600MW超臨界“W”火焰鍋爐水冷壁泄漏原因分析及預防

文川

摘 要：本文對四川華電珙縣發電有限公司發生的一起水冷壁泄漏事故的原因進行了分析，并從加強檢修工作管理和加強運行優化調整兩個方面介紹了預防鍋爐水冷壁泄漏的措施，重點從制粉系統調整、風煙系統調整、給水調整這3個方面介紹了運行人員預防鍋爐水冷壁泄漏可以采取的措施。

關鍵詞：W型火焰鍋爐 水冷壁泄漏 檢修 運行

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0030-03

四川華電珙縣發電有限公司（以下簡稱珙縣電廠）一期工程為2×600MW超臨界機組，鍋爐采用東方鍋爐（集團）股份有限公司制造的DG-1950/25.4-Ⅱ8型超臨界參數、W型火焰燃燒、垂直管圈水冷壁變壓直流、一次再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構П型鍋爐。鍋爐配套6臺雙進雙出磨煤機，24只雙旋風煤粉濃縮燃燒器，每臺磨煤機帶4只煤粉燃燒器。制粉系統配置6套冷一次風機正壓直吹式制粉系統，每套系統由1臺雙進雙出磨煤機、2臺電子稱重給煤機、2臺動態煤粉分離器以及相應的連接管道和控制風門組成。風煙系統配置2臺動葉可調軸流式送風機，2臺動葉可調軸流式引風機，2臺動葉可調軸流式一次風機，2臺容克式空氣預熱器。啟動系統采用帶再循環泵（BCP）的內置啟動系統，由啟動分離器、儲水罐、再循環泵、再循環泵流量調節閥、儲水罐水位控制閥、疏水泵等組成。給水系統配置2臺50%BMCR的汽動調速給水泵，配置1臺30%BMCR的啟動用電動給水泵。

珙縣電廠#1機組于2011年2月投產，#1機組鍋爐是首臺國產600MW超臨界“W”火焰鍋爐。2015年3月30日，#1爐發生一起水冷壁泄漏停機事故。本文通過對這起事故的原因進行分析，并提出相應的預防措施，以防止類似事故再次發生。

1 水冷壁泄漏現象及原因分析

1.1 水冷壁泄漏現象

2015年3月30日23：00，#1機組負荷390MW，巡檢檢查發現前墻標高50m處爐膛中心線區域水冷壁處聲音異常，給水流量、煙溫、爐膛負壓、燃燒等參數無明顯異常，分析判斷水冷壁爐膛內方向輕微泄漏。4月1日18：10，給水流量與主汽流量差突然增大至100t/h（正常情況下為30～40t/h），判斷水冷壁泄漏增大，立即匯報調度停機。

停機后，對鍋爐“四管”進行檢查發現：前墻標高約50m處從爐左往右數第350根水冷壁管（前墻共668根水冷壁管）扁鋼橫向拉裂，并在上方標高52m處發生泄漏；爐前左數第12組屏式過熱器（屏過分爐前爐后兩組）管子吹損泄漏，最外圈3根管子甩出，屏式過熱器爐前組左數第10～14屏、爐后組第9～13屏不同程度吹損；高溫過熱器從左往右數第21～24屏區域部分管子以及2根凝渣管不同程度吹損泄漏。

1.2 水冷壁泄漏原因分析

從此次水冷壁泄漏事故現象分析，是前墻標高50m處從爐左往右數第350根水冷壁管在扁鋼處被橫向拉裂泄漏，造成該水冷壁管管內工質流量減小，使該管上方標高52m處爐內方向發生過熱爆管，爆口內沖出的蒸汽吹損屏式過熱器，屏式過熱器管子泄漏后在爐內不規則甩動，造成屏式過熱器、高溫過熱器及凝渣管吹損。那么探究前墻標高50m處從爐左往右數第350根水冷壁管在扁鋼處被橫向拉裂泄漏的原因便十分關鍵，以下從珙縣電廠所用鍋爐的特點進行分析。

