大型化工企業熱電聯產裝置運行故障總結與分析

王 偉

(新奧集團新能鳳凰(滕州)能源有限公司,山東滕州 277500)

0 引 言

近年來中國投資大型化工企業建設發展迅速,興建大型循環產業一體化企業,熱電聯產裝置為化工裝置提供動力如:水、電、蒸汽、原料等,其穩定運行非常重要,目前有關熱電聯產操作運行方面的資料較少,根據十幾年來的安裝、調試與運行的經驗,結合某省大化集團公司熱電站6臺不同壓力、容量的循環流化床鍋爐、汽輪機、除塵器多年的運行事例進行分析,希望能對運行人員有所幫助。

1 動力簡介、熱電流程

動力包括熱電、原料、水處理等裝置,熱電包括鍋爐、汽輪機及其輔機設備;原料包括原料煤皮帶、燃料煤皮帶;水處理包括綜合水泵房、雨水泵房、污水處理、中水回用、循環冷卻水、脫鹽水、冷凝液處理系統。

圖1 工藝流程圖

2 運行中出現事故經過、處理、原因分析與預防措施

2.1 循環流化床鍋爐運行事例

2.1.1 過熱器爆管事故

(1)發生經過:2003年12月26日,1#爐點爐并網時,因操作不當造成過熱蒸汽盤管短時超溫至620℃,造成盤管爆管,現場水平煙道內有劇烈明顯的漏汽聲。工況同時惡化,爐膛出現正壓,鍋爐給水量大于蒸汽量,汽包液位下降,引風機電流增加,被迫停爐。

(2)處理結果:停爐降溫后,進行檢查,發現高溫過熱器北起第22、23、24、25根管爆管,破口在向火側,同時發現破口材質已碳化,端面粗糙,邊緣較鈍。和破口相臨的列管有不同程度的變形,有明顯的管徑脹粗現象。因位置不好焊,只好堵管后投運。

(3)原因分析:

①事故停車后重新開車中減溫水沒有及時跟上,并網時放空關的過快,造成蒸汽壓力升高,流通蒸汽量少,而爐內余熱量大,造成過熱器盤管內熱量帶不走而超溫、超壓爆管。②這次檢查發現管內壁比較清潔,沒有結圬等現象,說明水質控制的很好,不是造成爆管的原因。③根據現場爆管位置,結合原始操作數據,所爆位置存在局部超溫,即煙氣分布不均,使得爆管位置處煙氣流量大,溫度高。而煙氣分布不均主要是由于高溫分離器分離效果不同,水平煙道積灰等原因造成。④破口不在焊縫處,沒見重皮、汽孔、沙眼等安裝質量問題,管子外表面沒有任何機械損傷或其它缺陷,因此可以排除錯用鋼材,材質不合格及焊接質量原因。⑤運行中使用的煤質不符合鍋爐設計,造成運行時灰量過大,盤管磨損大,造成盤管因磨損壁太薄而爆管。

(4)預防措施:①開停車時嚴格操作規程,保證蒸汽流通量,及時調整,確保過熱器盤管不超溫超壓。②嚴格控制好工藝指標和蒸汽品質,爐水質量,按時高質量進行排污。③控制好進爐煤質,灰量大時適當減小鍋爐負荷。④定期檢查盤管磨損情況,及時發現問題進行處理。

2.1.2 旋風分離器中心筒脫落事故

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(1)發生經過:2003年5月8日11:10,檢修人員發現1#爐返料不暢,就去現場放循環灰,在放循環灰的過程中,返料溫度急劇升高而被迫緊急停車,而后對返料器內的焦塊進行清理,降溫后檢查發現北側旋風分離器中心筒定位圓鋼大部分斷裂,只有東側兩根圓鋼與中心筒連接。12月1日,1#爐因三個放渣管均堵塞放不下來渣而停車,檢查時發現南側中心筒脫落,制定了檢修與加固方案,12月6日中心筒檢修完畢。

(2)處理結果:原中心筒材質為1Cr20Ni14Si2,根據其所處的高溫環境,把材質更改為Incoloy800H,厚度為8mm的鋼板,提高了中心筒本身的強度,并用同樣的方法預制方鋼,用8個方鋼進行懸掛,方鋼上部由耐火磚的部位引出與外部鋼梁相連接。使得固定強度提高,減少了震動和變形。

