大型電站鍋爐機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行的危害及對策

馬建剛

摘要：本文首先提出了現(xiàn)代大型直流電站鍋爐的正常低負(fù)荷區(qū)間范圍，然后就鍋爐機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)在水冷壁安全、燃燒穩(wěn)定性、尾部受熱面問題等三個(gè)方面所產(chǎn)生的危害進(jìn)行了簡要分析，并針對危害分別提出了應(yīng)對措施，對機(jī)組運(yùn)行可做一定參考。

關(guān)鍵詞：大型電站;鍋爐機(jī)組;低負(fù)荷;運(yùn)行狀態(tài)

某600MW級機(jī)組工程鍋爐機(jī)組為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司引進(jìn)日立公司技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓本生直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。采用中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖旋流燃燒，前后墻各三層燃燒器。

現(xiàn)代大型鍋爐都具有很強(qiáng)的調(diào)峰能力，超臨界鍋爐最低負(fù)荷主要取決于水冷壁的安全負(fù)荷。一般超臨界鍋爐的最低負(fù)荷為25～35%BMCR，（本工程為28%BMCR），鍋爐在此負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，水冷壁可以說是安全的。調(diào)峰幅度還應(yīng)考慮鍋爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷，設(shè)計(jì)煤種本工程的最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷為30%BMCR。所以本文的低負(fù)荷區(qū)間認(rèn)為是30～50%BMCR的區(qū)間。

一.鍋爐水冷壁的安全問題

直流鍋爐是靠鍋爐給水泵的壓頭一次性強(qiáng)制流動(dòng)通過各級受熱面，水的加熱、蒸發(fā)、過熱之間沒有固定的分界，這樣就是直流爐的水冷壁安全方面存在比較突出得兩個(gè)問題：水動(dòng)力不穩(wěn)定和傳熱惡化。

直流鍋爐水動(dòng)力不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為在蒸發(fā)管屏中發(fā)生的周期性的流量波動(dòng)，即脈動(dòng)。脈動(dòng)現(xiàn)象有三種表現(xiàn)形式：管間脈動(dòng)、管屏脈動(dòng)和整爐脈動(dòng)，現(xiàn)在大型直流爐主要是管間脈動(dòng)。啟動(dòng)和低負(fù)荷階段工作壓力和質(zhì)量流量大幅度下降，所以啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生脈動(dòng)現(xiàn)象。

消除脈動(dòng)的方法有以下幾種：

⑴提高工質(zhì)的質(zhì)量流速;

⑵在蒸發(fā)受熱面熱水段進(jìn)口加裝節(jié)流圈;

⑶在蒸發(fā)段含汽率為0.15～0.20處加裝呼吸箱;

⑷蒸發(fā)段采用小管徑管（目的增加質(zhì)量流速）;

⑸蒸發(fā)受熱面下部采用內(nèi)螺紋螺旋管結(jié)構(gòu)（目的增加質(zhì)量流速）。

在鍋爐蒸發(fā)受熱面中，有時(shí)水或汽水混合物與管壁間被一層汽膜隔開，導(dǎo)致傳熱系數(shù)急劇下降，管壁溫度急劇升高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工質(zhì)的飽和溫度，甚至出現(xiàn)過燒的現(xiàn)象，膜態(tài)沸騰又稱傳熱惡化，按機(jī)理分為第一類傳熱惡化和第二類傳熱惡化兩種。第二類傳熱惡化發(fā)生在比較高的熱負(fù)荷下霧狀流動(dòng)的結(jié)構(gòu)區(qū)域，發(fā)生第二類傳熱惡化是對直流爐而言其放熱方式為強(qiáng)迫流動(dòng)，蒸汽流速快，工質(zhì)的放熱系數(shù)比第一類大，水冷壁溫上升也比第一類小。但當(dāng)有一定熱負(fù)荷時(shí)，水冷壁溫可能會(huì)超過允許值而使管子損壞。發(fā)生此類傳熱惡化時(shí)經(jīng)常伴有壁溫波動(dòng)（幅度為60～125℃），導(dǎo)致管壁發(fā)生熱疲勞破壞。直流爐水冷壁的形式必然存在所謂“蒸干”的傳熱惡化過程，電站鍋爐常見的傳熱惡化多屬此類。

