殷慶棟,王 強(qiáng) ,曹 欣,楊曉東, 魏 剛
(1.河北省電力公司電力科學(xué)研究院,石家莊 050021;2.河北省電力公司,石家莊 050021)
鍋爐是電廠(chǎng)的三大主設(shè)備之一,鍋爐及其輔機(jī)的安全運(yùn)行直接影響電廠(chǎng)的穩(wěn)定性,而電廠(chǎng)的穩(wěn)定性又與電網(wǎng)調(diào)度安全息息相關(guān)。近年來(lái),隨著煤質(zhì)的持續(xù)變差以及電網(wǎng)峰谷差變較大,鍋爐的日常運(yùn)行情況日益惡化,結(jié)焦滅火、四管泄漏等現(xiàn)象頻繁發(fā)生,嚴(yán)重威脅電廠(chǎng)設(shè)備和電網(wǎng)的正常運(yùn)行。
鍋爐及其輔機(jī)的正常運(yùn)行是保證機(jī)組出力的前提,如果鍋爐及其輔機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題,機(jī)組往往是受阻嚴(yán)重或降出力運(yùn)行,甚至非計(jì)劃停機(jī),最終產(chǎn)生很多不利影響。其一,電網(wǎng)運(yùn)行受到干擾,如果發(fā)生在夏季用電高峰時(shí)期,則可能導(dǎo)致部分地區(qū)限電、停電。其二,電廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)受到較大影響,不僅發(fā)電量減少,而且機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)還會(huì)引發(fā)設(shè)備受損。所以,近年來(lái),電網(wǎng)公司和電廠(chǎng)也尋求合作,實(shí)行節(jié)能調(diào)度與和諧調(diào)度,力爭(zhēng)避免這類(lèi)事件發(fā)生,實(shí)現(xiàn)雙贏。以下從技術(shù)層面分析發(fā)生這類(lèi)現(xiàn)象的原因,并找到預(yù)防和治理措施,為電廠(chǎng)和電網(wǎng)的運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。
近年來(lái),隨著電力市場(chǎng)供求關(guān)系的變化,燃煤供應(yīng)緊張,燃料來(lái)源混雜,燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種,燃用煤種灰分大、硫分大、發(fā)熱量低且煤種混雜、不均勻,摻配困難,造成入爐煤質(zhì)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)。燃用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種,會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦、燃燒不穩(wěn)、受阻嚴(yán)重、受熱面超溫、磨損嚴(yán)重、輔機(jī)單耗上升等,當(dāng)煤種變化的程度超過(guò)鍋爐自身的“容忍”界限時(shí),必須采用降低出力甚至停爐檢修,嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行。所以,控制來(lái)煤品質(zhì)是鍋爐優(yōu)化調(diào)整的首要任務(wù),也是鍋爐優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)。
長(zhǎng)時(shí)間偏離設(shè)計(jì)煤種運(yùn)行還會(huì)對(duì)電廠(chǎng)設(shè)備造成極大的損害,主要危害如下:
a. 燃煤熱值降低,導(dǎo)致?tīng)t膛溫度降低、燃燒變?nèi)酢⒖側(cè)剂狭吭黾?,機(jī)組受阻嚴(yán)重,也會(huì)產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)的現(xiàn)象,機(jī)組抗擾動(dòng)能力較差。
b. 燃煤揮發(fā)分升高,會(huì)導(dǎo)致噴燃器著火提前,鍋爐結(jié)焦加重。
c. 燃煤灰分過(guò)高,將導(dǎo)致燃煤熱值降低,對(duì)鍋爐制粉及排灰系統(tǒng)影響較大,鍋爐受熱面玷污嚴(yán)重,換熱能力變差,排煙溫度升高。
d. 燃煤水分高于設(shè)計(jì)值主要是容易造成堵煤、堵磨,影響燃燒穩(wěn)定。
