300MW機(jī)組鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題剖析

鄭鑫

摘 要： 近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，室燃爐技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，并以負(fù)荷調(diào)節(jié)性強(qiáng)、燃料適應(yīng)性廣，改造成本低、廢物破壞率高等優(yōu)點(diǎn)在全國范圍內(nèi)得到了廣泛使用。但實(shí)際運(yùn)行過程中仍然存在鍋爐結(jié)渣、受熱面超溫、排煙溫度高等問題，導(dǎo)致工作效率等受到嚴(yán)重影響。基于此，本文以某電廠300MW機(jī)組鍋爐為對(duì)象，分析探討了該廠鍋爐的運(yùn)行現(xiàn)狀以及存在的問題，并提出了幾點(diǎn)關(guān)于如何解決鍋爐運(yùn)行中鍋爐結(jié)渣、排煙溫度高等問題的意見和建議，以期為同類型的鍋爐開展技術(shù)診斷提供幫助。

關(guān)鍵詞：300MW機(jī)組鍋爐 安全 經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行

在我國電力行業(yè)改革不斷深入，能源環(huán)境問題不斷嚴(yán)峻的大環(huán)境下，為應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境和競(jìng)爭(zhēng)模式，我國各大電廠均致力于機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的提高，為此各種鍋爐燃燒、運(yùn)行機(jī)制不斷涌現(xiàn)，200MW、300MW的大容量機(jī)組逐漸成為電網(wǎng)中的主力機(jī)組，但受到設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行管理等多方面因素的影響，大部分電廠機(jī)組仍然存在可用率低、非計(jì)劃停用事故多等現(xiàn)象，過熱器、再熱器爆管事故等廣泛存在，嚴(yán)重影響了電廠的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為確保300MW機(jī)組鍋爐機(jī)組有效運(yùn)行，提高運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題進(jìn)行深入剖析勢(shì)在必行。

一、設(shè)備概況

以該電廠使用的300MW機(jī)組鍋爐（廠家：哈爾濱鍋爐廠，型號(hào)：HG-1025/17.5-YM26亞臨界自然循環(huán)汽包爐）為研究對(duì)象，共2臺(tái)；設(shè)計(jì)燃用煙煤。安裝5臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)，制粉系統(tǒng)采用速度為中速的磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)；選用基于CE傳統(tǒng)的大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)燃燒器，在大風(fēng)箱內(nèi)部放入數(shù)量適中的隔板，使用隔板分隔大風(fēng)箱至若干小風(fēng)室，同時(shí)將一定數(shù)量的燃燒器噴嘴布置與各小風(fēng)室的出口處，每只燃燒器包含6種18個(gè)風(fēng)室以及17個(gè)噴嘴；設(shè)置調(diào)節(jié)噴嘴擺動(dòng)幅度，使一次風(fēng)噴嘴的上下擺動(dòng)幅度在20°左右，二次風(fēng)噴嘴的上下擺動(dòng)幅度在在30°左右，此外，對(duì)于頂部燃盡的風(fēng)室，使其噴嘴向上的擺動(dòng)幅度在30°左右，向下的擺動(dòng)幅度在5°左右，從而確保燃燒中心區(qū)域的位置能夠得到靈活改變和調(diào)節(jié)，避免爐膛各輻射受熱面的吸熱量不均，進(jìn)而有效調(diào)節(jié)鍋爐的再熱汽溫；燃燒器噴嘴分別置于上端部風(fēng)室、頂部燃盡風(fēng)室、油風(fēng)室、煤粉風(fēng)室、中間空氣風(fēng)室以及下端部風(fēng)室；一次風(fēng)燃燒器均采用水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)。

