百萬等級鍋爐調(diào)試過程中典型問題分析及措施

孫 磊，葉祺賢

（上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所，上海 200031）

超超臨界百萬等級機組以其效率高、節(jié)約能源、保護環(huán)境、減少有害氣體排放、降低地球溫室效應的特點正在世界火力發(fā)電領(lǐng)域廣泛應用［1］。因而，有必要對百萬等級鍋爐調(diào)試過程中所發(fā)現(xiàn)的典型問題進行探討，并提出相應對策，具有積極意義。本文對百萬等級鍋爐調(diào)試過程中的10個典型問題進行分析，并提出相應對策。

1 百萬等級塔式鍋爐水冷壁泄漏問題

由上海鍋爐廠有限公司引進德國阿爾斯通公司技術(shù)，設(shè)計并制造的百萬等級塔式鍋爐，在實際運行過程中存在水冷壁易發(fā)生泄漏的嚴重缺陷。經(jīng)對實際管樣解剖分析，水冷壁發(fā)生泄漏部位往往存在各種不同類型和程度的缺陷［2］。如外觀成型差，熔敷金屬下塌形成了焊接應力角，焊后沒打磨成R弧過渡，不能使應力均勻釋放；或根部無坡口，存在夾渣、未熔透等缺陷；或選用焊條直徑偏大，一層焊接成型，焊接收縮應力過大；或焊前未預熱，焊后未緩冷，加大了焊接區(qū)域應力。而水冷壁受剛性梁和鐵件拘束，熱態(tài)應力不易得到釋放，在存在上述缺陷的部位，極易引起局部應力過于集中，形成裂紋，造成泄漏［3］。結(jié)合多臺本類型機組調(diào)試、運行經(jīng)驗，建議采取以下防范措施。

1.1 安裝方面

（1）施工單位焊接專工應做好焊前技術(shù)交底，焊工對于水冷壁焊接要引起高度重視，無論是焊口還是鑲嵌塊及鰭片與管子角焊縫的焊接要落實到責任人，按焊接工藝要求進行焊接每個部件。

（2）在進行鑲嵌塊和鰭片對接焊時焊縫應焊透，鑲嵌塊焊接起弧點和收弧點應位于鰭片上，焊前用火焰進行預熱。焊后用火焰加熱方式進行熱處理，保溫緩冷。

（3）避免管子強力對口，鑲嵌塊與水冷壁管子角焊縫焊接，應采取合理的焊接工藝順序，交替施焊，減少焊接應力的產(chǎn)生。

（4）控制焊接電流防止熔池產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，注意收弧質(zhì)量，避免咬邊及產(chǎn)生弧坑裂紋。焊縫成型很重要，角焊縫應平性過度，焊口對接焊縫應圓滑過渡。

（5）鍋爐四個轉(zhuǎn)角及剛性梁與水冷壁管子之間的角焊縫建議進行MT100%檢驗。

（6）對水冷壁鐵件集中、橫向切應力大的部位，對水冷壁鰭片開應力釋放槽。

（7）加強爐膛管壁壁溫的檢測和監(jiān)督。對四面的高溫部位選點進行制度性的硬度、現(xiàn)場金相檢查。

（8）在每次停爐過程中，對水冷壁鐵件集中位置進行普查，對存在焊接表面缺陷的，進行打磨處理，圓滑過渡。

1.2 調(diào)試方面

（1）嚴格控制機組啟、停過程中的升降負荷速度

1）根據(jù)鍋爐廠的要求，控制標準如下：升負荷過程中，控制溫升不超過3℃／min，降負荷過程中控制溫降不超過5℃／min。

2）加強燃料控制，主抓升降負荷過程中投、切磨煤機時煤量的平穩(wěn)過渡，即在滿足磨最小煤量的要求下，投磨時，適當減少其他運行磨的煤量；切磨時，適當增加其他運行磨的煤量，以保證總煤量不突增突減。