(3)原因:①操作中風煤配比不太好,一次風量大,將大量未完全燃燒的煤從爐膛內帶至分離器內造成二次燃燒,形成后燃,導致中心筒溫度過高;②中心筒在高溫下同時承受爐墻的擠壓與高溫煙氣的沖刷以及自身重量的拉伸,在超過設計溫度下長時間運行,就會緩慢發生塑性變形,即高溫蠕變。③在開車過程中,由于中心筒受熱膨脹,受到爐墻的限制,兩者產生的壓縮應力,導致中心筒上沿和爐墻接觸部分部分向里凹陷,從而發生機械壓縮變形。④開停車和負荷大幅度變化以及升降溫速度過快時,都會使爐墻和中心筒產生過大的熱應力,尤其是給煤機頻繁堵煤,爐膛溫度多次大幅度變化,導致中心筒掛撐反復受到擠壓和牽拉而被損壞折斷。

(4)預防措施:①盡量選用灰分較少、細顆粒少、水分含量少于8%的煤,以減少堵煤,減弱后燃,同時減輕磨損。②調整燃燒工況,降低料層壓差,減少一次風量,只要能保證流化就行,用二次風調整負荷和燃燒,盡量避免可燃物后移,也減輕了磨損。③加強運行監督,將中心筒溫度納入考核指標。④控制好開車速度,升溫升壓速度要嚴格按照規程進行,不得為趕進度而縮短時間。避免中心筒及掛撐短時間內承受過大的熱應力。

2.1.3 1#爐返料器堵塞事例

(1)發生經過:2005年3月8日上午9:00,1#爐需加負荷,就啟動二次風機,二次風機啟動后爐膛壓差開始上升,但各溫度測點無異常,根據學習經驗,爐膛壓差越高,說明循環灰量越大,鍋爐產汽量會增加,即帶負荷能力增強,當班班組人員認為工況是向好的方向發展,但10:15發現料層壓差急劇下降,迅速去現場查看燃燒和返料情況,發現北側分離器返料已終止,南側返料量較大,就迅速減負荷,放循環灰,停二次風機,放灰時發現北側的灰中有塊狀物,判斷是堵灰結焦了,堅持放了約20min,已全部是焦塊,于10: 50停爐,停爐后把南北兩側的循環灰全部放完,南側也有輕微結焦現象。

(2)處理結果:停爐后把南北分離器和返料器內的循環灰和焦塊全部清理干凈,自然降溫后,對鍋爐進行了一次全面檢查,對水冷壁進行檢查補焊,清理高過前水平煙道的積灰。

(3)原因:①循環灰量太大。啟動二次風機后,爐膛壓差上升較快,由原來的260Pa左右升至600Pa左右,最高達680Pa,但沒有及時放循環灰。②一次風量太大,返料風量偏小,沒有及時調整,致使返料不暢而堵塞結焦。③操作沒有經驗,認為爐膛壓差越大越好,而沒有把循環灰放掉一部分。

(4)預防措施:①控制循環灰量。最高不超過400Pa,高了要及時放灰。②班班進行放灰確認,看到高溫紅灰放出來就行,保證關鍵時刻能順利放下來,不堵塞。③當時一次風道嚴重漏風,也影響返料風壓和風量,因為返料風是從一次風機出口風道引來的。④加減負荷要慢,不要大幅度調整。同時加減負荷時要進行全面調整,一次風、二次風、返料風同時兼顧,引風機與爐膛壓力也要相應調整。

2.1.4 2#爐引風機軸承燒損事故

(1)發生經過:2003年7月25日21:40主控發現引風機電流升高,預熱器出口風壓稍降,主控派人到現場查看,發現引風機軸承箱南側壓蓋脫開,軸承處冒煙、噴油,請示值班人員后緊急停爐,盤風機軸時已盤不動,停爐檢修,發現軸承座面有裂紋,軸承箱內漏有大量循環水。

(2)處理結果:將軸承更換,軸進行打磨處理,軸承箱更換。

(3)原因分析:軸承箱南側軸封損壞,造成大量漏油,軸承潤滑差,溫度升高,造成軸承座產生裂紋,循環水大量漏入軸承箱,使得軸承失去潤滑,振動加大,填料壓蓋螺栓斷,最終造成軸承燒毀。

(4)預防措施:①加強設備巡查和維護,發現有泄漏、振動、溫度升高、電流增大等異常現象時應及時進行處理,避免問題擴大化,造成設備損壞。②發現油變質、乳化、漏油時應及時進行補加或更換。專人負責油品管理,設備所加油嚴格按照三級過濾要求進行處理。③定期取樣分析油質,不合格時及時更換。2.1.5 5#爐風室防爆板爆破事故

(1)發生經過:2003年10月14日18時20分, 1#爐因儀表10#站故障壓火停爐,儀表檢修后,啟動引風機和一次風機揚火,發生爆燃,爐膛壓力突增,造成1#爐風室防爆板爆破,緊急停車。

