電站鍋爐運行的安全性和經濟性分析

新礦內蒙古能源有限責任公司 姜迎春

電力作為現代化發展的重要推動力，不僅能夠促進現代化工農業的生產，還能夠推動科學技術的進步。同時，電力還是現代化國民經濟發展的重要基礎，有助于改善人們的生活條件，提升物質生活水平和質量[1]。電站鍋爐是電站運行當中的重要裝備，能夠將水轉化并且生成高溫、高壓的蒸汽。研究電站系統的工程質量和實際的經濟效益，需要考慮電站鍋爐當中爐膛內的煤粉燃燒的經濟性、穩定性以及燃燒效率等。在進行電站鍋爐運行安全性和經濟性因素分析時，應當從多個方面進行分析，從而達到提升電站鍋爐整體的運行效益和質量的目標。

1 電站鍋爐運行過程中安全性和經濟性的發展現狀

由于電站鍋爐是電站運行過程中必不可少的主要設備，其能源的消耗在整個電站系統中所占的比重也比較大，這就意味著電站鍋爐和電站系統有著密不可分的關聯。電站鍋爐的系統圖如圖1所示，相關人員在設計電站鍋爐時，要對電站鍋爐的燃料利用率、電站鍋爐整體的安全性和經濟性等進行綜合的考慮，制定相應的設計方案和科學合理的規劃，推動電站鍋爐設計做到最大限度的節能和安全。在電站鍋爐正常運行的同時，還要注重電站內部電力系統的傳輸效率，保證電站內電力系統能源的分配處于合理的狀態，使整個電網處于安全的運行狀態。在這種狀況下，我國和相關的電力企業還致力于提升技術實力和相關的技術，做好相關的維修和維護工作，盡可能減少對我國電力系統運行安全造成威脅的因素，從而達到提升設備運行經濟和安全的目的。

圖1 電站鍋爐運行的簡易流程圖

2 電站鍋爐運行安全性和經濟性分析

針對電站鍋爐運行的安全性和經濟性分析，主要考慮的因素可以從以下幾個方面體現出來，一方面電站鍋爐運行中，從優化燃燒的經濟性角度來講，組織燃燒時應當考慮煤粉的燃盡程度、過量空氣系數、煤粉細度和鍋爐煤種以及負荷適應性[2]。另外一方面電站鍋爐運行中，從安全性方面的影響因素角度來講，主要包括鍋爐內部的結渣和積灰的控制、受熱面的磨損狀況和腐蝕的控制、燃燒器長期運行的過熱和燒壞的預防。

2.1 電站鍋爐運行的安全性分析

低負荷運行的時候電站鍋爐內部會出現安全隱患方面的問題，從低負荷運行時電站鍋爐爐內的情況來講，主要問題表現在電站鍋爐運行中燃燒的穩定性、制粉系統和爐膛爆炸這兩個方面。第一點，鍋爐燃燒的穩定性作為機組最低負荷的限制性因素。當處于低負荷的時候，電站鍋爐的爐膛溫度會下降，這時就會出現煤粉著火困難的情況，導致火焰的穩定性比較差且不容易熄火。對于這種情況，一旦不能進行很好的處理，就會引發電站鍋爐爐膛發生爆炸事故。第二點，制粉系統和鍋爐爐膛爆炸。頻繁調節機組的調峰很容易提升磨煤機的故障率，尤其是對于直吹式系統。一般來講，假如是直吹式系統，磨煤機的運行和實際的鍋爐燃燒之間的穩定性聯系是很緊密的，尤其在電站鍋爐低負荷運行時表現的更加明顯。一旦磨煤機由于出現了故障而停止運行，那么就會使原本就不穩定的燃燒條件惡化，從而導致電站鍋爐內滅火。如果出現了運行人員操作不當的情況，就很容易導致鍋爐爐膛的爆炸事故。當處于低負荷運行的時候，還要考慮汽溫的影響[3]。電站的鍋爐在進行低負荷運行的過程中經常會出現在電站負荷降低的前提條件下，過熱器和再熱器汽溫隨著電站負荷的降低而降低。如果采取的是變壓運行的方式，雖然能夠保持在比較寬的負荷范圍內汽溫保持一致，但是仍然會出現汽溫隨著負荷的下降而下降的現象。除此之外，還會出現過熱器和再熱器汽溫偏差和壁溫的問題、汽溫調節的問題等。

