劣質(zhì)煤項目鍋爐裝置運行總結(jié)

摘 要：本文介紹了中煤平朔劣質(zhì)煤綜合利用項目在平朔集團轉(zhuǎn)型發(fā)展中的重要作用，簡單介紹了整套裝置的組成、產(chǎn)量、產(chǎn)能，中煤平朔能源化工公司鍋爐裝置在試車過程中出現(xiàn)除氧器的除氧水含氧量偏高、下雨天氣鍋爐落煤管頻繁堵煤、風(fēng)機軸承冷卻水回收不了外溢造成電纜溝進水等問題，運行過程中出現(xiàn)鍋爐廠房環(huán)境溫度超標、因為給水泵軸封泄漏大而造成除氧器壓力達不到設(shè)計要求等問題。對試車和運行中出現(xiàn)的問題的原因進行原因分析，詳細介紹了對上述問題所采取的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：除氧器;旋膜區(qū);給水泵

1 裝置情況

中煤平朔劣質(zhì)煤綜合利用示范項目是平朔公司“十二 五”循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃項目之一。該項目利用平朔礦區(qū)高硫、高灰、高揮發(fā)分、高灰熔點、中低熱值劣質(zhì)煤為原料，生產(chǎn)合成氨30萬t/a、硝銨40萬t/a，并副產(chǎn)高附加值的液化天然氣1.1億標方/a。項目工程內(nèi)容包括一套30萬t/a合成氨裝置（副產(chǎn)1.1億標方液化天然氣）、兩套18萬t/a硝酸兩套、兩套20萬t/a硝酸銨裝置，配備鍋爐、空分、供電、水處理、倉庫、行政辦公樓等輔助工程。本工程是中煤平朔公司高標準循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃項目之一，設(shè)計建成有四臺160t/h循環(huán)流化床鍋爐，三開一備用，滿足全廠供汽需求。

2 鍋爐裝置的流程

2.1 鍋爐流程簡述

公司地處晉北地區(qū)，配備了四臺太原鍋爐廠生產(chǎn)的次高溫次高壓循環(huán)流化床鍋爐，平時三開一備。鍋爐型號TG-160/5.29-M型。本鍋爐為次高溫次高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環(huán)，全懸吊結(jié)構(gòu)，全鋼架π型布置。鍋爐設(shè)有輕型爐頂，運轉(zhuǎn)層設(shè)置在8m標高。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

鍋爐主要由爐膛、絕熱旋風(fēng)分離器、自平衡回料閥和尾部對流煙道組成。爐膛采用膜式水冷壁，并設(shè)6組水冷屏，鍋爐中部是絕熱旋風(fēng)分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置兩組光管省煤器及一、二次風(fēng)各三組空氣預(yù)熱器。

燃燒系統(tǒng)由風(fēng)帽布風(fēng)裝置、旋風(fēng)分離器、U型回料閥、床下點火等系統(tǒng)組成。在燃燒系統(tǒng)中，給煤機將煤送入落煤管進入爐膛，鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風(fēng)機提供。一次風(fēng)機送出的空氣經(jīng)一次風(fēng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后由左右兩側(cè)風(fēng)道引入水冷風(fēng)室，通過水冷布風(fēng)板上的風(fēng)帽進入燃燒室;二次風(fēng)機送出的風(fēng)經(jīng)二次風(fēng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后，通過分布在爐膛前后墻上的噴口噴入爐膛，補充空氣，加強擾動與混合。燃料和空氣在爐膛內(nèi)流化狀態(tài)下?lián)交烊紵?，并與受熱面進行熱交換。爐膛內(nèi)的煙氣（攜帶大量未燃盡碳粒子）在爐膛上部進一步燃燒放熱。夾帶大量物料的煙氣經(jīng)爐膛出口進入絕熱旋風(fēng)分離器之后，絕大部分物料被分離出來，經(jīng)返料器返回爐膛，實現(xiàn)循環(huán)燃燒。分離后的煙氣經(jīng)轉(zhuǎn)向室、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器由尾部煙道排出。