二、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題及原因

通過觀察和研究，筆者發(fā)現(xiàn)該電廠的300MW機(jī)組鍋爐在運(yùn)行中主要存在以下4個(gè)方面的問題：

首先，鍋爐的排煙溫度在較長時(shí)間內(nèi)均保持在較高水平，排煙溫度難以得到及時(shí)有效的降低，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行成本增加，不符合經(jīng)濟(jì)效益的要求；此外，排煙溫度的居高不下，還使得布袋除塵器的安全性能極大下降，給布袋除塵器的運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的不良影響。分析原因，筆者認(rèn)為主要有以下幾點(diǎn)：① 爐底漏風(fēng)。該廠的300MW機(jī)組鍋爐采用的是干排渣系統(tǒng)，在鍋爐設(shè)計(jì)中，已經(jīng)考慮了排煙溫度148℃時(shí)，爐底漏風(fēng)帶來的5℃的影響，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)爐底關(guān)斷門全部關(guān)閉時(shí)，鍋爐排渣完全暫停，此時(shí)爐底漏風(fēng)情況最輕微，排煙溫度大致可降低8℃左右，也就是說相較于設(shè)計(jì)，爐底漏風(fēng)造成的實(shí)際影響偏高了3℃左右，為此，可以認(rèn)為盡管爐底漏風(fēng)不是導(dǎo)致鍋爐排煙溫度長時(shí)間保持在較高水平的主要原因，但盡量減少爐底漏風(fēng)有利于排煙溫度的降低。② 受熱面受到沾污。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工況13排煙溫度為165.60℃，吹灰后，排煙溫度降低了3.34℃，表明當(dāng)受熱面受到沾污時(shí)，鍋爐內(nèi)的排煙溫度將升高。③ 空預(yù)器換熱能力差。THA工況空預(yù)器入口煙溫的設(shè)計(jì)值為398℃，排煙溫度值為148℃，煙氣溫度降為250℃，但經(jīng)測(cè)試，實(shí)際值相較于設(shè)計(jì)值偏低14.6℃左右，表明空預(yù)器的換熱能力差是導(dǎo)致鍋爐排煙溫度高的最主要原因。

其次，鍋爐爐膛易結(jié)渣，同時(shí)這也是該電廠的300MW機(jī)組鍋爐的主要問題，嚴(yán)重阻礙了鍋爐的安全高效運(yùn)行，分析原因，筆者認(rèn)為主要有以下幾點(diǎn)：①鍋爐燃料煤具有易結(jié)渣的特性。該電廠所使用的燃料為煙煤，而煙煤本身就屬于結(jié)渣性能強(qiáng)的煤種。②灰顆粒向水冷壁的廣泛傳播。鍋爐運(yùn)行過程中，直徑在10μm以下的數(shù)量較少的灰顆粒在向水冷壁進(jìn)行傳播時(shí)，多采用擴(kuò)散和熱遷移的傳播方式，這就直接導(dǎo)致了灰顆粒形成水冷壁管上的初始沉積層；而同時(shí)數(shù)量更多的直徑在10μm以上的灰顆粒向水冷壁進(jìn)行傳播時(shí)，多采用慣性傳播的傳播方式，二者共同作用下，鍋爐爐膛結(jié)渣不可避免。為解決這一問題，筆者認(rèn)為有效控制和改變灰顆粒向水冷壁這一傳播途徑是關(guān)鍵，如設(shè)計(jì)中合理把握切圓尺寸，避免切圓設(shè)計(jì)過大或過小，運(yùn)行中避免切圓偏移等。③爐膛溫度難以控制。爐膛溫度難以控制主要是灰渣自身溫度、灰渣水冷壁冷卻過程以及爐膛溫度水平導(dǎo)致的。第一，灰渣在向水冷壁進(jìn)行傳播的過程中會(huì)隨著時(shí)間而慢慢冷卻，在這一過程期間，如若鍋爐發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)渣現(xiàn)象，那么爐內(nèi)溫度將顯著降低，進(jìn)而可導(dǎo)致灰渣冷卻速度將明顯放緩，而灰渣的冷卻速度的放緩又會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣加劇，如此反復(fù)，形成惡性循環(huán)；第二，關(guān)于爐膛溫度水平，通過試驗(yàn)觀察，筆者發(fā)現(xiàn)，爐膛溫度水平的有效控制防止鍋爐結(jié)渣的關(guān)鍵，燃燒器上方的吹灰器一直到水冷壁上為垂直方向上鍋爐熱負(fù)荷最高的地方，這直接導(dǎo)致了該區(qū)域也是鍋爐最易結(jié)渣的位置，加上該鍋爐四角切圓的燃燒方式，使得垂直方向的鍋爐熱負(fù)荷呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，二者共同作用下，使得鍋爐結(jié)渣加劇。此外，爐底排渣非常困難，進(jìn)一步導(dǎo)致了鍋爐運(yùn)行的安全性大大降低。

