基于“貧改煙”基礎(chǔ)上的制粉系統(tǒng)乏氣管溫度高原因分析

國(guó)能神皖馬鞍山有限責(zé)任公司 繆榮華

某電廠鍋爐型式為亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛Π型、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、平衡通風(fēng)、尾部雙煙道、四角切圓燃燒、煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、燃煤汽包爐。每臺(tái)鍋爐配置4臺(tái)負(fù)壓式單進(jìn)單出低速鋼球磨，制粉系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)分為乏氣轉(zhuǎn)移位及非轉(zhuǎn)移位，排粉機(jī)出口乏氣可通過(guò)轉(zhuǎn)移管到達(dá)一次風(fēng)箱或乏氣風(fēng)箱（乏氣轉(zhuǎn)移位），也可通過(guò)乏氣管直接進(jìn)入爐膛燃燒（非乏氣轉(zhuǎn)移位），制粉系統(tǒng)為中間儲(chǔ)倉(cāng)式，“貧改煙”改造后鍋爐粉倉(cāng)增設(shè)鄰爐放粉系統(tǒng)，由布置在給粉機(jī)下面的4根放粉管道和1根總輸粉管道組成，放粉管一頭與大氣相通、一頭與輸粉總管相連。一個(gè)放粉管與4個(gè)給粉機(jī)的下粉管聯(lián)通，4根放粉管匯集成輸粉總管，輸粉總管另一頭與鄰爐的細(xì)粉分離器進(jìn)口相連，中間用手動(dòng)擋板隔離。

1 乏氣管溫度高出現(xiàn)的過(guò)程、現(xiàn)象及原因分析

2022年4月12日11點(diǎn)05分，#3爐A制粉系統(tǒng)（非乏氣轉(zhuǎn)移位）停用后，#3爐A乏氣管截止門后測(cè)點(diǎn)溫度快速上升，溫度瞬時(shí)最高上升至151.37℃（圖1），現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該管壁測(cè)溫確認(rèn)溫度上升，且該制粉系統(tǒng)停用后整個(gè)制粉系統(tǒng)出現(xiàn)壓力異常現(xiàn)象（排粉機(jī)出口壓力負(fù)1400Pa左右），明顯異常。啟動(dòng)#3爐A排粉機(jī)對(duì)制粉系統(tǒng)重新吹掃后乏氣管截止門后測(cè)點(diǎn)溫度快速下降至正常值。

2022年4月13日9點(diǎn)04分，#1爐進(jìn)行乏氣轉(zhuǎn)移切換操作（#1爐D制粉系統(tǒng)乏氣轉(zhuǎn)移切至#1爐C制粉系統(tǒng)）結(jié)束。切換結(jié)束后#1爐D制粉系統(tǒng)為非乏氣轉(zhuǎn)移位，11點(diǎn)51分#1爐D排粉機(jī)停用后其乏氣管溫度快速上升，溫度最高上升至184.63℃（圖2）。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管道測(cè)溫確認(rèn)管壁溫度上升，隨后該點(diǎn)溫度又出現(xiàn)快速回落現(xiàn)象（期間并未啟動(dòng)#1爐D排粉機(jī)進(jìn)行吹掃，查看歷史曲線發(fā)現(xiàn)該測(cè)點(diǎn)溫度回落前值班員操作關(guān)閉了#1爐D乏氣管調(diào)整門及截止門）。

#1爐D制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，#1爐在低負(fù)荷階段制粉系統(tǒng)冷風(fēng)門未開(kāi)啟的情況下過(guò)量空氣系數(shù)高于正常值，通過(guò)降低送風(fēng)量及一次風(fēng)量效果不明顯，現(xiàn)場(chǎng)檢查未見(jiàn)爐膛區(qū)域及風(fēng)煙系統(tǒng)有明顯漏風(fēng)現(xiàn)象；#3爐制粉系統(tǒng)放粉管末端有倒吸空氣現(xiàn)象；上述現(xiàn)象在不同鍋爐制粉系統(tǒng)中產(chǎn)生，但現(xiàn)象有相同之處：發(fā)生的位置相同，均為乏氣管至爐膛的輸送管道中發(fā)生。發(fā)生的現(xiàn)象相同，均為非乏氣轉(zhuǎn)移位制粉系統(tǒng)停用后乏氣管溫度出現(xiàn)快速上升現(xiàn)象，且溫升速度較快。