（2）合理應用等離子／微油點火方式

為節(jié)約啟動燃油，百萬等級鍋爐一般采用等離子或微油的新型點火方式，但此類方式在冷爐點火啟動初期，投煤粉初始階段因燃燒率難控制，局部溫升較快，此處水冷壁受熱管道易產(chǎn)生較大的熱應力，導致使用壽命降低［4］。為降低其點火啟動初期負荷突升及爆燃等對水冷壁造成的負面影響，建議采取以下措施：

1）將傳統(tǒng)常規(guī)的油槍和等離子／微油點火裝置配合使用。采用先點等離子／微油點火裝置對應層的油槍暖爐，待爐膛出口煙溫至400℃左右，再用等離子／微油投粉的點火方式，節(jié)油而不追求無油。

2）等離子／微油投粉火檢穩(wěn)定后，盡快減少給煤量，控制升負荷率。

3）加強等離子裝置維護，減少故障斷弧引起的負荷擾動，保持燃燒穩(wěn)定。

（3）燃燒調(diào)整精細化

1）整套啟動前，進行了大量同類型機組的調(diào)研工作，收集、消化運行數(shù)據(jù)，以保證在本機組調(diào)試過程中少走彎路，避免對機組運行產(chǎn)生不必要的擾動甚至跳閘，從而減少對水冷壁的損害。

2）整套啟動過程中，通過更為精細化的氧量試驗、煤粉細度試驗、配風試驗、煙溫偏差調(diào)整試驗等，收集了大量本機組特性數(shù)據(jù)，進而優(yōu)化配風、保證合適的煤粉細度等，從而保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，溫度變化速率嚴格控制在標準范圍內(nèi)。

3）加強四墻水冷壁溫度偏差檢測，通過二次風的合理調(diào)整，保證燃燒中心適中，各墻水冷壁受熱均勻。

4）各負荷段均控制合適的煤水比，防止水冷壁管壁超溫。

5）為了提高等離子／微油點火初期的燃燒效率，該層磨用煤應該使用設(shè)計煤種；調(diào)節(jié)磨煤機的分離器轉(zhuǎn)速，使制粉系統(tǒng)能制出合格的煤粉，煤粉細度符合設(shè)計要求；盡可能提高磨煤機入口一次風溫；通過輔汽加熱等手段盡可能提高給水溫度；同時控制風煙總量在較低水平，以增加爐膛輻射熱。

（4）加強鍋爐穩(wěn)定運行控制

1）熱工自動、保護及時投入，防止操作不當引起跳機跳爐，最大限度減少了對水冷壁的損害。

2）鍋爐運行過程中，調(diào)試、運行人員緊密配合，認真監(jiān)盤，加強現(xiàn)場巡查，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時分析處理，將事故扼殺在萌芽中。

3）RB、甩負荷等重大試驗前，調(diào)試召開交底會，詳述試驗方案，明確各相關(guān)單位職責、分工，從而保證試驗順利進行，避免試驗失敗引起的機組擾動。

（5）加強系統(tǒng)清潔度控制

1）安裝階段即要求在水冷壁焊接過程中，減少焊渣等雜物的堆積，采用合適的封堵水溶紙。

2）化學清洗階段，采用合適的清洗工藝，保證清洗效果，并經(jīng)各方見證。

3）蒸汽吹管階段，通過冷、熱態(tài)沖洗，加強水質(zhì)控制，并通過沖通試驗，再次保證各水冷壁管均無雜物堵塞，以避免超溫爆管的發(fā)生。

（6）適時進行應力釋放

在不影響工程進展的情況下，利用節(jié)點間隙、消缺階段等，進行鍋爐熱態(tài)啟停，負荷帶至50%～70%BMCR，控制更低的升降負荷速度，以促使鍋爐水冷壁中應力的緩慢釋放，避免應力集中釋放引起的爆管。

