600MW超臨界直流鍋爐運(yùn)行的可靠性分析與探討

左保順

【摘 要】 超臨界直流鍋爐作為火力發(fā)電中重要的運(yùn)行設(shè)備，在提高電廠發(fā)電效率、節(jié)約能源方面起著積極的作用。但是由于技術(shù)水平的限制，600MW超臨界直流鍋爐的實(shí)際運(yùn)行還存在著很多問題。超溫、爆管等故障時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定，也極大地降低了電廠發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，探討超臨界直流鍋爐運(yùn)行的可靠性和安全性已然成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】 超臨界 直流鍋爐 可靠性分析

盡管其運(yùn)行優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了業(yè)界人士的認(rèn)可，也在大量的實(shí)踐中得到了證明。但同時(shí)仍然存在很多缺陷，包括技術(shù)層面、操作層面等等。本文結(jié)合600MW超臨界直流鍋爐自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)實(shí)際運(yùn)行中存在的隱患進(jìn)行了全面的分析，以期促進(jìn)其運(yùn)行安全性和可靠性的提高。

1 超臨界直流鍋爐的概況

當(dāng)前，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，超臨界發(fā)電機(jī)組成為現(xiàn)代火力發(fā)電的優(yōu)化選擇。與一些傳統(tǒng)的裝置相比，直流鍋爐具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一定的缺陷。下面本文將詳細(xì)介紹關(guān)于超臨界直流鍋爐的相關(guān)概況。

1.1 發(fā)展概況

600MW超臨界直流鍋爐正以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為國(guó)內(nèi)各地火力發(fā)電的主要機(jī)組裝置。600MW指的是直流鍋爐的參數(shù)，其供電效率可高達(dá)42%。和亞臨界發(fā)電機(jī)組相比較，超臨界的機(jī)組所產(chǎn)生的熱更加高效，且耗煤量更少，在運(yùn)行的過程中也能通過技術(shù)處理實(shí)現(xiàn)變壓運(yùn)行，因此在火力發(fā)電中得到了廣泛的使用。

超臨界直流鍋爐的發(fā)展緊緊跟隨著時(shí)代發(fā)展精神，符合當(dāng)前節(jié)能減排的主題。眾所周知，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)在近幾十年來得到了飛速的發(fā)展，而這繁榮的背后離不開能源的支持。天然氣、石油、煤炭等能源的使用都是不可恢復(fù)的，這也就就意味著能源的儲(chǔ)量會(huì)越來越少，然而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展卻依然在持續(xù)。因此，提高能源的使用效率是當(dāng)前能源產(chǎn)業(yè)應(yīng)當(dāng)解決的重點(diǎn)問題。同時(shí)通過燃燒煤炭進(jìn)行火力發(fā)電作為傳統(tǒng)的發(fā)電方式，在電力行業(yè)內(nèi)占有重要的地位?；鹆Πl(fā)電往往會(huì)帶來一系列的環(huán)境污染問題，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生消極的影響。而超臨界直流發(fā)電機(jī)組通過減少煤炭的使用，可以較好地改善這一現(xiàn)狀。

超臨界直流鍋爐在國(guó)內(nèi)外都得到了重視和研究。目前，一般認(rèn)為超臨界機(jī)組的運(yùn)行壓力在24-25MPa之間。而不同的國(guó)家對(duì)超臨界機(jī)組的劃分標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，在我國(guó)，超臨界機(jī)組指的是蒸汽壓力大于25MPa，蒸汽溫度高于580℃的機(jī)組。與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)相比，我國(guó)當(dāng)前超臨界發(fā)電機(jī)組的技術(shù)仍然處于較低水平。具體體現(xiàn)之一就是絕大多數(shù)的超臨界發(fā)電機(jī)組都是直接使用國(guó)外的控制系統(tǒng)。盡管國(guó)內(nèi)超臨界發(fā)電機(jī)組的使用正在日漸普及，但是在技術(shù)和創(chuàng)新層面，我國(guó)技術(shù)人員仍然需要做出更多的努力[1]。

1.2 運(yùn)行特點(diǎn)

