界偏析而引起的，當(dāng)晶界偏析達(dá)到極限值時(shí)，整個(gè)部件可能發(fā)生斷裂事故。高、中壓轉(zhuǎn)子，以蠕變和熱疲勞損傷作為劣化的主要原因，重點(diǎn)要對(duì)這些損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)。

高、中壓缸及高、中壓轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化情況

在鍋爐BT后，隨著持續(xù)時(shí)間的增長，高、中壓缸的缸體溫度下降的幅度越大，且下降得速度均較大，遠(yuǎn)大于正常停機(jī)后的自然冷卻缸體下降速度，這樣對(duì)汽缸的金屬壽命影響很大。

機(jī)組在鍋爐BT后2 h時(shí)，高壓轉(zhuǎn)子外表面受到的拉應(yīng)力上至

最高75.8 MPa，幾乎同時(shí)中壓轉(zhuǎn)子外表面受到的拉應(yīng)力也上至最高115.9 MPa，這樣高拉應(yīng)力對(duì)轉(zhuǎn)子的破壞性特別嚴(yán)重。在此之后，隨著主汽、再熱汽溫度下降速度的變緩，應(yīng)力變化也逐步降低。

在鍋爐系統(tǒng)缺陷處理后，啟動(dòng)風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)恢復(fù)機(jī)組負(fù)荷過程中，汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力達(dá)138 Mpa（壓應(yīng)力）（此時(shí)高壓上缸缸體金屬溫度達(dá)418 ℃、高壓下缸缸體金屬溫度達(dá)443 ℃），中壓轉(zhuǎn)子最大應(yīng)力達(dá)142 Mpa（壓應(yīng)力）（此時(shí)中壓上缸缸體金屬溫度達(dá)450 ℃、中壓下缸缸體金屬溫度達(dá)453 ℃），隨著機(jī)組負(fù)荷逐步穩(wěn)定后，應(yīng)力趨于降低并穩(wěn)定，這樣整體轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化完成一個(gè)循環(huán)，每這樣循環(huán)一次，對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子壽命都有一定的損耗。

1.3 對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的影響

機(jī)組由高負(fù)荷或正常負(fù)荷工況下快速降低至2—3MW時(shí)，發(fā)電機(jī)本體發(fā)熱量急劇降低，其本體線圈溫度降低，其內(nèi)部氫氣濕度升高，特殊情況下可能產(chǎn)生結(jié)露，快速大量的冷縮使得線棒滑移量增大，頻繁這樣的工況，可能導(dǎo)致線棒磨破漏水，損壞發(fā)電機(jī)內(nèi)部設(shè)備。

發(fā)電機(jī)由高負(fù)荷降到極低負(fù)荷，運(yùn)行一段時(shí)間后，再將負(fù)荷升起至正常負(fù)荷的過程，就是發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱部件熱應(yīng)力循環(huán)的一個(gè)過程，負(fù)荷率變化越大導(dǎo)致的交變應(yīng)力量越大，這樣頻繁的變化，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)部部分零部件松動(dòng)或摩擦損壞。

1.4 BT工況下危險(xiǎn)因素分析

低負(fù)荷工況下運(yùn)行存在的危險(xiǎn)隱患：

（1）汽包水位不易控制，易引起水位波動(dòng)，主汽、再熱汽處于低溫運(yùn)行狀態(tài)，且此時(shí)為了盡量保持主汽、再熱汽壓力下降速度慢，各疏水門均不開起，為此汽輪機(jī)存在水沖擊的隱患很大。

（2）主汽溫度、再熱汽溫度下滑較低，過熱度偏低，易產(chǎn)生汽中帶水現(xiàn)象，對(duì)汽輪機(jī)組有一定威脅，特別是長時(shí)間運(yùn)行后，主汽、再熱汽溫度都已很低，都已遠(yuǎn)低于對(duì)應(yīng)汽缸金屬溫度，為此汽溫對(duì)每個(gè)汽缸金屬都是一種強(qiáng)制的冷卻，有一定的破壞性。

