一起機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)惡性運(yùn)行工況引起停爐的事故分析

黃渠凱

摘 要：燃煤發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)非常復(fù)雜，對過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題需進(jìn)行深入研究、總結(jié)規(guī)律。該文結(jié)合一起鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)過程形成的惡性運(yùn)行工況，對主蒸汽壓力和主再熱蒸汽溫度不匹配的問題展開分析，提出減小鍋爐蒸發(fā)量和提高汽溫的一系列方法和措施，為鍋爐事故處理提供調(diào)整原則。以期能夠?qū)ν愋湾仩t出現(xiàn)問題的解決也有指導(dǎo)借鑒作用。

關(guān)鍵詞：燃燒 煙氣 換熱 啟動(dòng)系統(tǒng) 鍋爐負(fù)荷 調(diào)整

中圖分類號：TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0016-02

某600 MW級超臨界直流鍋爐在極熱態(tài)開機(jī)并網(wǎng)帶150 MW電負(fù)荷“濕態(tài)運(yùn)行”階段，出現(xiàn)“只漲主汽壓不漲主汽溫”現(xiàn)象，形成主汽壓高與主再熱汽溫低嚴(yán)重不匹配的惡性運(yùn)行工況，且隨著總煤量或電負(fù)荷的增減而振蕩。不但降低機(jī)組熱效率，增加汽輪機(jī)末幾級葉片的蒸汽濕度，造成葉片侵蝕加劇，影響機(jī)組的安全運(yùn)行；而且鍋爐難以進(jìn)行“濕干態(tài)轉(zhuǎn)換”實(shí)現(xiàn)直流運(yùn)行，最終被迫停機(jī)停爐重新啟動(dòng)。

1 鍋爐燃燒與受熱分布情況分析

該600 MW級機(jī)組鍋爐為上海電氣集團(tuán)鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG-2210/25.4-M980型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐、單爐膛、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐水冷壁由爐膛上部的垂直段管屏與下部的螺旋段管屏組成。

鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)采用帶再爐水循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)，鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置兩只汽水分離器，其進(jìn)出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)，鍋爐負(fù)荷低于最低直流負(fù)荷（30%BMCR）時(shí)，蒸發(fā)受熱面出口的介質(zhì)流經(jīng)分離器進(jìn)行汽水分離，蒸汽通過分離器上部蒸汽導(dǎo)管進(jìn)入爐頂過熱器，而水則通過疏水管道引至連接球，連接球體下方通過疏水管引至1個(gè)三通，一路疏水通過爐水循環(huán)泵被送至省煤器進(jìn)口，另一路接至大氣式擴(kuò)容器，減壓后產(chǎn)生的蒸汽通過排汽管道通向爐頂上方排入大氣；凝結(jié)水則進(jìn)入集水箱并經(jīng)過處理后被送往冷凝器或除氧器。在啟動(dòng)初期水質(zhì)不合格以及為了防止啟動(dòng)初期汽水膨脹階段分離器水位過高，飽和水進(jìn)入過熱器的發(fā)生，通過在大氣式擴(kuò)容器進(jìn)口設(shè)置的兩個(gè)高水位液動(dòng)調(diào)節(jié)門將分離器中大量的疏水排入大氣式擴(kuò)容器。

燃燒方式采用最新引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS），煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式噴燃器。24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈四角切向方式燃燒，切圓順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火（EI）煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）。在每相鄰兩層煤粉燃燒器之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，輔助風(fēng)其中包括上下兩只預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴（CFS）和1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有兩層緊湊燃盡風(fēng)（CCOFA）噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層火下風(fēng)（UFA）噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)置5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)噴嘴（SOFA）。四角切向布置的擺動(dòng)燃燒器，在熱態(tài)運(yùn)行中一、二次風(fēng)噴嘴均可上下擺動(dòng)。配置中速磨一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。A層煤粉火嘴布置等離子點(diǎn)火裝置。鍋爐共設(shè)有3層（AB、CD、EF）共12只油槍，單只油槍出力為2.3 t/h，分別布置在四角相鄰兩層煤粉火嘴之間的1只直吹風(fēng)噴嘴內(nèi)。

這起事故發(fā)生在機(jī)組極熱態(tài)汽機(jī)高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)階段，鍋爐配套等離子的制粉系統(tǒng)故障，在投油啟動(dòng)過程中油槍投入數(shù)量較多，煤油配比差，油槍燃燒時(shí)煙氣量少，尤其是最底層助燃用的AB層油槍主要對水冷壁輻射放熱，作用于鍋爐的負(fù)荷增加，主蒸汽壓力升高。

鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)低負(fù)荷階段，主燃燒器區(qū)域始終處于富氧燃燒狀態(tài)，燃盡性較好，而分離燃盡風(fēng)（SOFA）開度沒有按照低負(fù)荷情況作出調(diào)整，依然保持較多層數(shù)和較大開度，爐膛出口消旋力量強(qiáng)，煤粉在爐內(nèi)（水冷壁區(qū)域）停留時(shí)間過長，也造成鍋爐負(fù)荷增加，主蒸汽壓力升高。

化驗(yàn)入爐煤煤質(zhì)，發(fā)現(xiàn)燃煤中水分灰分較設(shè)計(jì)煤種的含量低得較多。試驗(yàn)和分析證明：鍋爐燃煤中水分灰分減小時(shí)，水分蒸發(fā)和灰分在爐膛內(nèi)本身溫度的升高所需熱量減少，會(huì)使?fàn)t膛內(nèi)溫度升高，輻射傳熱量增加，“濕態(tài)運(yùn)行”時(shí)鍋爐負(fù)荷增加；同時(shí)鍋爐燃煤中水份灰份減少，煤粉發(fā)熱量相對增加，必然引起耗煤量相對減少，煙氣容積減小，煙道內(nèi)對流換熱量減少，引起主再熱蒸汽溫度降低。