超臨界直流鍋爐是一種參數(shù)高、容量大的發(fā)電機(jī)組，為了發(fā)揮其高效運(yùn)作的優(yōu)勢(shì)，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面與傳統(tǒng)的汽包鍋爐有很大的不同。因此，可以說600MW超臨界直流鍋爐呈現(xiàn)出一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而影響到其運(yùn)行的控制。從結(jié)構(gòu)上來說，600MW直流鍋爐的設(shè)計(jì)有一些值得注意的地方：首先，它采用了螺旋管圈，從而降低了水冷壁的吸熱差，使得水冷壁出口處的溫度保持在比較均勻的狀態(tài)，不會(huì)造成過多的熱量浪費(fèi)，也能夠盡量減少對(duì)機(jī)組硬件的損害。其次，將屏式過熱器放置于上部爐膛，利用膜式管屏末端技術(shù)能夠防止結(jié)焦和掛渣的問題。同時(shí)，使用水冷壁讓管來冷卻燃燒器喉口也能夠降低燃燒區(qū)的表面溫度，防止結(jié)焦的產(chǎn)生。最后，在鍋爐的尾部安裝雙煙道，通過煙氣擋板來有效調(diào)節(jié)煙氣量的分配。這樣一來，熱汽溫就能夠根據(jù)想要的數(shù)值來進(jìn)行靈活而準(zhǔn)確的調(diào)整，有助于提高鍋爐的運(yùn)行效率。超臨界壓力下，鍋爐內(nèi)部的汽水無法完成自然循環(huán)，因此必須采用直流機(jī)組。直流鍋爐呈現(xiàn)出靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種情況下的不同特點(diǎn)?？偟膩碚f，直流鍋爐的運(yùn)行是一整套的運(yùn)作，經(jīng)過省煤器、蒸發(fā)受熱面、過熱器使水加熱變成蒸汽。水泵壓力給水之后，水則在鍋爐內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)的加熱，不需進(jìn)行汽水分離，也就不需要汽包。汽包往往是汽水的自然循環(huán)才需要的。并且由于一次性的加熱，也基本不會(huì)有水汽的損失。鍋爐內(nèi)部的加熱階段、蒸發(fā)階段和過熱階段之間的界限也因此而比較模糊，不存在著固定的分界點(diǎn)[2]。

1.3 運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)

超臨界直流鍋爐在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)從微觀的角度說明了整個(gè)機(jī)組具有的一些優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中600MW超臨界直流鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)和其他特點(diǎn)，可以總結(jié)出其具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）經(jīng)濟(jì)效益好。超臨界直流鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益比較好主要是因?yàn)槠涑杀镜玫搅擞行У目刂?，且運(yùn)行效率較高，節(jié)省了大量的能源。一方面，鍋爐的容量比較大，能夠使多個(gè)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，這樣一來，不管是運(yùn)行的費(fèi)用還是維修的成本都能夠有所降低。當(dāng)單機(jī)鍋爐的容量變大時(shí)，鋼材的使用量也會(huì)減少5%到20%左右。而大容量的設(shè)備產(chǎn)生的熱能更加高效，從而提高了同樣時(shí)間內(nèi)電廠的生產(chǎn)效益。另一方面，超臨界直流鍋爐能夠減少對(duì)熱量的不必要消耗，也就是說減少熱量的浪費(fèi)和損耗，從而提高運(yùn)行效益。由于超臨界發(fā)電機(jī)組具有較高的蒸汽溫度和蒸汽壓力，當(dāng)壓力上升至臨界值的時(shí)候，機(jī)組的熱耗就會(huì)降低。而且超臨界發(fā)電在合適的蒸汽壓力和溫度之下，就能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，煤炭的使用也就會(huì)因此而得到效果的優(yōu)化。減少了煤炭原料的投入，發(fā)電的成本也就下降了一大截。（2）安全可靠性。相較于汽包鍋爐的運(yùn)行，超臨界發(fā)電機(jī)組更加安全。因?yàn)槠旧砗苋菀状嬖谑軣岵痪那闆r，從而引發(fā)安全問題。而直流鍋爐則沒有這樣的安全隱患，因?yàn)槠錄]有汽包，水容量也大大減少了，壁面的金屬材料質(zhì)量較輕，能夠更加快速的使熱量分散均勻。其應(yīng)對(duì)溫度變化的能力比較強(qiáng)，能夠快速加熱或者冷卻，靈活性比較好。即使發(fā)生超負(fù)荷的問題時(shí)，也能夠及時(shí)的調(diào)整超臨界直流鍋爐的狀態(tài)，避免發(fā)生事故。

2 如何提高超臨界直流鍋爐的運(yùn)行可靠性

由于技術(shù)的不成熟或者操作方面的失誤，超臨界直流鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中也存在著很多的問題。運(yùn)行問題的原因可大可小，任何一個(gè)細(xì)節(jié)的問題都可能會(huì)引發(fā)整個(gè)發(fā)電機(jī)組的故障。通過以下措施能夠在在實(shí)際生產(chǎn)中提高超臨界直流鍋爐的運(yùn)行可靠性：