（3）在BT極端低負(fù)荷2MW—3MW工況下運(yùn)行，給水系統(tǒng)中的一臺(tái)汽泵必須退出給水系統(tǒng)，此時(shí)為了減緩主汽、再熱汽壓力下降速度，高旁、低旁均在關(guān)閉位置，由于主汽流量少、給水流量也相應(yīng)較少，運(yùn)行汽泵的再循環(huán)門必須伴隨著開起，長時(shí)間這樣運(yùn)行，此再循環(huán)閥的磨損相當(dāng)嚴(yán)重。

（4）單臺(tái)汽泵運(yùn)行，電泵在運(yùn)行狀態(tài)作為熱備用方式，消耗廠用電量。

（5）高過減溫水門、再熱汽減溫水門必須嚴(yán)密，否則影響到主汽、再熱汽的降低，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致汽中帶水、水沖擊。

（6）這種工況下，只有中壓缸進(jìn)汽而高壓缸不進(jìn)汽，要特別注意高壓缸至排汽裝置通風(fēng)閥開起及高壓缸內(nèi)部金屬溫度變化情況，防止因缸內(nèi)鼓風(fēng)損失大導(dǎo)致金屬溫度高、動(dòng)靜部分發(fā)生摩擦損壞設(shè)備。

（7）鍋爐BT后機(jī)組從大負(fù)荷突降或重新啟動(dòng)時(shí)，對(duì)鍋爐本體、汽機(jī)本體的運(yùn)行都是很大的沖擊，鍋爐系統(tǒng)的膨脹節(jié)、焊口都是熱脹冷縮、風(fēng)壓波動(dòng)可能造成薄弱環(huán)節(jié)處破裂泄漏。

（8）在鍋爐BT操作及恢復(fù)過程中，反復(fù)進(jìn)行切缸、反切缸、廠用電切換等重大操作，引起人員誤操作的概率較大。

2 為了防止設(shè)備損壞、延長汽輪發(fā)電機(jī)組壽命，特制定以下防范措施

循環(huán)流化床鍋爐因設(shè)備或系統(tǒng)故障原因，可達(dá)到短時(shí)間的停爐不停機(jī)工況、減少發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列引起的非停次數(shù)，但這些工況對(duì)機(jī)、電、爐系統(tǒng)及壽命都有不同程度的損傷，為此要盡量避免或減少這些工況的發(fā)生。

（1）提高鍋爐系統(tǒng)中設(shè)備的健康水平，盡量減少BT的發(fā)生。

（2）在鍋爐發(fā)生BT進(jìn)行調(diào)整操作過程中，如果10 min內(nèi)，主汽、再熱汽溫度下降超過50 ℃，必須立即打閘停機(jī)，防止汽輪機(jī)進(jìn)水，導(dǎo)致汽輪機(jī)大軸彎曲事故的發(fā)生。

（3）汽輪機(jī)降負(fù)荷運(yùn)行，保證主汽、再熱汽汽溫與相應(yīng)的汽缸內(nèi)壁金屬溫度偏差不得高于50 ℃，如果超過該值，必須立即打閘停機(jī)，防止汽輪機(jī)系統(tǒng)損壞。

（4）按照汽輪機(jī)運(yùn)行說明書要求，過熱汽和再熱蒸汽溫度降低速率不得超過1℃/min，且過熱度最低必須維持在80 ℃以上，汽輪機(jī)降負(fù)荷采用“中缸控制”運(yùn)行方式，再熱汽溫度必須高于430 ℃。

（5）在鍋爐系統(tǒng)缺陷消除、各種風(fēng)機(jī)啟動(dòng)恢復(fù)過程中，各擋板開起速度要緩慢，各種風(fēng)壓變化要適度，防止風(fēng)壓大起大落導(dǎo)致風(fēng)煙系統(tǒng)非金屬膨脹節(jié)超壓破裂。

（6）在汽輪發(fā)電機(jī)升負(fù)荷過程中，嚴(yán)格控制升負(fù)荷率，防止加負(fù)荷速率過大導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)線棒或其他部件碰摩損壞。