鍋爐的給水經(jīng)過水平布置的兩組光管式省煤器加熱后經(jīng)導(dǎo)水管進入鍋筒。鍋筒內(nèi)的鍋水由集中下降管、分配管進入水冷壁下集箱、水冷壁管、上集箱，然后由引出管進入鍋筒。鍋筒內(nèi)設(shè)有汽水分離裝置，飽和蒸汽從鍋筒頂部的蒸汽連接管引至尾部低過進口集箱，經(jīng)低溫過熱器、一級噴水減溫器、高溫過熱器、吊掛管、集汽集箱，最后將合格的過熱蒸汽引出。主要設(shè)備參數(shù)見表2。

2.2 煙氣脫硝區(qū)（SNCR+SCR）工藝流程

自氨水儲罐接出的20wt%氨水溶液經(jīng)過高壓離心泵送入爐區(qū)和除鹽水在管道中混合至5wt%左右經(jīng)過分配模塊分配至各層各個噴槍最終噴入合適的溫度區(qū)域。氨水的注入量控制是由SNCR初始NOx濃度值、鍋爐負荷、過氧量和氨氮比（NSR）等來控制的。

在合適溫度區(qū)域內(nèi)噴入的還原劑氨水迅速分解為氨氣和煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O從而達到脫硝的目的，未反應(yīng)的NOx和氨氣流入至下游催化劑層繼續(xù)進行脫硝反應(yīng)。

SCR反應(yīng)器操作溫度可在320℃～420℃，SCR反應(yīng)器內(nèi)置于上級省煤器和下級省煤器之間，溫度測量點位于SCR反應(yīng)器前的進口煙道上，出現(xiàn)320℃～420℃溫度范圍以外的情況時，溫度信號將自動連鎖關(guān)閉相應(yīng)氨水溶液入口電動開關(guān)閥MV-1101和MV-1201（2、3、4#爐以此類推）。

反應(yīng)生成的水和氮氣隨煙氣進人下游設(shè)備并隨煙囪排入大氣。在SCR出口的尾部煙道設(shè)置NOx、O2和NH3濃度監(jiān)視分析儀。NH3濃度監(jiān)視分析儀監(jiān)視NH3的逃逸濃度小于10ppm，超過則報警。SCR內(nèi)設(shè)置聲波吹灰器，其可防止催化劑的堵塞。

脫硫采用爐內(nèi)噴鈣+煙氣氨法脫硫協(xié)同工藝。

2.3 鍋爐補水系統(tǒng)

從水處理車間來的20℃、0.9MPa的脫鹽水經(jīng)φ219× 6送到鍋爐車間界區(qū)以后分成三路：第一路是經(jīng)φ108×4管道通過LV-0271液位調(diào)節(jié)閥進入除氧器作為正常的除氧器補水;第二路是送至鍋爐側(cè)的疏水箱里作為鍋爐上水。第三路是通過φ194×5冷渣器冷卻水母管進入各臺冷渣器回收爐渣的熱量，從冷渣器出來的85℃、0.9MPa熱水管又分成φ159×4.5和φ108×4兩條管路，φ159×4.5作為冷渣器熱水母管把水分配到各臺運行的除氧器，其中φ108×4管道的熱水返回化工區(qū)低壓除氧器。除氧器設(shè)備參數(shù)見表3。

鍋爐在全公司化工裝置開起來以后，要接受由化工區(qū)變換系統(tǒng)來的145℃、0.5MPa（g）、400t/h的化工工藝熱水作為除氧器主要水源。

3 試車節(jié)點簡述

3#、4#鍋爐于2014年6月16日8點開始上水打壓升壓速度0.3MPa/min，12時結(jié)束打壓，最高壓力7.28MPa。1#、2#鍋爐于2014年7月29日10點上水打壓，升壓速0.3MPa/min，12時結(jié)束打壓，最高壓力7.28MPa。