2 大比熱容問題

對于百萬等級鍋爐，在超臨界參數(shù)下，當水冷壁內(nèi)工質(zhì)到達壓力22.129MPa、溫度374℃的臨界值時（對應負荷700MW左右），管內(nèi)工質(zhì)溫度處于對應壓力下的最大比熱容范圍，隨工質(zhì)吸熱量的增加，工質(zhì)溫度卻變化不大，而工質(zhì)比體積的急劇變化導致膨脹量增大，易引起水動力不穩(wěn)定或流量分配不均；同時熱導率急劇減小，又可能會引起工質(zhì)對管壁傳熱變差，易出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰，造成水冷壁出口超溫。

針對此問題采取的措施具體如下。

（1）合理的水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計。

（2）盡可能的減少水冷壁熱偏差。

（3）煤水掌握合理配比。

（4）對于易發(fā)生此情況的鍋爐應減少在臨界工況的滯留。

3 一次風機系統(tǒng)設(shè)計

一次風機系統(tǒng)管道設(shè)計應留有余量，如果出于節(jié)約投資考慮，管徑設(shè)計較小，可考慮在兩臺一次風機出口聯(lián)絡(luò)管上設(shè)計泄壓管路，以方便并風機，如圖1所示。

圖1 一次風機泄壓管路設(shè)計

4 新型點火方式（等離子或微油）的應用

等離子／微油節(jié)油點火方式在冷爐點火啟動初期除了投煤粉初始階段因燃燒率難控制，使局部燃燒區(qū)溫升過快，此處水冷壁受熱管道易產(chǎn)生較大的熱應力，除使用壽命降低外，由于煤粉燃燼率過低，一來易發(fā)生尾部二次燃燒，二來煤粉在爐膛內(nèi)燃燒距離增長，產(chǎn)汽量小且使過熱／再熱蒸汽受熱面經(jīng)受較高熱負荷，易發(fā)生過熱器和再熱器管壁超溫。為降低其以上負面影響，建議采取以下措施。

（1）將傳統(tǒng)常規(guī)的油槍和等離子／微油點火裝置配合使用。采用先點等離子／微油點火裝置對應層的油槍暖爐，待爐膛出口煙溫至400℃左右，再用等離子／微油投粉的點火方式，節(jié)油而不追求無油。

（2）等離子或微油點火投粉火檢穩(wěn)定后，盡快減少給煤量，控制升負荷率。

（3）盡量減少風煙總量，以增加爐膛輻射熱。

（4）調(diào)整燃燒器配風，控制較低的一次風速（18～20m／s），增加對應層（特別是燃料風檔板層）和上層二次風門擋板開度。一方面使煤粉可盡快著火，另一方面又能在爐膛充分燃燒［5］。

（5）保證暖風器的加熱效果，通過提高磨煤機入口一次風溫度，從而提前一次風粉著火點，增加燃燼率。

（6）給水控制方面采取以下措施，以增加蒸發(fā)量：①增加加熱給水的輔汽量，提高給水溫度［6］；②啟動階段，在水質(zhì)合格后，盡快回收啟動分離器的疏水；③控制入爐的給水流量，因流量過大勢必造成排放量增大，會造成熱量流失。

（7）在汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)允許的條件下，盡量開大高壓旁路，以增加鍋爐受熱面的通流量，降低各級受熱面的溫度。

（8）適當控制減溫水，調(diào)節(jié)各級蒸汽溫度，但必須注意避免減溫水過調(diào)，需保證減溫點后蒸汽有一定的過熱度。

5 機組啟動階段輔汽用量

目前百萬等級機組，啟動初期輔汽主要有以下用戶：空預器吹灰、暖風器、大小機軸封、小機用汽、給水加熱。如輔汽不足，往往為保證其他用戶用汽而減少給水加熱的輔汽量，勢必造成上水溫度達不到制造廠要求值，進而不利于營造爐內(nèi)良好的燃燒環(huán)境。故而在設(shè)計階段需按此數(shù)值進行輔汽的核算，避免因輔汽用量不足而造成啟動不順利或違規(guī)操作的現(xiàn)象。

6 空預器漏風率

目前在百萬等級鍋爐設(shè)計過程中存在為提高機組效率而對空預器漏風率控制要求過高的問題，比如在湖北某項目就為了將漏風率由6%降至4.5%，而采取了增加一層剛性密封片的改造，造成空預器在低負荷階段就發(fā)生因膨脹摩擦、超電流不得不停機的事故。圖2為新增剛性密封片安裝位置，圖3為磨損后拆除的剛性密封片。