1.2.1 W火焰燃燒方式

珙縣電廠地處云貴川三省交界處，此地無煙煤儲量豐富，設計煤種為無煙煤。為了解決無煙煤著火難、穩燃難、燃盡難的問題，東鍋DG-1950/25.4-Ⅱ8型鍋爐采用了W火焰燃燒方式，燃燒器單層順列布置在鍋爐下爐膛水冷壁前后拱上（如圖1），爐膛寬度為32.12m，這樣極易引起輸入熱負荷沿爐膛寬度方向分布不均，從而引起水冷壁壁溫偏差。

1.2.2 垂直管圈水冷壁

由于W火焰鍋爐的燃燒器必須布置在前后墻拱上，且上下爐膛截面不同等問題，為方便布置，東鍋DG-1950/25.4-Ⅱ8型鍋爐采用了垂直管圈水冷壁。布置時單根水冷壁管在爐膛內某一位置從下部水冷壁進口集箱垂直向上，一直沿這一位置延伸至上部水冷壁出口，單根水冷壁管在爐膛的周界位置不發生變化，這樣的布置型式使得單根水冷壁管回路始終處于熱負荷高的區域或熱負荷低的區域，進一步加劇了水冷壁的壁溫偏差。

1.2.3 超臨界直流鍋爐

超臨界W火焰直流鍋爐水冷壁內的水在高于最低直流負荷點運行后，在管內某個位置會全部汽化[1]。各水冷壁管子壁溫因吸熱量不同而不同，吸熱多的管子出口溫度高，吸熱少的管子出口溫度低，上部水冷壁出口也就出現了溫差，一般有50℃～80℃，同時上部水冷壁吸熱多的管子也更容易出現超溫。因此，在水全部汽化后，如果能將所有水冷壁管內蒸汽通過混合集箱混合再分配，此時管子內的蒸汽溫度偏差應該減少很多。但是東鍋DG-1950/25.4-Ⅱ8型鍋爐上下部水冷壁間僅設置了分段中間混合集箱，沒有設置中間過渡段全混合集箱，不能很好地起到混合作用。2013年4月份，公司曾召開過“增加鍋爐過渡段水冷壁全混合集箱改造方案”專題研討會，因為已投產鍋爐進行增加過渡段水冷壁全混合集箱的重大技術改造沒有先例，改造風險難以評估，決定暫不實施（至今也未實施）。

從珙縣電廠所用東鍋DG-1950/25.4-Ⅱ8型鍋爐的3個特點分析可知，超臨界W火焰直流鍋爐上部水冷壁出口往往有50℃～80℃的溫差，如果爐內由于燃燒影響熱偏差過大，水冷壁出口溫差也將更高，珙縣電廠最高時能達到110℃。上部水冷壁部分區域容易出現超溫，從長期觀察看來，主要集中在前墻上部水冷壁中間區域和后墻凝渣管。前墻上部水冷壁中間區域超溫和溫度偏差兩個因素共同作用導致了前墻標高50m處從爐左往右數第350根水冷壁管在扁鋼處被橫向拉裂泄漏，從而發生了此次水冷壁泄漏停機事故。

2 水冷壁泄漏防范措施endprint

水冷壁泄漏直接威脅到鍋爐的安全運行，因此如何預防水冷壁泄漏便顯得尤為重要，從電廠部門職能分工來看，應從檢修和運行兩個方面著手。

2.1 加強檢修工作管理

從檢修方面來看，主要在于加強防磨防爆工作管理，在大小修以及機組停運備用期間，將水冷壁拉裂泄漏列入防磨防爆重點檢查項目，利用宏觀檢查、探傷等手段，及早發現缺陷消除隱患。同時，需加強水冷壁管焊接工藝質量管理，避免因焊接工藝質量缺陷而導致水冷壁管泄漏，因為珙縣電廠#1爐在2012年8月9日就發生過一起因焊接雜物掉入水冷壁管內而引起的超溫爆管事故。

2.2 加強運行優化調整

從這起水冷壁泄漏事故原因分析可以看出，運行優化調整的關鍵在于控制水冷壁超溫和溫度偏差，影響水冷壁溫度的因素很多，主要在于風、煤、水的合理搭配，具體可以從以下幾個方面控制。