1#鍋爐于2016年5月11日18：00點火開始煮爐，5月14日10：05停爐檢修。5月20日再次點火進行管道吹掃，24日進行了安全閥整定工作，24日17：17停爐檢修。6月23日22：38，1號爐點火投運，由于蒸汽指標不合格（硅含量超標），7月15日1號爐并網(wǎng)運行。截止9月底累計運行1448h。

2#爐于2016年1月12日18：30點火開始煮爐，15日煮爐結(jié)束，直接進行管道吹掃工作，1月22日進行安全閥整定工作，1月29日2號爐并網(wǎng)運行。之后間斷運行至今，截止9月底累計運行4996h。

3#爐于2015年11月6日19：13點火開始煮爐，11月9日7：15分開始管道，當日13：19因西側(cè)水冷壁泄漏，3號爐停車消缺。11月24日01：10重新點火，開始管道吹掃工作，12月1日完成安全閥整定工作后，投入連續(xù)運行，截止9月底累計運行5551h。

2016年4月28日，3號鍋爐進行滿負荷試驗，當負荷升至150t/h，二次風(fēng)機電機線圈超溫（86℃），超電流（41.2A），排煙溫度略高（142℃），停止提負荷，后經(jīng)過處理達到滿負荷。

4#爐于2015年10月4日首次點火成功，10月7日完成鍋爐煮爐工作后停爐消缺。10月11日再次點火，完成鍋爐吹管及安全閥整定工作，10月14日停爐消缺。10月21日點火進行鍋爐72h穩(wěn)態(tài)運行（未達額定負荷），期間進行廠區(qū)管路吹掃工作，一直連續(xù)運行至12月17日上午10點25分，鍋爐上水冷壁右側(cè)集箱與汽包連接管發(fā)生爆管事故。4號爐累計運行1344h。

4 試車中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

4.1 除氧器除氧水溶解氧不合格（40～80μg/L）

溶解氧含量超標原因分析：

①設(shè)計要求除氧器運行方式為定壓運行，目前處于調(diào)試階段，對蒸汽量調(diào)整頻繁，導(dǎo)致鍋爐補水量及除氧器加熱蒸汽流量不穩(wěn)定?？焖傺a水及加熱蒸汽壓力低、流量小導(dǎo)致除氧器內(nèi)補水不能迅速達到飽和狀態(tài)，溶解氧含量波動比較大;②原設(shè)計除氧器主要進水為從化工區(qū)低壓除氧站來的熱水（設(shè)計進水量為400t/h，溫度145℃），這股水進入鍋爐裝置高壓除氧器的進水口設(shè)置在除氧器旋膜區(qū)內(nèi)[1]，在此區(qū)域內(nèi)蒸汽與進水能夠充分傳熱傳質(zhì)，除氧效果最理想?；瘜W(xué)補充水（脫鹽水冷水）僅作為系統(tǒng)補充水調(diào)整除氧器液位使用，此管路進入高壓除氧器的進水口也布置在除氧器旋膜區(qū)內(nèi)。目前供水系統(tǒng)沒能經(jīng)過以上兩趟管路，而是采用冷渣機回水管路，此管路進入高壓除氧器的進水口布置在除氧器旋膜區(qū)下方，與加熱蒸汽傳熱效果較差，造成目前除氧器的加熱蒸汽達不到有效的除氧效果，進入除氧頭很快便從上部排氣口排出，不僅浪費大量蒸汽而且減緩了水箱內(nèi)溶解氧的排出;③單臺冷渣機運行的設(shè)計冷卻水量為44t/h，單臺爐正常開車冷渣機所需理論冷卻水量為88t/h，但實際運行情況所需冷卻水量要高于設(shè)計值，且鍋爐平均負荷在100t左右，所以通過化學(xué)補充水作為主要進水口目前仍不具備條件。