原因分析：停用制粉系統(tǒng)時(shí)因通風(fēng)量過(guò)小或磨煤機(jī)停用后排粉機(jī)停用前對(duì)乏氣管吹掃壓力不足及吹掃時(shí)間過(guò)短，乏氣管內(nèi)煤粉因流速降低、逐漸沉積，制粉系統(tǒng)停用后積存的煤粉發(fā)生自燃，燃盡后溫度逐步回落；#3爐A排粉機(jī)停用且#3爐B排粉機(jī)運(yùn)行時(shí)，#3爐A防逃逸風(fēng)門狀態(tài)異常，因運(yùn)行排粉機(jī)入口為負(fù)壓狀態(tài)，通過(guò)兩個(gè)相鄰防逃逸風(fēng)門間形成通路對(duì)相鄰制粉防逃逸風(fēng)系統(tǒng)形成抽吸造成異常負(fù)壓；#3爐放粉管末端倒吸空氣說(shuō)明輸粉母管中心處于負(fù)壓狀態(tài)，#3爐A制粉系統(tǒng)異常負(fù)壓應(yīng)受鄰爐排粉機(jī)入口大負(fù)壓影響，鄰爐制粉系統(tǒng)與輸粉總管相連，任意兩個(gè)擋板關(guān)閉不嚴(yán)或狀態(tài)異常將造成相互連接的制粉系統(tǒng)間形成影響，結(jié)合#3爐A制粉系統(tǒng)產(chǎn)生的各種現(xiàn)象，判斷#3爐A制粉系統(tǒng)與整個(gè)輸粉母管導(dǎo)通相連。

2 對(duì)鍋爐各子系統(tǒng)的影響分析及處理過(guò)程

2.1 放粉管倒吸空氣對(duì)鄰爐制粉系統(tǒng)安全性影響

造成運(yùn)行中的負(fù)壓式制粉系統(tǒng)氧量長(zhǎng)期超限，對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，一旦發(fā)生原煤倉(cāng)斷煤、給煤機(jī)故障磨煤機(jī)出口溫度快速上升需開(kāi)啟冷風(fēng)門時(shí)，若運(yùn)行操作磨煤機(jī)進(jìn)口冷卻風(fēng)門不當(dāng)開(kāi)啟速度過(guò)快，造成擾動(dòng)加劇，此時(shí)系統(tǒng)含氧量容易大于15%，達(dá)到煤粉爆炸所需含氧量，這也是制粉系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生爆炸的原因之一。

2.2 放粉管倒吸空氣對(duì)鍋爐安全及效率影響

大量冷風(fēng)漏入爐膛會(huì)引起爐膛中心溫度下降，影響燃燒安全，嚴(yán)重時(shí)將造成鍋爐熄火事故；當(dāng)鍋爐燃燒所需的風(fēng)量基本保持不變時(shí)，若制粉系統(tǒng)的冷風(fēng)量增加，通過(guò)空氣預(yù)熱器風(fēng)量將減少，從而鍋爐排煙溫度升高、熱效率下降，最終導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗上升、經(jīng)濟(jì)性下降；低負(fù)荷氧量過(guò)高會(huì)造成折算后的NOx排放超標(biāo)，折算后的NOx濃度值隨過(guò)量空氣系數(shù)增大而增大[1]，可見(jiàn)過(guò)量空氣系數(shù)是一個(gè)不容忽視的重要參數(shù)，其數(shù)值的大小直接影響到折算后的NOx排放濃度。為控制NOx排放在合格范圍內(nèi)、被迫大量噴氨來(lái)控制其排放合格，長(zhǎng)期大量噴氨造成的氨逃逸加大引起硫酸氫銨生成量增加，會(huì)加速空預(yù)器的腐蝕及堵塞。

2.3 制粉系統(tǒng)通過(guò)輸粉母管與臨爐長(zhǎng)期相通影響

制粉系統(tǒng)停運(yùn)后，乏氣管道上全部擋板在開(kāi)啟狀態(tài)下，受鄰爐制粉系統(tǒng)大負(fù)壓抽吸影響，乏氣管內(nèi)負(fù)壓遠(yuǎn)高于爐膛負(fù)壓，高溫?zé)煔鈺?huì)逆向流動(dòng)進(jìn)入乏氣管，乏氣管材質(zhì)為普通碳鋼材質(zhì)，管道及燃燒器噴口長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)得不到冷卻，管道會(huì)產(chǎn)生變形甚至燒損燃燒器噴口，煙氣逆流同時(shí)會(huì)造成煙氣偏斜并影響四角切圓的穩(wěn)定性；相鄰制粉系統(tǒng)的出力變化直接影響臨爐制粉系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。排粉機(jī)出口壓力以及電流會(huì)呈現(xiàn)跳躍式上升及下降現(xiàn)象，制粉系統(tǒng)處于乏氣轉(zhuǎn)移位時(shí)，制粉系統(tǒng)排粉機(jī)出口壓力的波動(dòng)會(huì)直接影響一次風(fēng)管動(dòng)壓穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)多個(gè)給粉機(jī)同時(shí)“沖粉”現(xiàn)象，對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定構(gòu)成最直接威脅，并間接影響協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.4 處理過(guò)程