2.2.1 制粉系統調整

從前文分析可以看出，W火焰鍋爐燃燒器的單列布置是水冷壁產生溫差的原因之一，如果輸入熱負荷不均，將會進一步加大水冷壁溫差。為了使得輸入熱負荷均勻，可以在合理安排制粉系統上運行想辦法。在條件允許情況下，350～400MW負荷保持4臺制粉系統運行，400～480MW負荷保持5臺制粉系統運行，480～600MW負荷保持6臺磨煤機運行。由于機組長期在負荷發電負荷365MW運行，所以需長期保持4臺制粉系統運行，4臺制粉系統的配置也很關鍵。從圖1燃燒器的分布可以看出，如果出現A、B、C磨煤機同時運行，而D、E、F磨煤機運行一臺的情況，將會導致前墻左側和后墻右側燃燒偏弱；如果D、E、F磨煤機同時運行，而A、B、C磨煤機運行一臺，將會導致前墻右側和后墻左側燃燒偏弱的情況，這兩種情況既不安全也容易出現較大溫差，所以原則上不允許出現。一般而言，需4臺磨煤機運行時，建議在A、B、C磨中選取2臺，在D、E、F磨中選取2臺。如果長時間固定4臺磨煤機運行，也會出現對應燃燒器區域溫度偏高的情況，所以每隔一段時間，應當進行磨煤機切換，具體的時間可以根據實際情況制定，珙縣電廠目前執行的是運行72h切換的規定。各臺制粉系統的出力也比較重要，在設備無故障的情況下，應當維持各運行制粉系統出力一致，部分水冷壁溫度高區域的對應制粉系統燃燒器的出力可以適當小些。

單臺制粉系統的調整也很重要。從實際運行情況來看，啟停磨煤機和加減負荷時，容易出現水冷壁超溫和溫差增大，需特別引起重視。磨煤機啟動時，必須采用閉磨啟動方式，并將動態分離器轉速置于最大，啟動后在逐步調至正常轉速，避免對爐內燃燒造成較大的熱沖擊。停磨時需將筒體煤粉抽空，避免再次啟動時大量煤粉進入爐內對燃燒造成較大波動。加減負荷時，增減燃料幅度不宜太大太快，要充分考慮提前量。當機組處于協調控制時，需注意磨煤機容量風門自動跟蹤情況，如果出現變化太快或響應遲緩的情況，應當立即解除自動，采用手動控制。磨煤機正常運行時，需注意磨煤機的料位控制和動態分離器的轉速控制，這兩個因素直接影響煤粉細度。珙縣電廠的雙進雙出磨煤機采用差壓料位監測系統，1500Pa是最大顯示值，相當于滿磨料位，正常按600～900Pa控制。動態分離器的合理轉速需根據動態分離器的堵塞情況確定，正常按85%以上控制，一般不低于70%。由于燃料中常含有雜物，容易造成分離器堵塞，所以需定期清理動態分離器，以保證其正常運轉。合理的磨煤機出口風粉混合物溫度能夠保證煤粉順利著火，以保證燃燒良好，正常按110℃～120℃控制，需注意不超過130℃，否則會溫度保護動作跳磨。

2.2.2 風煙系統調整

在風煙系統調整中，主要涉及總風量的調整和各分風門的調整。珙縣電廠一次風機和引風機能夠投自動控制，一次風機自動跟蹤空預器出口壓力，壓力值大小與負荷呈正相關；引風機自動跟蹤爐膛壓力，正常運行時壓力設定值-50～-100Pa。送風機只能投手動，總風量的大小由送風機控制，間接反應在爐膛出口煙氣氧量上。耗差系統中有對應負荷下最佳的煙氣氧量參考值，一般根據它來調整總風量。