(2)處理結果:停爐后更換防爆板,爐膛及煙道外部檢查,沒有漏或變形情況,然后重新點爐。

(3)原因分析:因儀表原因造成1#爐緊急壓火,因其它原因主聯鎖未投,給煤機需手動停,因停的稍晚,造成爐內有未燃燒的煤,在壓火期間,部分揮發分析出,揚火后造成爆燃,爐膛壓力增大,使風室防爆板爆破。

(4)預防措施:①加強事故狀態下應急操作培訓,處理緊急事故時應按規定順序進行。②壓火停爐后的揚火操作中,啟動引風機后應稍停一段時間再啟動一次風機,以吸走爐膛內聚集的可燃氣體。③將主聯鎖投上,停爐時給煤機自動停運。

2.1.6 鍋爐放渣管堵,放不下來渣

(1)發生經過:2004年6月12日,2#爐因放渣管漏風而停車檢修。2004年9月10日,2#爐因三個渣管放不下渣而停車。2004年11月4日,6#爐因三個渣管同時放不下渣而停車。2004年12月1日,1#爐因放不下渣停車檢修。在鍋爐運行中,發現有放渣管放不下來渣,就用扁鐵捅,但效果不太好,熱渣順著扁鐵落下來,很容易燙傷或燒傷操作人員,尤其是放渣管漏風時更危險,細小的熱渣在熱風的作用下四處飛落。每臺鍋爐共有三個放渣管,三個都放不下來渣時就被迫停爐。

(2)處理結果:停爐降溫后,對放渣管進行了加固,重新對放渣管與布風板進行了補焊。根據放渣管容易脫焊的原因,對放渣管膨脹節進行了改造:原來膨脹節在風室的下部,由于風室內的灰漏進膨脹節內,導致膨脹節在放渣管冷卻時無法收縮,為此,對放渣管進行了技術改造,把膨脹節置于大風室內,用1Cr18Ni8的鋼板做成防護罩,圍繞在膨脹節周圍,起保護作用,這樣,風室內的灰就進不到膨脹節內了。

(3)原因分析:①在鍋爐運行中,由于時斷時續地放渣,熱渣的溫度高達900℃,放渣管長期不斷地熱脹冷縮,加上風室內的灰進入膨脹節后導致熱脹后無法收縮,在向下的拉力作用下漸漸地于布風板之間出現了裂紋,并逐步加大,風室里的風從焊縫處漏進了放渣管,致使爐膛內的渣難以下落,而放不下來渣。②燃料煤中有大塊雜物,如石頭、鐵絲、大煤塊等進入了爐膛,在放渣時堵塞了放渣管入口或渣管,而影響放渣。③放渣管嚴重變形,渣塊又大,導致渣不好放。④放渣管入口處有結焦,導致渣放不下來。

(4)預防措施:①根據經驗進行連續放渣。用少量、連續排渣的方式進行放渣,減少渣管的熱脹冷縮。②破碎機、振動篩完好,內部加油正常,工作正常,保證煤顆粒均勻,無大塊煤。③及時撿出或清理皮帶上或煤倉附近的雜物,尤其是永磁除鐵器上的雜物。④1#、2#、3#煤倉上部篦子板完好,無松動或脫落,沒有較大的窟窿,保證大塊煤或其他雜物進不到煤倉內。⑤保證料層流化,防止結焦。⑥不要用錘子等物品猛烈敲擊放渣管,防止其變形、損壞。

2.2 汽輪機、輔機運行實例

2.2.1 給水泵汽化,轉子損壞

(1)發生經過:2004年12月17日4:20,當時3#爐停爐正處于上水置換進行降溫階段,4:20主控出現3#爐給水壓力低報警,給水泵B電流降低至70A,波動很大。立即派人到現場停給水泵B,盤B泵,無法盤動。主控檢查各操作數據發現除氧器液已降低至11%,系監盤人員沒有發現、未及時上水所致。水泵經檢查發現轉子損壞,止推軸承因超溫燒壞。

(2)處理結果:更換止推軸承和轉子,損壞的轉子運回廠家修復。

(3)原因分析:①因操作人員監盤時責任心不強,沒有及時發現除氧器液位降低和及時調整,水泵因缺水汽化而將轉子損壞。②聲音報警沒有投用,液位調節沒有投自動。

(4)預防措施:①嚴格要求操作人員精心操作,加強責任心,及時發現異常現象,判斷和處理,避免事故的發生或擴大。②操作臺上聲音報警投用,主要控制參數用醒目的顏色或動態顯示方式制作(如棒圖、報警時變色),提醒操作人員及時發現問題和調整。③在液位穩定時將液位自動調節投用。

