一起機組極熱態啟動時惡性運行工況引起停爐的事故分析

黃渠凱

摘 要：燃煤發電機組啟動非常復雜，對過程中出現的相關問題需進行深入研究、總結規律。該文結合一起鍋爐極熱態啟動過程形成的惡性運行工況，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整原則。以期能夠對同類型鍋爐出現問題的解決也有指導借鑒作用。

關鍵詞：燃燒 煙氣 換熱 啟動系統 鍋爐負荷 調整

中圖分類號：TM3 文獻標識碼：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開機并網帶150 MW電負荷“濕態運行”階段，出現“只漲主汽壓不漲主汽溫”現象，形成主汽壓高與主再熱汽溫低嚴重不匹配的惡性運行工況，且隨著總煤量或電負荷的增減而振蕩。不但降低機組熱效率，增加汽輪機末幾級葉片的蒸汽濕度，造成葉片侵蝕加劇，影響機組的安全運行；而且鍋爐難以進行“濕干態轉換”實現直流運行，最終被迫停機停爐重新啟動。

1 鍋爐燃燒與受熱分布情況分析

該600 MW級機組鍋爐為上海電氣集團鍋爐廠有限公司生產的SG-2210/25.4-M980型超臨界參數變壓運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、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構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。

鍋爐啟動系統采用帶再爐水循環泵的內置式啟動系統，鍋爐爐前沿寬度方向垂直布置兩只汽水分離器，其進出口分別與水冷壁和爐頂過熱器相連接。當機組啟動，鍋爐負荷低于最低直流負荷（30%BMCR）時，蒸發受熱面出口的介質流經分離器進行汽水分離，蒸汽通過分離器上部蒸汽導管進入爐頂過熱器，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個三通，一路疏水通過爐水循環泵被送至省煤器進口，另一路接至大氣式擴容器，減壓后產生的蒸汽通過排汽管道通向爐頂上方排入大氣；凝結水則進入集水箱并經過處理后被送往冷凝器或除氧器。在啟動初期水質不合格以及為了防止啟動初期汽水膨脹階段分離器水位過高，飽和水進入過熱器的發生，通過在大氣式擴容器進口設置的兩個高水位液動調節門將分離器中大量的疏水排入大氣式擴容器。

燃燒方式采用最新引進的低NOx同軸燃燒系統（LNCFS），煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式噴燃器。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，切圓順時針方向旋轉。主風箱設有6層強化著火（EI）煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風（周界風）。在每相鄰兩層煤粉燃燒器之間布置有1層輔助風噴嘴，輔助風其中包括上下兩只預置水平偏角的輔助風噴嘴（CFS）和1只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有兩層緊湊燃盡風（CCOFA）噴嘴，在主風箱下部設有1層火下風（UFA）噴嘴。在主風箱上部設置5層可水平擺動的分離燃盡風噴嘴（SOFA）。四角切向布置的擺動燃燒器，在熱態運行中一、二次風噴嘴均可上下擺動。配置中速磨一次風正壓直吹式制粉系統。A層煤粉火嘴布置等離子點火裝置。鍋爐共設有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只直吹風噴嘴內。

這起事故發生在機組極熱態汽機高中壓缸聯合啟動階段，鍋爐配套等離子的制粉系統故障，在投油啟動過程中油槍投入數量較多，煤油配比差，油槍燃燒時煙氣量少，尤其是最底層助燃用的AB層油槍主要對水冷壁輻射放熱，作用于鍋爐的負荷增加，主蒸汽壓力升高。

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

化驗入爐煤煤質，發現燃煤中水分灰分較設計煤種的含量低得較多。試驗和分析證明：鍋爐燃煤中水分灰分減小時，水分蒸發和灰分在爐膛內本身溫度的升高所需熱量減少，會使爐膛內溫度升高，輻射傳熱量增加，“濕態運行”時鍋爐負荷增加；同時鍋爐燃煤中水份灰份減少，煤粉發熱量相對增加，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，大氣壓為84 kPa，考慮到氧濃度低，設計爐型偏高，造成火焰中心溫度相對較低，間接加劇煙道內對流換熱量的減少。