由于燃燒器A、B、D擋板手動控制，具體開度由燃燒調整試驗確定，因此分風門的調整主要在于電動C擋板和F擋板，用于控制進入爐膛二次風量的分配。C擋板用于控制油槍點火、穩燃、冷卻所需的風量，油槍未投入時起冷卻油槍用，一般開度置于20%。F擋板為燃燒提供主要的風量，由于二次風從風箱左右兩側進入二次風箱，所以會出現爐膛中部供氧不足的情況，在調整時需將中間段F擋板適當開大，兩側適當關小，沿爐膛寬度呈階梯型布置。同時，由于前墻二次風箱比后墻二次風箱離送風機更遠，如果進入前后墻二次風箱的二次風總擋板開度一致的話，會出現前墻二次風箱風量偏小的情況，所以，在調整時需將前墻二次風總擋板適度開大。為保證二次風的剛度，做好二次風風箱風壓控制也很重要，在負荷450MW及以上時，風箱壓力需控制在0.6kPa以上，450MW以下時控制在0.5kPa。如果空預器堵塞，既容易造成引風機、送風機、一次風機失速，又會造成二次風箱壓力大幅波動，導致爐內燃燒不穩，所以防止空預器堵塞就變得尤為重要。主要從以下4個方面防止空預器堵塞：一是通過投運暖風器提高空預器冷端綜合溫度；二是合理控制氮氧化物排放，降低酸性產物生成量，珙縣電廠要求的是120～200mg/m3，過高會排放超標，過低會使酸性產物生成量增加；三是加強空預器吹灰管理，定時吹灰，實際運行中提高吹灰參數對防止堵塞效果明顯，經過與廠家溝通和到其他電廠調研，最后由1.8MPa、350℃提高到2.5MPa、350℃；四是停爐后，加強空預器沖洗，以清除蓄熱元件中的堵塞物。

2.2.3 給水調整

珙縣電廠的給水調節系統投產后在自動情況下不能很好地跟蹤，導致運行人員只能手動調節。#1機組去年下半年DCS改造后，給水調節系統自動性能大幅度提高，正常運行時可以投自動，溫度產生偏差時，只需設定中間點過熱度偏差即可。#2機組仍是原來的DCS系統，正常運行時需手動調節，就要好好把握提前量，特別是磨煤機啟動、增減負荷時。實際運行過程中，給水調節有個經驗值，即給水量是發電負荷的3倍左右，比如：要加負荷到發電負荷600MW，那么給水就應該是1800t/h左右，這有利于給水提前量的把握。在給水調節的幅度和頻率方面，應緩慢平穩，防止因給水流量大幅度波動而引起管壁超溫。

在啟停機過程中，特別要注意給水的控制，防止給水流量低造成MFT，珙縣電廠因為給水流量低造成MFT的事故有20多余起。在濕態時，要保證省煤器入口給水流量大于水冷壁最低安全流量585t/h，因此，需注意儲水罐水位的控制，一般控制在10～12m（儲水罐水位最大顯示水位14m）。水位過低會導致爐水循環泵跳閘，如果給水沒及時加上，那么水冷壁管就沒有足夠的水來冷卻，會導致水冷壁各受熱面超溫。為了防止這種情況發生，鍋爐設置了給水流量低保護，省煤器入口給水流量低于448.5t/h延時20s或者低于390t/h延時3s觸發MFT。在濕干態轉換時，給水應平穩，避免出現濕干態反復轉換的情況。濕態轉干態時，給水流量維持在650t/h左右，逐步緩慢增加燃燒直到出現過熱度；干態轉濕態時，給水流量維持在650t/h左右，逐步緩慢減弱燃燒直到儲水罐出現水位。

從運行方面總的來說，就是要注意水煤比、風煤比合理，在加減煤、風、水時應當平緩，避免大幅波動。如果局部水冷壁管已經出現了溫度偏高或者超溫時，可以適當減少對應區域燃燒器容量風，開大對應區域燃燒器C、F擋板，如果調整仍然無效時，還可以采用適當增加給水流量降低過熱度的辦法。

3 結語

由于超臨界W火焰直流鍋爐固有的特點，容易出現水冷壁管間溫度偏差大和上部水冷壁超溫的問題，進而容易導致水冷壁泄漏。珙縣電廠#1機組鍋爐作為首臺國產600MW超臨界“W”火焰鍋爐，在設計、檢修、運行方面都做了很多探索，為以后類似機組提供了借鑒。如華電桐梓電廠在設計上就吸取了珙縣電廠的教訓，采用了中部水冷壁全混合聯箱，這在一定程度上減輕了水冷壁管間溫度偏差大和上部水冷壁超溫的問題。本文則從一起水冷壁泄漏事故說起，介紹了珙縣電廠在加強檢修工作管理和加強運行優化調整兩方面治理鍋爐水冷壁泄漏的經驗。

參考文獻

[1] 葉江明.電廠鍋爐原理及設備[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint