1 000 MW鍋爐火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造

徐育偉

(國家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇鹽城 224500)

火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)是燃煤鍋爐用來冷卻火焰監(jiān)測探頭的重要系統(tǒng)。若不能正常提供火檢冷卻風(fēng)，將會(huì)給機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來極大的威脅。為了保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，筆者通過對(duì)某電廠火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加1路冷一次風(fēng)至火檢冷卻風(fēng)源母管，原火檢冷卻風(fēng)機(jī)停機(jī)備用，以為火電機(jī)組提供參考。

1 存在問題

該電廠1 000 MW機(jī)組鍋爐的型號(hào)為HG3077/28.25/605/613-YM4，該鍋爐為超超臨界參數(shù)、變壓直流、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、采用八角反向雙切圓燃燒的П形鍋爐。

1.1 設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高

該電廠機(jī)組火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)采用2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)，1臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用，就地吸風(fēng)。火檢冷卻風(fēng)機(jī)為離心式風(fēng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率為22 kW，轉(zhuǎn)速為2 920 r/min，體積流量為6 500 m3/h。鍋爐火檢冷卻風(fēng)的風(fēng)量小，風(fēng)機(jī)缺陷發(fā)生次數(shù)較多，風(fēng)機(jī)在高溫環(huán)境下運(yùn)行容易出現(xiàn)火檢探頭結(jié)焦或燒損的問題，使機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在隱患。該電廠的鍋爐運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：當(dāng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)全?；蚧饳z冷卻風(fēng)源母管壓力過低(小于3 kPa)時(shí)，鍋爐觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)。由于檢修期間火檢冷卻風(fēng)機(jī)電源接線可能存在錯(cuò)誤，極易造成失電或設(shè)備主保護(hù)失靈等情況，引發(fā)不能正常提供火檢冷卻風(fēng)進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐MFT。

1.2 設(shè)備可靠性差

火檢冷卻風(fēng)機(jī)長周期運(yùn)行，風(fēng)機(jī)葉輪會(huì)發(fā)生葉片磨損、機(jī)械連接部位松動(dòng)、地腳支撐剛性不足等問題，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)振動(dòng)加劇。該電廠所處位置的每年4月至5月，空氣中會(huì)出現(xiàn)大量的楊絮。楊絮被吸附在火檢冷卻風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)，使火檢冷卻風(fēng)機(jī)入口出現(xiàn)異物堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)壓低，需要聯(lián)鎖啟動(dòng)另外1臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)?；饳z冷卻風(fēng)機(jī)長期運(yùn)行，出口切換擋板密封部件破損，密封不嚴(yán)導(dǎo)致竄風(fēng)，進(jìn)而使備用風(fēng)機(jī)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。備用風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)速度過快會(huì)發(fā)生無法正常啟動(dòng)等故障?；饳z冷卻風(fēng)機(jī)在長周期運(yùn)行中可靠性較差。

1.3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性低

該電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)多次發(fā)生故障，需要對(duì)備用風(fēng)機(jī)解除聯(lián)鎖備用，切斷備用風(fēng)機(jī)電源，清理冷卻風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)等。這會(huì)給機(jī)組的正常安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定風(fēng)險(xiǎn)，增加了檢修維護(hù)成本，并且火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行使廠用電率居高不下。

2 改造前調(diào)研

2.1 改造案例

通過對(duì)國內(nèi)多家電廠進(jìn)行調(diào)研，得出火檢冷卻風(fēng)機(jī)的改造主要有以下幾種方式。

(1)A電廠改造示意圖見圖1。A電廠自冷一次風(fēng)源母管水平引出1根Φ159×5(外徑為159 mm、厚度為5 mm)鋼管，再垂直向上越過A 磨煤機(jī)出口2根粉管后，將其水平引入火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口母管。在Φ159×5鋼管的垂直管段標(biāo)高13 m處加裝1個(gè)閘閥，閘閥后加裝逆止閥；在2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口各加裝1個(gè)逆止閥[1-2]。

圖1 A電廠改造示意圖

(2)B電廠改造示意圖見圖2。B電廠在鍋爐右側(cè)冷一次風(fēng)源母管上接引DN200管道作為引入風(fēng)源，并將其與原火檢冷卻風(fēng)源母管通過切換擋板相連。從冷一次風(fēng)源母管引出的風(fēng)源管道上增加1個(gè)濾網(wǎng)，便于過濾雜質(zhì)，保證火檢冷卻風(fēng)的清潔度。濾網(wǎng)前后各設(shè)置1個(gè)插板閥；另外，在濾網(wǎng)旁路管路上設(shè)置1個(gè)插板閥[3]。

圖2 B電廠改造示意圖

(3)C電廠改造示意圖見圖3。C電廠火檢冷卻風(fēng)的風(fēng)源取風(fēng)點(diǎn)為鍋爐標(biāo)高12 m平臺(tái)冷一次風(fēng)至微油助燃風(fēng)管道，改造新增的風(fēng)管采用與火檢冷卻風(fēng)源母管相同的管道，同時(shí)在管道上增加閘閥和逆止閥。在原火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口母管上加裝閘閥和逆止閥。由于逆止閥經(jīng)常損壞，為便于在線更換或維修，2路管道上的逆止閥前后均裝有隔離閥。考慮到冷一次風(fēng)為室外取風(fēng)，風(fēng)源較為干凈，如果增加濾網(wǎng)需要增設(shè)旁路，使系統(tǒng)復(fù)雜化，因此新裝管路未增加濾網(wǎng)[4]。

圖3 C電廠改造示意圖

2.2 優(yōu)劣分析

A電廠的改造方案較為簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)源的基本功能，未考慮火檢冷卻風(fēng)對(duì)風(fēng)源潔凈度的要求，未在管路上加裝濾網(wǎng)，長時(shí)間運(yùn)行后火檢探頭可能會(huì)有堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

B電廠的改造方案是將冷一次風(fēng)引入原火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口母管，能滿足使用功能。冷一次風(fēng)和火檢冷卻風(fēng)共用1根母管，冷一次風(fēng)源與火檢冷卻風(fēng)源無法自由切換，同時(shí)無法在線檢修火檢冷卻風(fēng)機(jī)。

C電廠的設(shè)計(jì)方案中新增的風(fēng)源管道尺寸與原火檢冷卻風(fēng)源母管尺寸相同，閥門可以通用，便于檢修，但是自動(dòng)化程度較低，需要人工操作。

3個(gè)電廠改造方案的優(yōu)劣分析見表1。

表1 3個(gè)電廠改方案的優(yōu)劣分析

3 改造方案

3.1 具體改造方案

該電廠的改造要求是既要保證新增風(fēng)源的潔凈度能夠滿足火檢冷卻風(fēng)的要求，又要使新增的冷一次風(fēng)源與原火檢冷卻風(fēng)源獨(dú)立設(shè)置，同時(shí)要使2種風(fēng)源能夠互為備用，并且還要實(shí)現(xiàn)2種風(fēng)源的遠(yuǎn)程操作。圖4為火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造圖。

圖4 火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造圖

為實(shí)現(xiàn)以上功能，參考其他電廠的改造經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際位置和設(shè)備運(yùn)行狀況，最后采用的改造方案為：

(1)將火檢冷卻風(fēng)源從擴(kuò)建端側(cè)冷一次風(fēng)源母管引出，與原火檢冷卻風(fēng)源母管連接，只有在啟停機(jī)的情況下，使用火檢冷卻風(fēng)機(jī)。機(jī)組正常運(yùn)行過程中使用冷一次風(fēng)作為冷卻風(fēng)，原火檢冷卻風(fēng)機(jī)停備。

(2)用Φ219×8(外徑為219 mm、厚度為8 mm)鋼管制作新增的冷一次風(fēng)管道，將其與原火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口母管相連接。

(3)在原火檢冷卻風(fēng)出口母管加裝手動(dòng)閥(常開狀態(tài))，并且在手動(dòng)閥前加裝手動(dòng)蝶閥，防止機(jī)組啟停時(shí)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象；在原火檢冷卻風(fēng)出口母管手動(dòng)閥后加裝隔離閥，防止火檢冷卻風(fēng)機(jī)停運(yùn)后倒轉(zhuǎn)。

(4)為保證冷一次風(fēng)的清潔度，在冷一次風(fēng)引出口處加裝濾網(wǎng)(見圖5)。濾網(wǎng)前加裝手動(dòng)排污管道，反吹掃濾網(wǎng)后以進(jìn)行排污。

圖5 過濾結(jié)構(gòu)

(5)機(jī)組點(diǎn)火前啟動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)，將2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行且一次風(fēng)機(jī)出口壓力大于7 kPa作為火檢冷卻風(fēng)源向冷一次風(fēng)源切換的條件。

3.2 控制邏輯說明

(1)機(jī)組啟動(dòng)前，運(yùn)行人員手動(dòng)啟動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)。

(2)將火檢冷卻風(fēng)源切換為冷一次風(fēng)源的條件是至少1臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