2.4.1 對(duì)乏氣管路進(jìn)行徹底吹掃確保管路無(wú)煤粉沉積

發(fā)現(xiàn)乏氣管溫度快速升高后，立即投入相應(yīng)制粉系統(tǒng)蒸汽滅火，10分鐘后啟動(dòng)排粉機(jī)對(duì)溫度快速上升的乏氣管重新吹掃15分鐘；復(fù)緊全部放粉管末端擋板，掛“禁止操作”警示牌，只有在臨爐有放粉需要時(shí)才操作該擋板。對(duì)#3爐制粉系統(tǒng)放粉管路末端隔離擋板復(fù)緊后倒吸氣空氣現(xiàn)象徹底消失。舉一反三，排查其他鍋爐輸放粉系統(tǒng)末端有無(wú)負(fù)壓現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.4.2 防逃逸風(fēng)擋板狀態(tài)核查

相鄰排粉機(jī)防逃逸風(fēng)擋板狀態(tài)核實(shí)確認(rèn)遠(yuǎn)方指令與實(shí)際反饋位置相同，擋板啟閉時(shí)制粉系統(tǒng)負(fù)壓無(wú)明顯變化，排除制粉系統(tǒng)通過(guò)防逃逸風(fēng)門相互串風(fēng)影響；確認(rèn)鄰爐放粉公共母管所接用戶。經(jīng)過(guò)對(duì)全廠輸放粉系統(tǒng)逐一檢查，確認(rèn)#1D、#2A、#2D、#3A、#3D、#4A制粉系統(tǒng)細(xì)粉分離器入口處有管路接至公共輸粉母管，其中#2A制粉系統(tǒng)在大修維護(hù)、系統(tǒng)已隔絕，直接排除，在其余相連制粉系統(tǒng)中尋找關(guān)聯(lián)。

2.4.3 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)排查

#3爐A制粉系統(tǒng)停用狀態(tài)下關(guān)閉#3爐A乏氣管截止門、調(diào)整門后#3爐A乏氣管溫度回落，對(duì)#3爐A乏氣管進(jìn)行重新吹掃，重新打開(kāi)#3爐A乏氣管截止門、調(diào)整門后乏氣管溫度會(huì)繼續(xù)上升，管道溫度上升現(xiàn)象未徹底根除；#3爐A排粉機(jī)啟動(dòng)后，#1爐D排粉機(jī)電流同步下降約3.5安培，反之#3爐A排粉機(jī)停用后#1爐D排粉機(jī)電流則上升（圖3），期間兩套制粉系統(tǒng)無(wú)其他任何操作，同時(shí)#3爐A排粉機(jī)停用后#1爐D乏氣管溫度出現(xiàn)快速下跌現(xiàn)象（#1爐D乏氣管調(diào)整門、截止門在開(kāi)啟狀態(tài)）。制粉系統(tǒng)負(fù)壓也相應(yīng)發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)檢查連續(xù)多日曲線均是此現(xiàn)象，說(shuō)明#3爐A制粉系統(tǒng)和#1爐D制粉系統(tǒng)存在互擾，相互間形成擾動(dòng)關(guān)聯(lián)。

2.4.4 隔離擋板狀態(tài)檢查

詢問(wèn)運(yùn)行人員，在查找#3爐制粉系統(tǒng)放粉管路末端倒吸空氣時(shí)操作改變過(guò)#3爐A細(xì)粉分離器進(jìn)口相連的手動(dòng)擋板狀態(tài)，操作后該擋板機(jī)械指示在關(guān)閉狀態(tài)，通過(guò)對(duì)該擋板操作方向及卡齒位置比對(duì)，懷疑其機(jī)械指示安裝錯(cuò)誤，利用鍋爐調(diào)停契機(jī)解體擋板后發(fā)現(xiàn)，輸粉母管與#3爐A細(xì)粉分離器進(jìn)口相連接的手動(dòng)擋板機(jī)械指示與實(shí)際位置相反，關(guān)閉該擋板實(shí)際上為開(kāi)啟狀態(tài)，造成運(yùn)行人員操作該擋板后#3爐A制粉系統(tǒng)與整個(gè)輸粉總管相通，另檢查發(fā)現(xiàn)#1爐D細(xì)粉分離器進(jìn)口相連的手動(dòng)擋板檢查內(nèi)部腐蝕不嚴(yán)密。