防止傳熱惡化的主要措施主要有：

⑴采用內(nèi)螺紋管和加裝擾流子;

⑵提高工質(zhì)質(zhì)量流速;

⑶降低水冷壁的熱負(fù)荷。

現(xiàn)代大型直流鍋爐在設(shè)計(jì)和制造方面對水冷壁安全方面已采取了比較有效的措施，采用帶內(nèi)螺紋的螺旋管圈，采用小管徑管和采用中間聯(lián)箱等。水冷壁管應(yīng)進(jìn)行水動(dòng)力不穩(wěn)定性和水壁管內(nèi)沸騰傳熱計(jì)算，確定不發(fā)生脈動(dòng)的界限質(zhì)量流速和管子最大壁溫及管子上下壁溫差。

二.鍋爐燃燒調(diào)整和制粉系統(tǒng)的運(yùn)行

本工程采用中速磨煤機(jī)正壓冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖旋流燃燒，前后墻各三層燃燒器。對直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)的運(yùn)行影響和制約著燃燒器的運(yùn)行和對燃燒的調(diào)整。對設(shè)計(jì)煤種本工程的最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷為30%BMCR。本工程煤質(zhì)屬易燃易結(jié)焦煤種，爐膛容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷設(shè)計(jì)都較小，分別為82KW/m3和4.72MW/m2，這對低負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)燃是不利的，在低負(fù)荷下熱負(fù)荷更低，所以鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃對該鍋爐來說非常重要。低負(fù)荷下的穩(wěn)燃問題應(yīng)引起高度重視。

負(fù)荷過低時(shí)對燃燒的危害：

⑴因?yàn)闊嶝?fù)荷低，爐膛溫度低，在各種擾動(dòng)下隨時(shí)可能引起爐膛滅火。

⑵因熱負(fù)荷低，爐膛火焰充滿度差，引起鍋爐熱偏差增大。

⑶對直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機(jī)可能煤量太小而引起較大振動(dòng)引起設(shè)備故障。

低負(fù)荷時(shí)燃燒調(diào)整應(yīng)采取的措施：

⑴加強(qiáng)燃料管理，避免煤質(zhì)較大波動(dòng)，低負(fù)荷時(shí)盡量燃用設(shè)計(jì)煤種或揮發(fā)份較高的易燃煤種。

⑵密切注意爐膛負(fù)壓的變化，爐膛負(fù)壓不要太大，一般30-50kpa就行了，加強(qiáng)燃燒調(diào)整和就地看火。

⑶注意磨煤機(jī)的運(yùn)行情況，防止因磨煤機(jī)跳閘引起鍋爐滅火，磨煤機(jī)一次風(fēng)量要和煤量相匹配，不能太大，煤粉細(xì)度要調(diào)細(xì)一些，分離器出口溫度要靠上線運(yùn)行。

⑷負(fù)荷較低時(shí)爐膛區(qū)盡量不要吹灰，防止掉焦引起滅火。

⑸采取各種措施減小爐膛漏風(fēng)，避免冷空氣對燃燒影響。

⑹各種相關(guān)保護(hù)嚴(yán)格投入。

⑺下層磨煤機(jī)盡量不要投自動(dòng)，保證穩(wěn)燃的最低給煤量，保持較小的一次風(fēng)量。

⑻助燃系統(tǒng)可靠備用。

⑼鍋爐調(diào)整一定要緩慢，避免參數(shù)大幅度波動(dòng)，重要操作要有事故預(yù)想。

三.尾部受熱面的若干問題

1.尾部受熱面的積灰

隨著鍋爐負(fù)荷不斷降低，煙氣量相應(yīng)較少，煙氣流速降低也比較快，根據(jù)鍋爐廠的熱力計(jì)算匯總表，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降到50%時(shí)，爐內(nèi)的最快煙氣流速也已低于7米/秒，水平煙道及尾部煙道平均煙速低于5米/秒。一般當(dāng)煙速低于6米/秒時(shí)受熱面積灰就比較嚴(yán)重，本工程燃用高硫份（1.52%）的煤種，加之尾部煙道的煙溫亦非常低，所以必須重視低負(fù)荷時(shí)尾部受熱面的積灰。