確認原因后，經(jīng)過同總調(diào)、生產(chǎn)技術(shù)部研究決定施行技術(shù)改造，將冷渣機回水管路并至化工區(qū)來水管路，讓除氧器補水進入旋膜區(qū)內(nèi)，強化旋膜區(qū)的傳質(zhì)傳熱，經(jīng)過技改后鍋爐給水溶解氧指標達標（<15μg/L）[2]。除氧器改造見圖1。

4.2 下雨天，給煤機落煤管頻繁堵塞

由于鍋爐燃煤筒倉一直沒有投用，使用臨時存煤場來儲存燃煤。當時正值雨季，雨天原煤水分含量較大，試運期間出現(xiàn)2次因堵落煤管造成鍋爐停爐事故。燃煤主要靠汽車拉運，煤的來源地不固定，燃料煤的水分波動大，也經(jīng)常堵塞落煤管，給運行帶來極大地困難。經(jīng)過車間技術(shù)人員討論，決定在煤倉及落煤管處安裝輸送裝置，編制了出現(xiàn)堵煤情況后的應(yīng)急預(yù)案，使操作人員能夠更好、更快的解決堵煤問題。

4.3 鍋爐風(fēng)機軸承冷卻水回收不了

從公司循環(huán)水系統(tǒng)來的循環(huán)水送到鍋爐界區(qū)供裝置使用。鍋爐的風(fēng)機軸承冷卻水系統(tǒng)上水和回水管線都是φ108×4管線，上水壓力0.4MPa，冷卻水經(jīng)過軸承以后進入各自的漏斗匯集到無壓回水管線，然后匯集進入循環(huán)水收集池，再用循環(huán)水泵打回循環(huán)水系統(tǒng)。因為是無壓回水，回水管線又長，導(dǎo)致漏斗大量循環(huán)水外溢進入鍋爐房零米。但鍋爐房零米無排水系統(tǒng)，冷卻水滲入電纜溝，電纜長期泡在水里，造成重大安全隱患。雖然后期設(shè)計院將部分回水技改成有壓回水，但是又帶來觀察水量不方便、檢修隔離困難等問題。最后不得不重新鋪設(shè)回水明管到循環(huán)水池，才解決了這一簡單又棘手的問題。

4.4 4號鍋爐爆管事故

4#鍋爐是2015年10月4日點火啟動，一直連續(xù)運行至12月17日上午10點25分時水冷壁西側(cè)上聯(lián)箱至汽包導(dǎo)汽管爆管事故。經(jīng)專家取樣鑒定得出結(jié)論：爆管是由于短期過熱造成的，屬短期過熱爆口。在鍋爐和附屬管路的吹管期間，汽包及水冷壁（屏）受熱面出現(xiàn)過嚴重缺水和干燒，是導(dǎo)致水冷壁、導(dǎo)汽管及聯(lián)箱短期過熱失效和損傷主要原因。4號鍋爐經(jīng)過請專業(yè)人員、專業(yè)隊伍修復(fù)以后與2018年元月投入使用，運行情況良好。

4.5 輸渣系統(tǒng)增加除塵裝置

調(diào)試初期，除渣系統(tǒng)的輸渣皮帶裸露在外，揚塵非常大，人工清理渣溝浪費大量的人力，整個鍋爐零米環(huán)境衛(wèi)生極差。要求設(shè)計院安裝除塵裝置后，效果不太明顯。揚塵情況得到控制，但目前渣溝仍有散落的爐渣，每班需要專人進行清理。2020年4月對輸渣皮帶溝頂部利用瓦楞鐵板進行封閉，利用引風(fēng)機的吸力把渣溝飄起來的灰塵吸走。改造以后現(xiàn)場環(huán)境有一定的改觀。