2.1 把控質(zhì)量

600MW超臨界直流鍋爐自身的質(zhì)量和設(shè)計(jì)是決定其功能和效率的重要因素。只有從源頭上保證發(fā)電機(jī)組的合理性和可靠性，才能保證運(yùn)行過程中的安全和效益。具體來說，鍋爐燃燒系統(tǒng)是一大重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，如果燃燒不夠充分，則會(huì)造成能源和熱量的損失，降低發(fā)電的效益。而如何使鍋爐上下部等各區(qū)域的溫差控制在合適的范圍內(nèi)也是一大難點(diǎn)。如果設(shè)計(jì)不合理或者操作不夠精細(xì)，則很容易造成鍋爐內(nèi)部溫差過高，引發(fā)安全事故。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該充分考慮到實(shí)際生產(chǎn)的需要，對(duì)容易引發(fā)過高溫差的細(xì)節(jié)地方進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?。?duì)于一些容易結(jié)焦的地方，如噴燃?xì)飧浇?、屏式過熱器附近、爐膛下部排渣口等等，要注意控制溫差，進(jìn)行及時(shí)的檢查，以免因?yàn)榻Y(jié)焦、掛焦而影響了機(jī)組的出力。同時(shí)，如果鍋爐的零件存在質(zhì)量上的問題，如燃燒器、看火孔、過渡聯(lián)箱等有凹凸、磨損、碰傷等問題，則很容易影響鍋爐內(nèi)部的氣密性，造成一定的泄露，甚至是爆管。因此，對(duì)于機(jī)組零件的制造和安裝，也必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把控。保證零件的質(zhì)量，就意味著每一個(gè)零件都能夠在其位置上充分發(fā)揮作用，也意味著發(fā)電過程的穩(wěn)定性和安全性，整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行就會(huì)比較順暢[3]。

總而言之，鍋爐運(yùn)作系統(tǒng)是一個(gè)共同協(xié)作的整體，不管是器件的質(zhì)量，還是操作的準(zhǔn)確、細(xì)節(jié)的處理等都會(huì)影響發(fā)電的效率和安全。而目前很多發(fā)電廠往往忽視這些細(xì)節(jié)問題，以至于超臨界直流鍋爐不能完全發(fā)揮其價(jià)值。只有解決了這一問題，才有可能全面提高直流鍋爐的運(yùn)行效率。

2.2 加強(qiáng)管理

直流鍋爐在使用過程中損耗的程度比較高，且對(duì)自身的工作狀態(tài)有很高的要求，因此加強(qiáng)對(duì)直流鍋爐的管理，進(jìn)行定期的仔細(xì)檢查和維修是相當(dāng)必要的。發(fā)電廠應(yīng)該安排專門的工作人員對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理。記錄下發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行精細(xì)的分析，時(shí)刻掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)問題，則要及時(shí)作出反應(yīng)，避免安全事故的發(fā)生。當(dāng)然，管理的內(nèi)容還遠(yuǎn)不止這些，對(duì)于發(fā)電前、發(fā)電后機(jī)組情況的檢查也要用心。安全問題一直以來都是發(fā)電生產(chǎn)的頭等大事，加強(qiáng)管理人員和工作人員的安全意識(shí)也是十分必要的。只有這樣操作人員才能夠懂得嚴(yán)格按照操作規(guī)程來使用超臨界直流鍋爐發(fā)電機(jī)組，從而提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性。定期的檢查和維修工作必須進(jìn)行，檢查內(nèi)容包括各個(gè)零件的磨損狀況、運(yùn)行狀態(tài)等等，對(duì)于可能存在問題的零件要及時(shí)更換。對(duì)于運(yùn)行中容易被忽視的安全隱患也要進(jìn)行仔細(xì)的檢查，最大限度的保證生產(chǎn)安全。

3 結(jié)語

管理人員不僅應(yīng)該具備合格的專業(yè)知識(shí)，即關(guān)于超臨界直流鍋爐運(yùn)行和維修的知識(shí)，還應(yīng)該具備強(qiáng)烈的工作責(zé)任心和敏銳的觀察力，才能夠勝任管理工作。電廠還要重視培養(yǎng)優(yōu)秀管理人才和技術(shù)人才，加大資金投入為工作人員創(chuàng)造學(xué)習(xí)進(jìn)取的機(jī)會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國(guó)林.600MW超臨界鍋爐變煤種運(yùn)行特性分析[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]王丕洲，谷俊杰，秦達(dá)飛，曹曉威.600MW超臨界直流鍋爐兩種給水控制系統(tǒng)分析[J].電力科學(xué)與工程，2013（04）：64-69.

[3]李伯伙.600MW超臨界直流鍋爐特點(diǎn)分析與運(yùn)行控制[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009（14）：53-54.