該鍋爐地處海拔1 800 m的西北高原地區(qū)，大氣壓為84 kPa，考慮到氧濃度低，設(shè)計(jì)爐型偏高，造成火焰中心溫度相對較低，間接加劇煙道內(nèi)對流換熱量的減少。

鍋爐給水調(diào)整策略不當(dāng)引起壓力溫度失去平衡。直流鍋爐啟動(dòng)初期容易被啟動(dòng)系統(tǒng)增加的那部分啟動(dòng)流量蒙蔽，此階段不能用鍋爐總給水流量與總煤量作為換算關(guān)系，要根據(jù)相同電負(fù)荷的總煤量經(jīng)驗(yàn)對比值，轉(zhuǎn)換為總煤量與蒸發(fā)量的比例，然后通過蒸發(fā)量調(diào)整鍋爐給水泵出口流量，與鍋爐蒸發(fā)量大致相當(dāng)。當(dāng)鍋爐給水泵出口流量較長時(shí)間小于鍋爐蒸發(fā)量，會(huì)促進(jìn)鍋爐負(fù)荷增大，主蒸汽壓力升高。

啟動(dòng)分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水沒有起到調(diào)解作用。鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)水質(zhì)已經(jīng)完全合格，為了減少汽水損失，一般情況下分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水不會(huì)打開啟動(dòng)分離器進(jìn)行放水。

在主汽壓很高時(shí)進(jìn)行沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，并網(wǎng)初期主汽壓很高的情況下即切除高壓旁路，負(fù)荷運(yùn)行快速上漲，主汽壓很高的情況下投入高加運(yùn)行，也會(huì)造成汽壓汽溫失控，在負(fù)荷不變的情況下投入高加，給水溫度升高，為維持汽壓要產(chǎn)生相同的蒸汽量，吸熱就要減少，那么送入爐內(nèi)的煤量必然要減少，由于煤量的減少，爐膛出口溫度就會(huì)下降，過熱蒸汽溫度必然下降。

2 應(yīng)對方法

根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整給水泵出力，通過啟動(dòng)分離器左右側(cè)液動(dòng)閥放水，犧牲鍋爐經(jīng)濟(jì)性，以補(bǔ)“冷水”放“熱水”的形式，用鍋爐給水泵出口流量略高于鍋爐負(fù)荷的方法，對鍋爐負(fù)荷與煙道內(nèi)對流換熱量不匹配“問題”進(jìn)行“校正”。部分遏制鍋爐蒸發(fā)量，對鍋爐負(fù)荷與煙道內(nèi)對流換熱量不匹配起到調(diào)解作用。避免因啟動(dòng)分離器，壓力達(dá)到一定高數(shù)值時(shí)閉鎖，打開左右側(cè)液動(dòng)調(diào)節(jié)閥，不能起到調(diào)解作用（見圖1）。

鍋爐極熱態(tài)啟動(dòng)低負(fù)荷階段，主燃燒器區(qū)域始終處于富氧燃燒狀態(tài)，無法通過配風(fēng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)爐膛高度方向上的分級燃燒來改變火焰中心高度，可以通過煤粉噴嘴的擺動(dòng)（范圍±20°）使火焰中心上移，減小分離燃盡風(fēng)（SOFA）層數(shù)和開度，縮小煤粉（或煙氣）在爐內(nèi)停留時(shí)間。

增加總風(fēng)量，使?fàn)t膛中心溫度降低，可降低鍋爐蒸發(fā)量，同時(shí)可使煙氣量增加，帶入對流受熱面的熱量增加，從而有利于提高主再熱蒸汽溫度。

減少輔助風(fēng)風(fēng)量，意味著爐膛風(fēng)箱差壓增大，燃料風(fēng)風(fēng)量增大。燃料風(fēng)速的增加，使得爐內(nèi)實(shí)際切圓減小，煤粉燃燒滯后，火焰行程拉長，對流換熱得到加強(qiáng)。

當(dāng)燃煤中水分灰分較設(shè)計(jì)煤種的含量低得較多，且鍋爐配套等離子的制粉系統(tǒng)故障時(shí)，宜選擇啟動(dòng)中上層制粉系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火，降低磨煤機(jī)出口溫度，降低磨煤機(jī)加載油壓增大煤粉細(xì)度，增大一次風(fēng)壓來滯后煤粉著火燃燒，增大單臺磨煤機(jī)出力使火焰中心在一定程度上升高。通過降低供油壓力減小油槍出力加大煤油配比。

按照機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)曲線選擇沖轉(zhuǎn)參數(shù)，選擇鍋爐主蒸汽壓力較低時(shí)投入高加，當(dāng)主汽溫下降時(shí)暫停投入，機(jī)組并網(wǎng)后放緩切除旁路系統(tǒng)，都能夠?qū)Υ藧盒赃\(yùn)行工況有一定改善作用。

3 結(jié)語

鍋爐啟動(dòng)時(shí)的故障較多，該文針對一種特殊工況進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際處理成功的情況提出參考方法?？偨Y(jié)分析有以下建議：一是論證鍋爐助燃，大油槍進(jìn)行技術(shù)改造改小出力，從而加大極熱態(tài)啟動(dòng)階段的煤油配比；二是對燃用煤種缺少與設(shè)計(jì)煤種偏差因素深入分析；三是為能規(guī)范實(shí)施，使解決方法能夠成熟和推廣，需對調(diào)整方法產(chǎn)生的負(fù)面因素進(jìn)行評估。

參考文獻(xiàn)

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