5 運行中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對措施

5.1 鍋爐房上部環(huán)境溫度高

鍋爐本體熱損失大，部分表面溫度超過100℃（鍋爐廠要求不能超過50℃），鍋爐外表面溫度超標。鍋爐頂部散熱不暢，不僅操作環(huán)境十分惡劣，也使得電動閥門元器件工作狀況變差，給事故發(fā)生留下隱患。鍋爐房散熱主要通過開窗戶散熱。后來經(jīng)過協(xié)商：EPC承包方給房頂加裝排風(fēng)扇，但是因為功率太小，環(huán)境狀況改善不大。目前散熱主要還是通過窗戶散熱（目前單臺爐運行頂部溫度超過45℃）。

5.2 除氧器達不到設(shè)計工作壓力

本裝置配備五臺電動給水泵供正常使用，另外配備一臺柴油給水泵供廠用電中斷情況下給汽包供水。運行中發(fā)現(xiàn)除氧器的工作壓力最高只能提到0.23MPa，除氧器水溫度在130℃。再往上升壓給水泵的軸承溫度就會一直上升超過75℃（設(shè)計值），造成軸瓦損壞。與鍋爐給水設(shè)計溫度158℃相差28℃，大約每小時浪費627.2㎏標煤，鍋爐按三開一備用計算，每年運行8000h，多用標煤15000t。經(jīng)過討論，大家認為：本給水泵采用填料密封，填料泄漏比較大，并且為熱水。軸承填料冷卻水為循環(huán)水，在溫度高的時候容易結(jié)垢，堵塞上水管更進一步加劇軸承溫度的上升。現(xiàn)在準備把填料密封改為機械密封，然后在進一步提高除氧器壓力。

5.3 化工區(qū)低壓除氧站來的熱水pH無法監(jiān)視

化工區(qū)來的熱水（400t/h，145℃，1.7MPa）進入鍋爐裝置的高壓除氧器，同冷渣器來的水匯合后經(jīng)過除氧器、給水泵升壓供給鍋爐。從試車至今共發(fā)生5次不明原因的爐水pH降低事件，最低pH達到4，每次都是按照《蒸汽》進行處理，但是爐水指標恢復(fù)至正常最快也用8個小時，給鍋爐造成了嚴重的傷害，也帶來了巨大的設(shè)備隱患。通過調(diào)取DCS趨勢、實測取樣可以排除從水處理車間來的化學(xué)水pH低的可能性。從化工區(qū)來的熱水主要是由機組冷凝液、工藝冷凝液組成，由于熱水管線上沒有在線儀表監(jiān)視電導(dǎo)、pH等指標，平時只是定時取樣檢測，監(jiān)視手段相對滯后。為此我車間打技術(shù)改造報告：要求增加在線電導(dǎo)儀，隨時監(jiān)視熱水電導(dǎo)。如有異常立即將熱水切除，避免損害鍋爐裝置。

6 尚待解決的問題

目前，鍋爐裝置運行中還存在：①鍋爐給水溫度低、自動化程度不高、備品備件不能及時供應(yīng)等問題，有些設(shè)備就是在等備件，給裝置穩(wěn)定運行帶來了隱患，如何實現(xiàn)其穩(wěn)定高產(chǎn)及長周期運行，還有大量工作要做;②設(shè)備安裝、設(shè)計缺陷還需要不斷修正或完善，例如，一二次風(fēng)機、引風(fēng)機軸承振動普遍偏高。雖然機動部門一直在想辦法處理但是效果不明顯;一二次風(fēng)風(fēng)道由于設(shè)計強度不足經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，威脅安全穩(wěn)定運行等等;③操作人員操作水平還需要不斷提高。今后我們?nèi)匀恍枰粩嗵剿髋c總結(jié)，對裝置持續(xù)進行優(yōu)化改進，以實現(xiàn)裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。

參考文獻：

[1]華東電業(yè)管理局編.汽輪機運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2012.184-187.

[2] GB/T12145--2016.火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2016： 1-9.

作者簡介：

蘇金祥（1973- ），男，工程師，主要從事鍋爐、汽輪機裝置的安全生產(chǎn)管理工作，研究方向：鍋爐、汽輪機運行管理。