鍋爐爐膛火焰中心溫度一般可達(dá)1 600 ℃[1],燃料中的灰分大多呈熔化狀態(tài),而四周水冷壁附近煙氣溫度較低,如果煙氣中攜帶的灰粒在接觸壁面時(shí)仍呈熔化或粘結(jié)狀態(tài),則粘結(jié)在管壁上形成緊密的灰渣層,形成結(jié)焦。結(jié)焦的厚度通常是不均勻的,如果結(jié)焦情況嚴(yán)重,大的焦塊在水冷壁中脫落,引起爐內(nèi)正常氣流的驟然變化,灼熱的焦塊跌落爐底冷灰斗水室會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣,水蒸氣上升,爐膛溫度急速降低,造成爐膛壓力突變,爐膛負(fù)壓保護(hù)動(dòng)作引發(fā)MFT,最終導(dǎo)致鍋爐滅火。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2009-2011年,河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“河北南網(wǎng)”)火電機(jī)組共發(fā)生結(jié)焦滅火次數(shù)分別為36次、45次、29次,共計(jì)110次。所影響的機(jī)組有效運(yùn)行時(shí)間分別高達(dá)93 h、70.2 h和107 h,結(jié)焦滅火后重新起機(jī)所用平均時(shí)間分別是2.66 h、1.63 h、3.97 h。
鍋爐掉焦滅火的危害如下:
a. 受熱面結(jié)焦會(huì)降低鍋爐受熱面?zhèn)鳠嵝?、造成鍋爐排煙溫度升高,導(dǎo)致鍋爐效率降低。
b. 結(jié)焦嚴(yán)重時(shí),機(jī)組往往受阻嚴(yán)重,運(yùn)行人員通常只能降低出力來(lái)緩解結(jié)焦的影響,這就會(huì)極大的干擾電網(wǎng)的運(yùn)行方式。
c. 鍋爐結(jié)焦、掉焦易引發(fā)水冷壁砸漏和底灰斗堵塞,導(dǎo)致鍋爐滅火,甚者造成人員傷害事故。有時(shí)為滿(mǎn)足電網(wǎng)負(fù)荷的需求,電廠(chǎng)強(qiáng)行起機(jī)然后又掉焦滅火,產(chǎn)生惡性循環(huán),為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)不可估量的影響。
鍋爐承壓部件主要有“四管”和其它一些管段?!八墓堋毙孤┦侵稿仩t水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管和省煤器產(chǎn)生的泄漏甚至爆破。鍋爐的四管泄漏是火電廠(chǎng)中常見(jiàn)性、多發(fā)性故障,是長(zhǎng)期困擾火電廠(chǎng)安全生產(chǎn)的一大難題,其引發(fā)事故率高,通常需停爐處理,故對(duì)發(fā)供電和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2009-2011年,河北南網(wǎng)火電機(jī)組共發(fā)生四管泄漏事故78起,詳見(jiàn)表1。
表1 四管泄漏統(tǒng)計(jì)表
項(xiàng)目水冷壁泄漏省煤器泄漏過(guò)熱器泄露再熱器泄漏次數(shù)總計(jì)600~660 MW機(jī)組次數(shù)/次816621時(shí)間/h72739695-300~350 MW機(jī)組次數(shù)/次6216832時(shí)間/h998314774-200~220 MW機(jī)組次數(shù)/次1121822時(shí)間/h968612068-200 MW以下機(jī)組次數(shù)/次30003時(shí)間/h232000-
注:表中時(shí)間為總次數(shù)的平均時(shí)間,單位為小時(shí)
四管泄漏的危害如下:
a. 發(fā)生頻率高,且主要發(fā)生在30萬(wàn)以上的主力機(jī)組。
b. 檢修時(shí)間長(zhǎng),機(jī)組四管泄漏后的搶修時(shí)間都在72 h以上,其中過(guò)熱器泄漏搶修的時(shí)間最長(zhǎng),平均121 h。四管泄漏嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,機(jī)組發(fā)生泄漏后,為避免爆管現(xiàn)象發(fā)生,通常進(jìn)行機(jī)組消缺或非計(jì)劃?rùn)z修,會(huì)嚴(yán)重干擾電網(wǎng)正常的運(yùn)行方式。
隨著用電量的逐年增加,用電峰谷差越來(lái)越大,大容量發(fā)電機(jī)組必須參與調(diào)峰,使得大型燃煤鍋爐穩(wěn)燃問(wèn)題日益突出。
目前河北南網(wǎng)各主力機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷均為其額定容量的50%,電廠(chǎng)也借助科研單位進(jìn)行過(guò)技術(shù)驗(yàn)證,但大部分是在其設(shè)計(jì)煤種情況下進(jìn)行。在實(shí)際運(yùn)行中有2個(gè)制約性因素:如果煤質(zhì)過(guò)差,機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷往往達(dá)不到50%,極易造成低負(fù)荷燃燒不穩(wěn),鍋爐熄火;在供暖期間,由于熱電機(jī)組為保證供熱壓力,日常負(fù)荷通常維持在額定的70%左右,導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰壓力很大,這就需要大型純凝機(jī)組加強(qiáng)其調(diào)峰能力,最低負(fù)荷也往往低于50%,不利于機(jī)組運(yùn)行,造成設(shè)備的使用壽命降低,影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