鍋爐給水調整策略不當引起壓力溫度失去平衡。直流鍋爐啟動初期容易被啟動系統增加的那部分啟動流量蒙蔽，此階段不能用鍋爐總給水流量與總煤量作為換算關系，要根據相同電負荷的總煤量經驗對比值，轉換為總煤量與蒸發量的比例，然后通過蒸發量調整鍋爐給水泵出口流量，與鍋爐蒸發量大致相當。當鍋爐給水泵出口流量較長時間小于鍋爐蒸發量，會促進鍋爐負荷增大，主蒸汽壓力升高。

啟動分離器左右側液動閥放水沒有起到調解作用。鍋爐極熱態啟動水質已經完全合格，為了減少汽水損失，一般情況下分離器左右側液動閥放水不會打開啟動分離器進行放水。

在主汽壓很高時進行沖轉并網，并網初期主汽壓很高的情況下即切除高壓旁路，負荷運行快速上漲，主汽壓很高的情況下投入高加運行，也會造成汽壓汽溫失控，在負荷不變的情況下投入高加，給水溫度升高，為維持汽壓要產生相同的蒸汽量，吸熱就要減少，那么送入爐內的煤量必然要減少，由于煤量的減少，爐膛出口溫度就會下降，過熱蒸汽溫度必然下降。

2 應對方法

根據鍋爐負荷調整給水泵出力，通過啟動分離器左右側液動閥放水，犧牲鍋爐經濟性，以補“冷水”放“熱水”的形式，用鍋爐給水泵出口流量略高于鍋爐負荷的方法，對鍋爐負荷與煙道內對流換熱量不匹配“問題”進行“校正”。部分遏制鍋爐蒸發量，對鍋爐負荷與煙道內對流換熱量不匹配起到調解作用。避免因啟動分離器，壓力達到一定高數值時閉鎖，打開左右側液動調節閥，不能起到調解作用（見圖1）。

鍋爐極熱態啟動低負荷階段，主燃燒器區域始終處于富氧燃燒狀態，無法通過配風調整實現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（范圍±20°）使火焰中心上移，減小分離燃盡風（SOFA）層數和開度，縮小煤粉（或煙氣）在爐內停留時間。

增加總風量，使爐膛中心溫度降低，可降低鍋爐蒸發量，同時可使煙氣量增加，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。

減少輔助風風量，意味著爐膛風箱差壓增大，燃料風風量增大。燃料風速的增加，使得爐內實際切圓減小，煤粉燃燒滯后，火焰行程拉長，對流換熱得到加強。

當燃煤中水分灰分較設計煤種的含量低得較多，且鍋爐配套等離子的制粉系統故障時，宜選擇啟動中上層制粉系統進行鍋爐啟動點火，降低磨煤機出口溫度，降低磨煤機加載油壓增大煤粉細度，增大一次風壓來滯后煤粉著火燃燒，增大單臺磨煤機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。

按照機組極熱態啟動曲線選擇沖轉參數，選擇鍋爐主蒸汽壓力較低時投入高加，當主汽溫下降時暫停投入，機組并網后放緩切除旁路系統，都能夠對此惡性運行工況有一定改善作用。

3 結語

鍋爐啟動時的故障較多，該文針對一種特殊工況進行分析，并結合實際處理成功的情況提出參考方法。總結分析有以下建議：一是論證鍋爐助燃，大油槍進行技術改造改小出力，從而加大極熱態啟動階段的煤油配比；二是對燃用煤種缺少與設計煤種偏差因素深入分析；三是為能規范實施，使解決方法能夠成熟和推廣，需對調整方法產生的負面因素進行評估。

參考文獻

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