圖2 新增剛性密封片安裝位置

圖3 磨損后拆除的剛性密封片

因而，對于空預器密封的改造一定要慎重，如要采用柔性密封技術(shù)亦要反復計算論證，并在投用初期加強監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時處理［7］。

7 爐水循環(huán)泵使用

超（超）臨界機組鍋爐啟動系統(tǒng)設(shè)置爐水循環(huán)泵（BCP）是為了提高給水循環(huán)效率，提高機組的啟動速度及鍋爐熱效率。但是由于爐水循環(huán)泵造價、維護費用不菲，使用率不高，難免有時發(fā)生故障，鑒于以上幾點，目前某些百萬機組鍋爐在設(shè)計時，考慮取消爐水循環(huán)泵。

通過無爐水循環(huán)泵啟動的實踐研究，發(fā)現(xiàn)啟動初期為維持水動力安全，在水質(zhì)不合格無法回收的情況下，不可避免的造成工質(zhì)大流量排放，熱量不可逆損失增加，其直接結(jié)果就是：一除鹽水耗量大；二啟動時間長，燃料耗量大；三易發(fā)生受熱面超溫［8］。

因而，還是建議百萬機組鍋爐采用爐水循環(huán)泵為宜。如取消，則需統(tǒng)盤考慮啟動系統(tǒng)，最有效的手段就是通過增加給水加熱的輔汽量，甚至采用臨爐加熱方式，以大幅提高給水溫度，才可保證實現(xiàn)快速、安全的鍋爐啟動。

8 閥門選型

通過以往的機組調(diào)試、運行經(jīng)驗可知，大部分事故的發(fā)生往往是由于一些閥門的誤動、拒動或調(diào)節(jié)不良引起的，閥門使用或選用不合適還會造成能耗增加［9］，因而在設(shè)計選型時一定要重視此項。

9 防止空預器二次燃燒

目前，為節(jié)約啟動燃油，百萬等級鍋爐一般采用等離子或微油的新型點火方式，但此類方式在冷爐點火啟動初期煤粉燃盡率過低，如不采取措施，易發(fā)生未燃盡煤粉堆積于空預器，造成二次燃燒的事故。

為避免此類事故的發(fā)生可采取以下措施。

（1）合理利用新型點火方式，提高煤粉燃盡率。

（2）啟動階段，保證空預器連續(xù)吹灰的投入。

（3）設(shè)計時，一定要滿足空預器吹灰的輔汽壓力要求，保證吹掃效果。

10 受熱面壁溫監(jiān)測

超（超）臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展最大的制約因素就是受熱面材料。目前，高溫受熱面材料（如HR3C）基本還停留在新型奧氏體鋼的階段，許用溫度在700℃以內(nèi)［10］，相對于百萬等級鍋爐高溫段的使用溫度已無多大裕量（已有百萬機組計劃將再熱器出口蒸汽溫度提高至620℃），如圖4所示。

圖4 高溫受熱面材料使用現(xiàn)狀

這就要求在調(diào)試、運行過程中需加強受熱面壁溫的控制，防止超溫爆管事故的發(fā)生。而采取措施的前提是，操作者需要對受熱面的溫度情況有準確、及時的了解，故而對受熱面壁溫監(jiān)測系統(tǒng)提出以下要求。

（1）測點布置設(shè)計要合理。

（2）測點安裝、調(diào)校要認真，顯示準確。

（3）最好投用一套對整個受熱面壁溫的即時分析監(jiān)測系統(tǒng)。

11 結(jié)語

通過對以上百萬等級鍋爐諸多問題的探討，以及解決措施的提出，希望能給同類型鍋爐的調(diào)試、運行有所借鑒意義，避免類似問題的發(fā)生，進而逐步改進，使百萬等級電站鍋爐的技術(shù)水平再上新臺階。

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