機(jī)組滅火會(huì)影響電網(wǎng)和電廠(chǎng)方面的正常運(yùn)轉(zhuǎn),并且也會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)300 MW機(jī)組在150 MW時(shí)滅火,按每次熄火損失電量400 MW、耗油40 t計(jì)算,直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)40萬(wàn)元以上。
煤種變化、結(jié)焦滅火、四管泄漏、低負(fù)荷穩(wěn)燃等多發(fā)性問(wèn)題,如果處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致降負(fù)荷運(yùn)行、停機(jī)、設(shè)備受損等負(fù)面后果。近年來(lái),隨著科研和運(yùn)行水平的提高,科研技術(shù)人員通過(guò)改變機(jī)組運(yùn)行方式來(lái)解決這些問(wèn)題。
在現(xiàn)有的煤炭市場(chǎng)下,煤種煤質(zhì)很難得到保證,只能從技術(shù)角度來(lái)優(yōu)化燃燒,將其影響度降低,措施如下:
a. 熱值較低時(shí),鍋爐運(yùn)行氧量保持低限;火檢不穩(wěn)及時(shí)投油助燃;控制磨組、鍋爐煤量在允許范圍內(nèi);控制降負(fù)荷速率及幅度。
b. 揮發(fā)分較高時(shí),適當(dāng)提高一次風(fēng)比例;保持鍋爐運(yùn)行氧量上限,富氧燃燒;執(zhí)行機(jī)組輪流倒磨落焦。加強(qiáng)爐膛吹灰效果監(jiān)督;揮發(fā)分較低,影響鍋爐著火時(shí),適當(dāng)降低一次風(fēng)比例;保持鍋爐運(yùn)行氧量適當(dāng)或偏低;加強(qiáng)火檢監(jiān)視,及時(shí)調(diào)整燃燒配風(fēng)。排煙溫度相應(yīng)升高,應(yīng)加強(qiáng)吹灰,避免超溫。
c. 灰分較大時(shí),控制煤量在允許范圍內(nèi);加強(qiáng)火檢監(jiān)視,及時(shí)調(diào)整燃燒配風(fēng)適當(dāng);監(jiān)視粉煤灰系統(tǒng)排灰出力正常,防止灰位高影響電除塵運(yùn)行。
d. 水分較大時(shí),監(jiān)視磨組干燥出力正常;加強(qiáng)火檢監(jiān)視,及時(shí)調(diào)整燃燒,配風(fēng)適當(dāng);防止煤濕,磨組堵管蓬煤導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)。
e. 及時(shí)和調(diào)度部門(mén)溝通,在煤質(zhì)較差時(shí),降出力運(yùn)行,且盡量避免負(fù)荷波動(dòng)過(guò)大引起機(jī)組滅火。
鍋爐掉焦滅火并非不可控制,只要在運(yùn)行中仔細(xì)觀察燃燒情況,就能減輕結(jié)焦程度,將危害降到最低,主要措施如下:
a. 加強(qiáng)鍋爐入爐煤管理,燃料人員應(yīng)優(yōu)化煤種摻混,盡量使鍋爐燃燒接近其設(shè)計(jì)煤質(zhì)的入爐煤,這是防止掉焦滅火的最直接的手段。
b. 運(yùn)行人員應(yīng)保持較高的空氣過(guò)量系數(shù)。爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)低易造成爐內(nèi)氧量不足,使?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛,熔點(diǎn)較高的Fe2O3變成熔點(diǎn)較低的FeO,從而使灰熔點(diǎn)降低較多,增加了結(jié)焦的可能性[2]。
c. 加強(qiáng)爐膛、過(guò)熱器吹灰裝置的日常維護(hù),減輕各受熱面的粘污程度。根據(jù)實(shí)際來(lái)煤及受熱面的結(jié)焦情況,適當(dāng)增加吹灰次數(shù),保證受熱面的清潔度,從而減輕鍋爐結(jié)焦程度。
d. 電廠(chǎng)運(yùn)行人員可仔細(xì)觀察機(jī)組運(yùn)行情況,如發(fā)現(xiàn)負(fù)壓波動(dòng)大、火檢信號(hào)不穩(wěn)、局部溫度過(guò)高等前兆現(xiàn)象,可借助技術(shù)單位的力量及時(shí)初步判斷結(jié)焦程度和位置。然后及時(shí)和省調(diào)部門(mén)溝通,降低機(jī)組出力,適時(shí)解除AGC控制,避免負(fù)荷劇烈波動(dòng)。
通過(guò)對(duì)四管泄漏進(jìn)行研究分析,主要措施如下:
