630 MW超臨界鍋爐啟動初期給水流量控制的探索

王小軍

(中國華電集團(tuán)貴港發(fā)電有限公司，廣西 貴港 537138)

0 引言

超臨界鍋爐(不帶爐水循環(huán)泵)在啟動初期由于給水流量的限制，過熱器在啟動1周內(nèi)會頻繁發(fā)生超溫爆管。本文分析此類事故原因，并將防止同類事件的發(fā)生作為生產(chǎn)管理的一項(xiàng)重要工作。

1 設(shè)備概況

某電廠一期工程為2×630 MW超臨界燃煤機(jī)組，鍋爐為引進(jìn)技術(shù)制造的超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、螺旋管圈直流鍋爐，為單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊П型結(jié)構(gòu)、露天布置的燃煤鍋爐。2007年2月28日#1機(jī)組投運(yùn)，2007年6月28日#2機(jī)組投運(yùn)，自投運(yùn)至2017年10月，鍋爐受熱面沒有進(jìn)行過升級改造，也沒有進(jìn)行過酸洗。

鍋爐給水經(jīng)省煤器受熱面吸熱后進(jìn)入螺旋管水冷壁和垂直管水冷壁繼續(xù)吸熱，然后進(jìn)入汽水分離器進(jìn)行汽水分離；從分離器出來的水進(jìn)入大氣擴(kuò)容器，通過疏水泵排往汽輪機(jī)凝結(jié)器；從分離器出來的蒸汽則進(jìn)入過熱器。

2 過熱器超溫爆管事故

投產(chǎn)以后，根據(jù)電廠的運(yùn)行規(guī)程及廠家的說明書要求，鍋爐在啟動過程中啟動給水流量始終不得低于574 t/h(即給水低流量保護(hù))。此時，主蒸汽溫度(以下簡稱主汽溫)、過熱器壁溫溫升速率過快(超過1.5 ℃/min，有時甚至超過3 ℃/min)且超溫頻繁，難以控制。為控制主汽溫、過熱器壁溫溫升速率，啟機(jī)需要8～10 h，有時高達(dá)12 h。根據(jù)統(tǒng)計，該電廠2009—2011年共啟機(jī)32次，發(fā)生過5起鍋爐啟動1周內(nèi)過熱器超溫爆管的停爐事故。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)事故均為氧化皮堵塞過熱器流通截面所致。

3 原因分析

3.1 過熱器氧化皮的生成及特性

過熱器管內(nèi)氧化皮(Fe3O4)的生成是金屬在高溫水汽中發(fā)生氧化的結(jié)果[1]，

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑。

由于母材與氧化層之間熱脹系數(shù)的差異，當(dāng)垢層達(dá)到一定厚度，在溫度發(fā)生變化,尤其是發(fā)生反復(fù)或劇烈的變化時，氧化皮很容易從金屬本體剝離。

3.2 鍋爐啟動初期給水流量過大帶來的不利因素

鍋爐在啟動初期給水流量不能低于保護(hù)定值(574 t/h)，但在此過程中爐膛溫度較低、燃燒不充分、給水溫度低且欠焓大。要使給水產(chǎn)生足夠的蒸汽量以保證主汽溫、過熱器壁溫不超溫就需要吸收更多的熱量，此時操作員會采用增大燃料量的辦法來提高爐膛的溫度。但由于燃料燃燒不充分，爐膛溫度提升不顯著，爐膛的輻射換熱、水冷壁的吸熱不會明顯增加。且由于給水流量過大，進(jìn)入汽水分離器的水是未飽和水，熱量隨水從汽水分離器中分離出來并在凝結(jié)器中損失，更增大了水冷壁的吸熱損失。增加燃料量還會大量增加煙氣量，過熱器的對流換熱會因此明顯加強(qiáng)，容易引起主汽溫、過熱器金屬溫升過快，甚至超溫并形成惡性循環(huán)。由于過熱器管材與管內(nèi)氧化皮的膨脹系數(shù)不一致，導(dǎo)致氧化皮在升溫較快的過程中脫落[1]。

4 鍋爐啟動初期給水流量的控制及停爐后防磨防爆措施

通過長期的總結(jié)和研究分析，在鍋爐啟動期間采取了以下措施控制給水及氧化皮脫落[2-3]。

(1)通知熱控人員退出鍋爐給水流量低保護(hù)，在機(jī)組并網(wǎng)后及時投入。同時嚴(yán)密監(jiān)視給水在水冷壁吸熱情況，防止水冷壁超溫爆管。

(2)鍋爐啟動初期手動控制汽動給水泵或電動給水泵轉(zhuǎn)速，鍋爐的給水流量≥350 t/h，并確保鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器汽溫和管屏溫升均不超過1.5 ℃/min。

(3)通過控制燃料和給水，盡量減小汽溫的波動。

(4)鍋爐在轉(zhuǎn)干態(tài)以前，嚴(yán)禁使用減溫水。

(5)每次停爐備用或檢修時，必須對水冷壁進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)是否有因啟動初期給水流量過低而發(fā)生部分管道超溫鼓包的現(xiàn)象，對過熱器彎頭進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否有脫落氧化皮堆積過多現(xiàn)象。

5 效果評估

對該電廠2012年1月—2017年10月的啟停情況進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在此期間共進(jìn)行了51次啟動，在采取措施后沒有再次發(fā)生鍋爐啟動1周內(nèi)因氧化皮脫落造成過熱器超溫爆管或水冷壁爆管的事故，且每次停爐后檢查均未發(fā)現(xiàn)水冷壁受熱面因啟動初期給水流量低于574 t/h造成水冷壁管超溫鼓包現(xiàn)象或過熱器管彎頭處堆積氧化皮現(xiàn)象。

該電廠2017年6月6日#1機(jī)組啟動的相關(guān)參數(shù)控制趨勢如圖1所示。

在電廠冷態(tài)啟動過程(鍋爐從點(diǎn)火至機(jī)組并網(wǎng)、帶負(fù)荷到195 MW、鍋爐由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài))中，從01:00:00鍋爐點(diǎn)火至08:15:00機(jī)組并網(wǎng)，總時長為7 h15 min。在機(jī)組并網(wǎng)之前鍋爐給水流量一直控制在350～574 t之間，并呈逐漸增加的趨勢；水冷壁由30.0 ℃一直升至345.0 ℃，平均溫升速率0.7 ℃/min；末級過熱器壁溫由30.0 ℃升至447.0 ℃，平均溫升速率1.0 ℃/min，09:45:00機(jī)組負(fù)荷帶至195 MW，鍋爐由濕態(tài)轉(zhuǎn)為干態(tài)，過熱器一、二級減溫水一直未投(0 t/h)。從啟動曲線看，鍋爐水冷壁、分隔屏及末級過熱器壁溫沒有發(fā)生大幅變化。

圖1 2017年6月6日 #1機(jī)組啟動的相關(guān)參數(shù)控制趨勢

6 結(jié)論

該電廠通過5年多的運(yùn)行實(shí)踐證明，對于不帶爐水循環(huán)泵的超臨界630 MW鍋爐在啟動初期給水流量控制在350～574 t/h之間是可行的。這不僅可以有效地控制鍋爐受熱面的溫升速率，還可以縮短機(jī)組的啟動時間，同時還有效地解決了鍋爐啟動1周內(nèi)頻繁爆管的問題。該電廠的這種給水控制措施在超臨界鍋爐啟動初期值得進(jìn)行推廣。