(3)機(jī)組正常運(yùn)行后，運(yùn)行人員投入火檢冷卻風(fēng)機(jī)和冷一次風(fēng)源聯(lián)鎖切換按鈕。

(4)任意1臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，聯(lián)鎖打開火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口氣動(dòng)閥。2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)全停時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉火檢冷卻風(fēng)出口母管氣動(dòng)閥。

(5)火檢冷卻風(fēng)源從火檢冷卻風(fēng)機(jī)風(fēng)源切換至冷一次風(fēng)源的條件為：爐膛煙氣溫度低于50 ℃；火檢冷卻風(fēng)源母管壓力大于8 kPa且冷一次風(fēng)至火檢冷卻風(fēng)母管出口氣動(dòng)閥保持開啟狀態(tài)。以上2個(gè)條件滿足其中1個(gè)即可。

(6)火檢冷卻風(fēng)源喪失時(shí)主機(jī)保護(hù)控制策略為：火檢冷卻母管壓力低于3 kPa延時(shí)10 min觸發(fā)MFT；一次風(fēng)機(jī)和火檢冷卻風(fēng)機(jī)全停，所有冷卻風(fēng)源喪失，延時(shí)10 s觸發(fā)MFT。

4 改造效果

在1號(hào)、2號(hào)機(jī)組臨時(shí)停機(jī)期間，分別對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組鍋爐火檢冷卻風(fēng)源進(jìn)行改造。改造后分別在500 MW、600 MW、700 MW、800 MW、900 MW、1 000 MW負(fù)荷進(jìn)行風(fēng)源切換試驗(yàn)。表2為1號(hào)、2號(hào)機(jī)組火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造后的運(yùn)行參數(shù)。

由表2可得：改造后1號(hào)、2號(hào)機(jī)組火檢冷卻風(fēng)源壓力最低為8.38 kPa，濾網(wǎng)前后壓差最高為0.48 kPa，可以保證機(jī)組安全運(yùn)行。

表2 1、2號(hào)機(jī)組火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造后的運(yùn)行參數(shù)

在保證冷卻風(fēng)源壓力的情況下，解決了火檢探頭高溫運(yùn)行下結(jié)焦、燒損的問題，并且減輕了火檢冷卻風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)定期清理的工作，節(jié)約檢修費(fèi)用，在節(jié)能降耗的同時(shí)可以提高機(jī)組安全性[5]。

5 改造評(píng)價(jià)

5.1 技術(shù)創(chuàng)新

(1)該電廠的改造方案施工成本低、施工方便，可保障設(shè)備安全運(yùn)行、提高生產(chǎn)效率，同時(shí)減少維護(hù)火檢冷卻風(fēng)機(jī)的工作量。

(2)該電廠的改造方案實(shí)用性較強(qiáng)，適用于各種鍋爐火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)改造。

(3)設(shè)計(jì)了一種濾網(wǎng)可拆卸清洗的濾網(wǎng)，并將其安裝在冷一次風(fēng)源母管上，可解決火檢冷卻風(fēng)管道異物堵塞的問題。

5.2 經(jīng)濟(jì)性和安全性

(1)通過將原火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)與新加裝的冷一次風(fēng)源系統(tǒng)并聯(lián)，使2套系統(tǒng)互為備用，消除了火檢冷卻風(fēng)機(jī)存在隱患時(shí)無法備用的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約檢修費(fèi)用，在節(jié)能降耗的同時(shí)可以提高機(jī)組安全性。

(2)目前，國內(nèi)大部分電廠鍋爐火檢冷卻風(fēng)源由獨(dú)立的2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)提供。該電廠的改造方案適用于所有配置火檢冷卻風(fēng)機(jī)的電廠，并且改造費(fèi)用低。改造火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)后，原火檢冷卻風(fēng)機(jī)在機(jī)組正常運(yùn)行期間停運(yùn)。以該電廠為例，火檢冷卻風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率為22 kW，度電成本按照0.5元/(kW·h)計(jì)算，每年可節(jié)省電費(fèi)96 360元，經(jīng)濟(jì)效益顯著[6]。

6 結(jié)語

對(duì)某電廠火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到了預(yù)期的改造效果，并且改造方案結(jié)構(gòu)簡單、投資費(fèi)用低，可消除運(yùn)行過程中因火檢冷卻風(fēng)機(jī)故障帶來的安全隱患。改造后原火檢冷卻風(fēng)機(jī)可停運(yùn)，節(jié)約風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗，同時(shí)降低周圍環(huán)境噪聲。火檢冷卻風(fēng)源系統(tǒng)的改造對(duì)火電廠的綠色、節(jié)能、環(huán)保、安全運(yùn)行等有重要的意義。