從低負荷運行的過程中汽溫的變化情況來講，主要問題表現在三個方面。首先，當電站鍋爐處于低負荷運行時，由于電站負荷呈現出下降的趨勢，會引起過熱器和再熱器汽溫的下降。如果采取變壓的運行方式，雖然能夠將較寬的負荷范圍控制在一定的汽溫狀況下，但是在負荷低到一定程度的狀況下，仍然會出現汽溫隨著負荷的降低而降低的情況。其次，過熱器和在熱器出現汽溫偏差和壁溫狀況，這是因為當處于低負荷的條件下使，蒸汽的流量會減小，加上分配呈現不均勻的狀況，電站鍋爐爐內的燃燒很容易出現傾斜的情況，那么就很容易使過熱器或者再熱器的管壁出現超溫的情況。最后，當處于低負荷的狀況下，汽溫的可調節量比較小，尤其是對于減溫水調整門漏流量過大或者調節的性能不好的情況，通常只能夠采取手控調節的方式，這很容易造成汽溫的大幅度波動。

2.2 電站鍋爐運行的經濟性分析

電站鍋爐運行的經濟性因素考慮電站鍋爐積灰，甚至結渣。其一是影響鍋爐爐內的傳熱情況。如果鍋爐爐內出現了積灰和結渣的情況，傳熱熱阻就會隨之增加，這樣一來水冷壁的吸熱量就會下降，進而導致電站鍋爐出力下降。當電站過濾運行出現了嚴重的結渣狀況時，電站鍋爐的安全運行就會遭受相當大的沖突。其二是影響煙道阻力。通常積灰會引起煙道的流通截面減少，對于那些黏結性比較強的機積灰會在管子的正面迎著氣流不斷的增長，導致管束阻力以一個很快的速度增加，直到其將煙道堵塞。這樣一來，就會使引風機的功耗增加，還有可能會發生電站鍋爐損壞的事故。其三，影響受熱面的使用壽命。一般來講，電站鍋爐的積灰層或者熔渣帶有化學腐蝕性，金屬受到強烈的腐蝕，會使管壁變薄甚至發生爆管。同時，電站鍋爐的積灰會導致爐內的傳熱發生惡化，爐膛的出口煙溫上升，進而造成屏式過熱器等受熱面發生超過溫度的情況，一旦金屬的強度降低，就會出現爆管的情況，最終導致受熱面的壽命縮短。

3 電站鍋爐運行安全性和經濟性問題的有效應對措施

3.1 電站鍋爐運行安全性問題的有效應對措施

從電站鍋爐運行安全性的低負荷運行燃燒時爐內問題的角度來講，一方面是針對燃燒的穩定性問題，可以采取的措施主要有三種，即對一次風進行適當的降低、對煤粉的濃度進行適當的提升、設計和安裝火焰的監測裝置和相應的滅火保護裝置等。另外一方面，針對制粉系統內煤粉的自燃和爆炸等方面的問題，需要設置預防性的安全措施。具體的內容如下：

一般來講，電站鍋爐的制粉系統如圖2所示，但是在實際進行制粉系統的設計和安裝的過程中，制粉系統內部不可避免存在會造成煤粉或者可燃物堆積在一起的死角。在保證管道走向合理的情況下，盡可能避免使用過長的水平管道和過低的風粉氣流，確保最大限度內避免煤粉沉積。

圖2 電站鍋爐的制粉系統

在制粉系統運行的過程中，要對輸粉管風粉的分配不均現象進行規避，并且加大對其監視的力度，從而有效的防止出現誤操作或者設備故障等問題，進而造成管道內部煤粉堆積。

強化對原煤的管理，盡可能保證原煤當中不存在雷管等可燃性的物質。

增強制粉系統的保溫能力，避免因為煤粉結露而出現結塊和沉積的現象。

如果電站鍋爐停運時間比較長，那么應當做好相關的處理，如將粉倉排空、在磨煤機內存煤等。同時，還要注重進行吹掃。

一旦制粉系統運行的工況呈現出不穩定的狀態，如出現了制粉系統啟停、制粉系統斷煤等，這時很容易出現煤粉自燃和爆炸的現象。為了盡可能避免安全威脅的存在，應當加強對其監視的力度，以預防出現斷煤事故。

一般情況下，制粉系統爆炸時壓力不超過0.22-0.25MPa 表壓。中速磨直吹式制粉系統可以提升部件的結構強度，保證其不小于0.3MPa。

假如制粉系統直接發生了爆炸，那么應當迅速的采取相應的措施，主要可以從三個方面著手，具體內容如下：當制粉系統產生了自燃現象的時候，首先要做的是停止通風，避免空氣進入到制粉系統當中。當在磨煤機入口發現了自燃的情況，那么應當加大給煤，在必要的情況下還應當使用消防蒸汽進行滅火處理。