再次，鍋爐運(yùn)行過程中低溫過熱器的管壁易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，導(dǎo)致低溫過熱器管壁因超溫而爆管的風(fēng)險(xiǎn)增加，分析原因，主要是由于爐內(nèi)熱偏差導(dǎo)致的。

最后，磨煤機(jī)中含有大量的石子煤，石子煤熱量的大幅度損失，直接導(dǎo)致了鍋爐熱效率顯著降低，最高可降低2%左右，嚴(yán)重影響了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。分析原因，主要在于風(fēng)環(huán)的設(shè)計(jì)風(fēng)速偏低。

三、問題解決途徑

1.減少鍋爐結(jié)渣量

通過對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以控制、減少鍋爐結(jié)渣量。首先，控制氧量，確保鍋爐在運(yùn)行過程中保持較高的氧量，是空預(yù)器入口的實(shí)測(cè)氧量保持在4.5%左右；其次，降低煤粉粗細(xì)程度，煤粉越粗，向水冷壁傳播的灰顆粒越多，使用較細(xì)的煤粉細(xì)度，有利于避免灰顆粒積聚，進(jìn)而控制爐內(nèi)結(jié)渣。再次，調(diào)整燃燒器功率分配，降低上層燃燒器功率，增加下層燃燒器功率。最后，控制周界風(fēng)，鍋爐滿負(fù)荷的情況，投入全部周界風(fēng)。

2.降低鍋爐排煙溫度

在空氣預(yù)熱器的預(yù)留層增加蓄熱原件；治理漏風(fēng)，尤其重點(diǎn)控制爐底漏風(fēng)，封堵漏風(fēng)點(diǎn)，干排渣機(jī)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置調(diào)節(jié)擋板；改造燃燒器，清潔水冷壁，減少污垢；采用低壓省煤器系統(tǒng)，利，減少低壓加熱器抽汽，提高機(jī)組效率。

3.避免低溫過熱器管壁超溫

投入使用燃盡風(fēng)，削弱爐膛出口煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)，避免低溫過熱器管壁超溫。研究發(fā)現(xiàn)，兩層燃盡風(fēng)全開后，管壁溫度可大幅度降低，為此，燃盡風(fēng)的反切控制是有效避免低過管壁超溫的有效手段。

4.減少磨煤機(jī)石子煤量

風(fēng)環(huán)改造，提高風(fēng)環(huán)風(fēng)速，解決石子煤量大的問題。值得注意的是，在對(duì)風(fēng)環(huán)進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持磨煤機(jī)通風(fēng)量不變，避免一次風(fēng)速因風(fēng)環(huán)的改造而發(fā)生變化。此外，風(fēng)環(huán)風(fēng)速提高必然會(huì)導(dǎo)致制粉系統(tǒng)阻力提高、制粉電耗增加，但相較于改造提高的鍋爐熱效率，收益是非常大的。

四、結(jié)束語

該電廠300MW機(jī)組鍋爐在運(yùn)行過程中主要存在鍋爐排煙溫度較高、鍋爐爐膛易結(jié)渣、低溫過熱器管壁易超溫、磨煤機(jī)中石子煤量大等問題，通過適當(dāng)提高運(yùn)行氧量、降低煤粉細(xì)度、風(fēng)改造、增加下層燃燒器功率等途徑可有效解決以上問題，提高300MW機(jī)組鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率。

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