2.2.2 汽輪機蒸汽入口法蘭墊子撕裂

(1)發生經過:2005年6月19日21:49,當班操作人員在聽到現場有異常響聲,正要出去查看時,現場汽機西側突然噴出大量蒸汽,很快,汽輪機廠房內到處充滿了蒸汽,操作人員向主控匯報后就進行了緊急停車,然后從緊急撤離通道離開了廠房。主控操作人員迅速關汽輪機入口蒸汽電動閥,無動作,導致蒸汽繼續在泄漏法蘭處噴出,后將鍋爐出口蒸汽電動截止閥關閉,開高過放空,高壓蒸汽管網卸壓,至23時才能進人進行檢查,發現是汽輪機西側蒸汽入口法蘭墊子突然撕裂,導致高溫高壓蒸汽噴出,燒壞了附近的現場控制柜和電纜,廠房窗戶玻璃、電氣開關大量損壞。

(2)處理結果:停車后對汽機進行開缸檢查,調整缸體中心,更換損壞儀表、電纜,進口法蘭由原來的平面法蘭改為梯型槽法蘭。

(3)原因分析:①汽機進口法蘭設計不合理,所用法蘭為平面法蘭,壓力等級不夠。②汽機進口蒸汽管線設計不合理,膨脹受阻,造成進口法蘭受力不均,長時間造成法蘭墊產生裂紋,最終破裂。后檢查東側進口法蘭墊也已出現裂紋,也說明是設計問題。③因汽機調試等原因,汽機加減負荷過快造成蒸汽用量變化過大,也使得進口法蘭受力變化過快而損壞。

(4)預防措施:①將法蘭改為環連接面法蘭,加橢圓墊。②對汽機進出口蒸汽管線進行改造,解決管子膨脹受阻問題。③嚴格按照操作規程進行操作、加減負荷。定期檢查管子膨脹及汽機受力情況,發現異常時應及時分析原因,消除故障,不能帶障運行。

2.3 除塵器運行故障實例

電除塵器灰斗滿,電場短路:

(1)發生經過:2002年10月14日,2#爐試車,在鍋爐本體投入試運行的同時,電除塵器也試運行,自10月12日上午10:00投運電除塵器的一、二、三電場,13日下午17:00由于鍋爐停,電除塵器停運,14日早晨7:30又投運,這期間低壓控制系統一直運行良好,14日晚19:30電除塵器高壓柜一電場報警,檢查發現是負載短路跳閘(LOAD SHORT),聯系設備生產廠家的調試人員,他們把該電場投運1小時10分鐘后又跳閘,信號是偏勵磁(BIAS ALARM),15日13:40第三電場負載短路跳閘,17:00二電場也同樣原因停運。查找原因,發現電場下部的灰斗內積滿了煤灰,是煤灰把陽極板和陰極線連接了起來,電場被短路,因而無法運行。只有偏勵磁是設備本身的原因,廠家對設備進行了更換。

(2)處理結果:發現積灰后,立即進行手動輸灰,把三個灰斗內的灰全部輸送至灰庫。然后對極板極線進行了檢查,有個別極板輕微變形,進行了校正,再次開起來后運行正常。對導致偏勵磁的設備可控硅進行了更換。

(3)原因分析:①儀表料位信號指示不準。在氣力輸灰操作臺上,灰斗高低料位指示信號指示失真,操作上根據輸灰的程控方式,投自動進行輸灰,但投入自動后低料位信號很快就出現了,輸灰也就自動停止。后來檢查發現料位信號沒有連接到位,及時鋪設電纜線,添加信號后正常。②操作上沒有經驗,過于依賴指示信號,尤其是在其他廠家學習時,由于煤灰少,輸灰頻率低,也在一定程度上導致了操作人員大意。③后來曾由于輸灰倉泵出現故障而影響輸灰,導致灰斗料位過高而短路。

(4)預防措施:①加強輸灰,保證灰斗料位不高,操作人員還要根據燃煤量和輸灰量的多少進一步判斷灰斗內的存灰量。②儀表要保證料位計指示正常,定期進行效驗。③做好輸灰系統設備的備品備件準備工作,有問題及時檢修,保證不影響輸灰。④保證輸灰用空氣正常。

3 結 論

總而言之,動力熱電自從循環流化床鍋爐、汽輪機、發電機建成投產以來,生產基本平穩,但由于循環流化床鍋爐實際運行操作資料較少,缺乏運行實踐經驗,偶有事故發生,現匯總多年運行管理事例及處理經驗,以便進一步總結提高操作人員業務技術水平,避免類似事故的發生,以供同行借鑒,從而延長設備使用壽命,確保熱電聯產裝置安全穩定長周期運行,提高企業經濟效益。