積灰的危害：

a.使傳熱熱阻增大，吸熱量減少，煙氣損失增大，造成蒸汽溫低，影響鍋爐效率;

b.減小了煙氣通流面積，增大煙風(fēng)阻力，增大風(fēng)機(jī)出力。

c.加快受熱面的腐蝕，尤其是燃用高硫份煤時(shí)。

受熱面積灰只要維護(hù)好吹灰器，根據(jù)需要及時(shí)吹灰就可解決問題。

2.空預(yù)器的低溫腐蝕

低負(fù)荷時(shí)由于燃料量較少，煙溫比較低，在空預(yù)器冷端煙溫就可能低于煙氣露點(diǎn)造成低溫腐蝕，鍋爐廠的熱力計(jì)算匯總表：當(dāng)負(fù)荷50%時(shí)，排煙溫度為115℃，本工程設(shè)計(jì)煤種的排煙溫度為113℃，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)排煙溫度就低于煙氣露點(diǎn)造成腐蝕。本工程由于同步上脫銷裝置，空預(yù)器低溫受熱面采用搪瓷材料，腐蝕問題基本避免，但煙溫低于露點(diǎn)時(shí)凝結(jié)的硫酸氣溶膠會(huì)堵塞空預(yù)器受熱面造成空預(yù)器堵塞，降低空預(yù)器傳熱效果，需要加強(qiáng)空預(yù)器吹灰，目前在脫銷空預(yù)器冷端都配置有雙介質(zhì)吹灰器，高壓水系統(tǒng)可以在線沖洗，但一定慎用，并且做好措施。

3.尾部煙道二次燃燒

鍋爐處在低負(fù)荷下長期運(yùn)行時(shí)，爐膛溫度低機(jī)械不完全燃燒顆粒多，煙氣中的未燃燒顆粒容易離析沉積在煙道中;低負(fù)荷時(shí)（直吹式制粉系統(tǒng)）一般一次風(fēng)速度比較偏高，所以煤粉也就粗，也造成不完全燃燒顆粒增多，煙道再燃燒就積存的煙道內(nèi)的燃料，經(jīng)氧化升溫而發(fā)生的。發(fā)生煙道再燃燒時(shí)將可能對發(fā)生部位的受熱面等設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，損失大，修復(fù)時(shí)間長，一般多發(fā)生在空預(yù)器。當(dāng)確認(rèn)發(fā)生再燃燒時(shí)應(yīng)立即停爐，停止引、送、一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，鍋爐密閉，通過向煙道內(nèi)通入蒸汽滅火。

由于煙道再燃燒事故損失大，修復(fù)時(shí)間長，所以要采取防范措施：

⑴加強(qiáng)燃燒調(diào)整，防止燃燒工況失調(diào);

⑵避免鍋爐長期低負(fù)荷運(yùn)行，尤其是低負(fù)荷時(shí)油煤混燒;

⑶注意觀察鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化，加強(qiáng)尾部煙道吹灰，尤其是啟動(dòng)時(shí)或油煤混燒時(shí)。

結(jié)語

綜上，本文對鍋爐機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行的危害進(jìn)行了分析，并針對各項(xiàng)危害提出了具體的預(yù)防措施，但一般來說采取措施只能減小危害的程度，并不能避免危害的發(fā)生。所以在實(shí)際生產(chǎn)中多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)要避免一臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)組負(fù)荷太低的情況，避免低負(fù)荷運(yùn)行才是預(yù)防低負(fù)荷危害的根本措施。

參考文獻(xiàn)

[1]周建玉，樂凌志，吳科.一種火電機(jī)組變負(fù)荷仿真研究方法[J].自動(dòng)化儀表，2017，07.