當制粉系統的爆炸事件發生之后，應當緊急停用正在使用的制粉系統。利用蒸汽進行滅火，并且對火源進行全面和系統性的檢查和確認。在確認不存在安全威脅之后，才能夠進行制粉系統的檢查修復和重新啟動。

及時調整電站鍋爐的燃燒狀況，預防因為制粉系統爆炸或者停止運行而對鍋爐造成影響。

從電站鍋爐運行安全性的低負荷運行燃燒時汽溫和調節問題的角度來講，首先，過熱器和再熱器汽溫過低的應對措施可以從兩個方面著手，其一加大過量空氣系數，以此來達到提升汽溫的目的。但是這樣會做也有不好方面，會使電站鍋爐的排煙溫度升高，在一定程度上降低鍋爐的運行效率。

其次，針對過熱器和再熱器汽溫偏差和壁溫的問題，應當控制過?？諝庀禂?，保證其不會過大、在一級減溫水的投入上適當的增加用量、爐內的燃燒要和鍋爐投入燃燒器處于對稱的狀態、各個燃燒器之間的風粉分配要均勻以及對負荷增減的速度進行控制等，從而避免出現管壁超溫的情況。同時，還要對電站鍋爐管壁的超溫現象進行預防，通常會采用以下應對措施。首先，嚴格監視電站鍋爐各段受熱面的管壁，保證其處于正常溫度。通常情況下，再熱段管壁的溫度在運行的過程中會保持在540℃以下，并且其最大值以560℃為上限。第二，依靠燃燒的調整來實現對再熱蒸汽的調節。在正常情況下，要減少再熱減溫水的使用，這是因為針對再熱減溫器前的溫度維持過高情況，大量使用減溫水的做法是禁止的。第三，在電站鍋爐的正常運行過程中，應當將氧量維持在合理的狀況下，這時過熱器后氧量不應低于3.5%。第四，運行和維護好本體吹灰器，吹灰器在運行的時候要依據相應的規章和制度。第五，嚴格控制制粉系統的風煤比，在磨煤出力大小改變的情況下，要對系統的一次風量進行改變和調整。

最后，調節電站鍋爐的汽溫。

3.2 電站鍋爐運行經濟性問題的有效應對措施

針對電站鍋爐積灰和結渣，保證電站鍋爐運行經濟性的有效措施有很多，其主要涉及到的具體內容如下：合理的控制電站鍋爐爐內的過量空氣系數。

確保空氣和鍋爐的燃料之間的混合處于一種良好的狀態，盡可能的規避在水冷壁附近形成還原性的氣體，從而預防出現局部性的嚴重結渣和積灰的現象。

對于一些容易結渣的煤，應當采取各種運行方面的措施以達到控制電站鍋爐爐內溫度水平的目的。經過對相關的實踐驗證表明，在電站鍋爐爐內的溫度處于上升的狀況時，一旦出現了受熱面的結渣狀況，結渣的變化趨勢是有規律的上升。針對電站鍋爐運行當中容易結渣的煤，對運行的溫度進行嚴格的控制是其中的關鍵點，適當增加電站鍋爐運行過量空氣系數是一種有效的方式。通過這種方式，能夠使配風呈現均勻性上升的狀態，不僅有助于預防局部熱負荷過高和局部產生還原氣體的狀況，還能夠有效的防止一次風對管壁進行直接性沖刷，如圖3所示。在有必要的時候，還應當實施降負荷運行的方式。

圖3 燃料風對爐膛出口煙溫的影響

針對已經出現結渣的電站鍋爐爐膛，應當采取降負荷的方式。做好結焦的預防工作，盡可能的組織和管理好電站鍋爐爐內的空氣動力場。為了減輕燃燒器附近的結渣狀況，可以采取提高一次風剛性的措施。對于煤粉的細度來說，要確保其處于合格的狀態。對于四周煤粉濃度來說，要盡可能保持均勻。保證給煤機的運行均勻。使用煤和燃燒煤的時候，可以在其中混合不同的煤種。注重吹灰周期，保證其處于最佳狀態。

綜上所述，分析電站鍋爐運行過程中安全性和經濟性可知，其中涉及到的影響因素是多方面的，需要對影響電站鍋爐運行的各個因素進行帶有側重點的研究，并且采取相關的優化運行手段或者技術改造的有效方式等，來保證電站鍋爐的安全和經濟運行，從而有助于實際的電網的良好運行和發展。