3 防范措施及效果檢查

鍋爐值班人員在停用制粉系統(tǒng)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行制粉系統(tǒng)停運(yùn)操作卡，操作一項(xiàng)勾選一項(xiàng)，不跳步操作，保持足夠的風(fēng)壓，抽粉時(shí)間要嚴(yán)格遵守規(guī)定，排粉機(jī)停用前磨煤機(jī)停用后對(duì)乏氣管吹掃時(shí)間要保持5分鐘以上；巡檢時(shí)加強(qiáng)對(duì)乏氣管及噴燃器附近管道水平段、膨脹節(jié)處測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)粉管有漏粉、積粉現(xiàn)象及時(shí)聯(lián)系消缺堵漏，發(fā)現(xiàn)不正常溫升立即投入蒸汽滅火后重新吹掃管路，確認(rèn)不因積粉自燃引起管道超溫。

在輸粉母管至相連的制粉系統(tǒng)上實(shí)施硬隔離，利用停爐消缺時(shí)機(jī)，在公共輸粉管路與細(xì)粉分離器進(jìn)口相連的手動(dòng)門隔離擋板處裝設(shè)堵板，只有在鄰爐粉倉(cāng)需要放粉時(shí)才抽掉堵板；利用機(jī)組停運(yùn)檢修契機(jī)消除制粉系統(tǒng)其余風(fēng)門擋板不嚴(yán)密缺陷，嚴(yán)格執(zhí)行技改項(xiàng)目驗(yàn)收流程，不留設(shè)備安全隱患至升爐階段；雖然負(fù)壓抽粉裝置是檢修煤粉倉(cāng)的輔助設(shè)備，但與制粉系統(tǒng)相連接，抽粉時(shí)需和相應(yīng)制粉系統(tǒng)同步運(yùn)行，因此熟悉有關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備，正確掌握操作規(guī)定及步驟，必不可少。

停爐后粉倉(cāng)需放粉檢修時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行粉倉(cāng)檢修安全措施，辦理工作票開(kāi)工后方可抽出相應(yīng)制粉系統(tǒng)至放粉公共母管堵板，放粉結(jié)束時(shí)及時(shí)恢復(fù)堵板；“貧改煙”后系統(tǒng)較改造前復(fù)雜，系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性增強(qiáng)，需對(duì)鍋爐各子系統(tǒng)及相鄰鍋爐間出現(xiàn)的互擾的問(wèn)題做深入思考。

效果檢查：低負(fù)荷165MW及深度調(diào)峰至132MW階段鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)未見(jiàn)異常升高現(xiàn)象。SCR裝置進(jìn)口NOx濃度未見(jiàn)異常升高，排放濃度能有效控制在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，氨耗量恢復(fù)至正常值；制粉系統(tǒng)停用后，乏氣管氣動(dòng)截止門及電動(dòng)調(diào)整門全開(kāi)狀態(tài)下制粉系統(tǒng)負(fù)壓恢復(fù)為微負(fù)壓狀態(tài)、與爐膛負(fù)壓接近，乏氣管溫度未見(jiàn)異常溫升；實(shí)踐證明，在輸粉母管至各用戶處實(shí)施硬隔離可有效避免制粉系統(tǒng)通過(guò)輸粉母管形成互擾。

4 結(jié)語(yǔ)

由于制粉系統(tǒng)實(shí)施“貧改煙”改造時(shí)輸放粉用擋板機(jī)械指示安裝錯(cuò)誤、誤導(dǎo)運(yùn)行人員，造成操作后實(shí)際狀態(tài)異常，加之鄰爐關(guān)聯(lián)擋板內(nèi)部缺陷的存在，造成停用的制粉系統(tǒng)被鄰爐負(fù)壓式制粉系統(tǒng)抽吸、乏氣管及燃燒器噴口附近產(chǎn)生大負(fù)壓現(xiàn)象，對(duì)主燃燒區(qū)上方燃燒器噴口周圍煙氣形成抽吸，“煙氣倒流”是造成該公司制粉系統(tǒng)停用后乏氣管溫度高的主因。“貧改煙”制粉系統(tǒng)輸放粉管路原先設(shè)計(jì)的擋板為翻板式，建議優(yōu)化為插板式，可提高關(guān)閉的嚴(yán)密性，以確保機(jī)組運(yùn)行時(shí)鍋爐制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)保證停爐后粉倉(cāng)需放粉檢修時(shí)不對(duì)其他鍋爐制粉系統(tǒng)形成干擾。