a. 鍋爐四管泄漏在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用[3]。此套儀器發(fā)現(xiàn)四管泄漏方面起著非常重要的作用,它是對(duì)鍋爐管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的特殊的聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。鍋爐管道在鍋爐內(nèi)破裂時(shí)產(chǎn)生特殊的聲學(xué)信號(hào)并在爐膛內(nèi)傳播,利用聲導(dǎo)管通過(guò)看火孔接收信號(hào)。
b. 加強(qiáng)運(yùn)行管理。嚴(yán)格控制鍋爐參數(shù)和各受熱面壁溫,防止超溫、超壓、滿(mǎn)水、缺水等故障發(fā)生。鍋爐啟停階段參數(shù)的控制應(yīng)嚴(yán)格按照啟停曲線(xiàn)進(jìn)行,鍋爐變工況運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水冷壁、過(guò)熱器、再熱器等受熱面壁溫及工質(zhì)溫度的監(jiān)視和調(diào)整,防止發(fā)生參數(shù)大幅度變化及管壁發(fā)生超溫現(xiàn)象。
c. 做好煤樣化驗(yàn)分析。確定煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)電耗的最佳工況,保證煤質(zhì)穩(wěn)定,給煤量均勻,減少機(jī)械不完全燃燒損失,防止?fàn)t膛尾部煙道超溫,降低飛灰損失。
隨著大容量鍋爐越來(lái)越多的參與深度調(diào)峰,在低負(fù)荷時(shí)鍋爐的穩(wěn)燃也成為一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)。只要和上級(jí)部門(mén)充分溝通,并且優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整過(guò)程,穩(wěn)燃問(wèn)題就可大大緩解,主要預(yù)防措施如下:
a. 在調(diào)度部門(mén)允許情況下,根據(jù)全網(wǎng)總負(fù)荷,低負(fù)荷時(shí)段運(yùn)行優(yōu)先選擇汽包鍋爐。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),直流爐負(fù)荷率低于80%時(shí),煤耗較高;而汽包鍋爐由于其蓄熱能力強(qiáng),調(diào)峰時(shí)優(yōu)先汽包鍋爐將更有利于節(jié)能降耗。
b. 在從高負(fù)荷向低負(fù)荷調(diào)整的過(guò)程中,應(yīng)先降低主蒸汽壓力,然后隨壓力下降緩慢減負(fù)荷,直至減到目標(biāo)值,而不能先將負(fù)荷減至目標(biāo)值后再降主蒸汽壓力,如果先減負(fù)荷再降低主蒸汽壓力,必須使?fàn)t膛燃燒強(qiáng)度低于相應(yīng)負(fù)荷的燃燒強(qiáng)度,然后使主蒸汽壓力降下來(lái)[4]。
c. 密切管制制粉系統(tǒng)的運(yùn)行。低負(fù)荷運(yùn)行需要停磨時(shí),原則上應(yīng)停用最上層磨;如果因故障需停用最下層磨時(shí),應(yīng)將停用的給煤量移至相鄰的上一層,再向另一層增加,以滿(mǎn)足最底層運(yùn)行磨煤量最大的調(diào)節(jié)原則。
鍋爐系統(tǒng)復(fù)雜,受制約因素較多,一旦出現(xiàn)故障,就會(huì)影響正常供電,而煤種影響、鍋爐結(jié)焦、四管泄漏、低負(fù)荷穩(wěn)燃則是影響鍋爐主輔機(jī)正常運(yùn)行的最常見(jiàn)問(wèn)題,針對(duì)這些問(wèn)題,給出了具體的防范措施,為電廠(chǎng)運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù)。但需探索的方面還比較多,還需要電網(wǎng)、電廠(chǎng)和科研機(jī)構(gòu)加大研究力量,通力合作,經(jīng)驗(yàn)共享。
參考文獻(xiàn):
[1] 吳 彥.鍋爐結(jié)焦的原因及對(duì)策[J].華北電力技術(shù),2006(增刊):32-35,40.
[2] 胡志宏,郝衛(wèi)東,劉恩生,等.超超臨界1 000 MW機(jī)組鍋爐結(jié)焦原因分析及對(duì)策[J].熱力發(fā)電,2009,38(3):66-68.
[3] 鐵 勇,羿世權(quán),王志國(guó).鍋爐四管泄漏在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].吉林電力技術(shù),1998,26(5):49-50.
[4] 秦學(xué)明,張傳斌,任平杰,等.鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒減少熄火的對(duì)策[J].電力科學(xué)與工程,2009,25(9):72-73,75.