电站锅炉主辅机正常运行影响因素分析及处理

殷庆栋，王 强 ，曹 欣，杨晓东， 魏 刚

(1.河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.河北省电力公司，石家庄 050021)

1 锅炉主辅机运行现状

锅炉是电厂的三大主设备之一，锅炉及其辅机的安全运行直接影响电厂的稳定性，而电厂的稳定性又与电网调度安全息息相关。近年来，随着煤质的持续变差以及电网峰谷差变较大，锅炉的日常运行情况日益恶化，结焦灭火、四管泄漏等现象频繁发生，严重威胁电厂设备和电网的正常运行。

锅炉及其辅机的正常运行是保证机组出力的前提，如果锅炉及其辅机出现问题，机组往往是受阻严重或降出力运行，甚至非计划停机，最终产生很多不利影响。其一，电网运行受到干扰，如果发生在夏季用电高峰时期，则可能导致部分地区限电、停电。其二，电厂经济受到较大影响，不仅发电量减少，而且机组非计划停机还会引发设备受损。所以，近年来，电网公司和电厂也寻求合作，实行节能调度与和谐调度，力争避免这类事件发生，实现双赢。以下从技术层面分析发生这类现象的原因，并找到预防和治理措施，为电厂和电网的运行提供技术依据。

2 原因分析

2.1 燃用煤种变化

近年来，随着电力市场供求关系的变化，燃煤供应紧张，燃料来源混杂，燃用煤种偏离设计煤种，燃用煤种灰分大、硫分大、发热量低且煤种混杂、不均匀，掺配困难，造成入炉煤质严重偏离设计煤质。燃用煤种严重偏离设计煤种，会导致锅炉结焦、燃烧不稳、受阻严重、受热面超温、磨损严重、辅机单耗上升等，当煤种变化的程度超过锅炉自身的“容忍”界限时，必须采用降低出力甚至停炉检修，严重影响锅炉的正常运行。所以，控制来煤品质是锅炉优化调整的首要任务，也是锅炉优化调整的基础。

长时间偏离设计煤种运行还会对电厂设备造成极大的损害,主要危害如下：

a. 燃煤热值降低，导致炉膛温度降低、燃烧变弱、总燃料量增加，机组受阻严重，也会产生燃烧不稳的现象，机组抗扰动能力较差。

b. 燃煤挥发分升高，会导致喷燃器着火提前，锅炉结焦加重。

c. 燃煤灰分过高，将导致燃煤热值降低，对锅炉制粉及排灰系统影响较大，锅炉受热面玷污严重，换热能力变差，排烟温度升高。

d. 燃煤水分高于设计值主要是容易造成堵煤、堵磨，影响燃烧稳定。

2.2 锅炉结焦

锅炉炉膛火焰中心温度一般可达1 600 ℃[1]，燃料中的灰分大多呈熔化状态，而四周水冷壁附近烟气温度较低，如果烟气中携带的灰粒在接触壁面时仍呈熔化或粘结状态，则粘结在管壁上形成紧密的灰渣层，形成结焦。结焦的厚度通常是不均匀的，如果结焦情况严重，大的焦块在水冷壁中脱落，引起炉内正常气流的骤然变化，灼热的焦块跌落炉底冷灰斗水室会产生大量水蒸气，水蒸气上升，炉膛温度急速降低，造成炉膛压力突变，炉膛负压保护动作引发MFT，最终导致锅炉灭火。

据统计，2009-2011年，河北省南部电网(简称“河北南网”)火电机组共发生结焦灭火次数分别为36次、45次、29次，共计110次。所影响的机组有效运行时间分别高达93 h、70.2 h和107 h，结焦灭火后重新起机所用平均时间分别是2.66 h、1.63 h、3.97 h。

锅炉掉焦灭火的危害如下：

a. 受热面结焦会降低锅炉受热面传热效率、造成锅炉排烟温度升高，导致锅炉效率降低。

b. 结焦严重时，机组往往受阻严重，运行人员通常只能降低出力来缓解结焦的影响，这就会极大的干扰电网的运行方式。

c. 锅炉结焦、掉焦易引发水冷壁砸漏和底灰斗堵塞，导致锅炉灭火，甚者造成人员伤害事故。有时为满足电网负荷的需求，电厂强行起机然后又掉焦灭火，产生恶性循环，为电网稳定运行和电厂的经济性带来不可估量的影响。

2.3 四管泄漏

锅炉承压部件主要有“四管”和其它一些管段。“四管”泄漏是指锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管和省煤器产生的泄漏甚至爆破。锅炉的四管泄漏是火电厂中常见性、多发性故障，是长期困扰火电厂安全生产的一大难题，其引发事故率高，通常需停炉处理，故对发供电和技术经济指标影响很大。

据统计，2009-2011年，河北南网火电机组共发生四管泄漏事故78起，详见表1。

表1 四管泄漏统计表

项目水冷壁泄漏省煤器泄漏过热器泄露再热器泄漏次数总计600～660 MW机组次数/次816621时间/h72739695-300～350 MW机组次数/次6216832时间/h998314774-200～220 MW机组次数/次1121822时间/h968612068-200 MW以下机组次数/次30003时间/h232000-

注：表中时间为总次数的平均时间，单位为小时

四管泄漏的危害如下：

a. 发生频率高，且主要发生在30万以上的主力机组。

b. 检修时间长，机组四管泄漏后的抢修时间都在72 h以上，其中过热器泄漏抢修的时间最长，平均121 h。四管泄漏严重影响机组稳定运行，机组发生泄漏后，为避免爆管现象发生，通常进行机组消缺或非计划检修，会严重干扰电网正常的运行方式。

2.4 低负荷稳燃

随着用电量的逐年增加，用电峰谷差越来越大，大容量发电机组必须参与调峰，使得大型燃煤锅炉稳燃问题日益突出。

目前河北南网各主力机组的最低稳燃负荷均为其额定容量的50%，电厂也借助科研单位进行过技术验证，但大部分是在其设计煤种情况下进行。在实际运行中有2个制约性因素：如果煤质过差，机组的最低稳燃负荷往往达不到50%，极易造成低负荷燃烧不稳，锅炉熄火；在供暖期间，由于热电机组为保证供热压力，日常负荷通常维持在额定的70%左右，导致电网调峰压力很大，这就需要大型纯凝机组加强其调峰能力，最低负荷也往往低于50%，不利于机组运行，造成设备的使用寿命降低，影响电网的安全运行。

机组灭火会影响电网和电厂方面的正常运转，并且也会带来经济上的损失。据统计300 MW机组在150 MW时灭火，按每次熄火损失电量400 MW、耗油40 t计算，直接经济损失数40万元以上。

3 处理措施

煤种变化、结焦灭火、四管泄漏、低负荷稳燃等多发性问题，如果处理不当会导致降负荷运行、停机、设备受损等负面后果。近年来，随着科研和运行水平的提高，科研技术人员通过改变机组运行方式来解决这些问题。

3.1 煤种变化的处理措施

在现有的煤炭市场下，煤种煤质很难得到保证，只能从技术角度来优化燃烧，将其影响度降低，措施如下：

a. 热值较低时，锅炉运行氧量保持低限；火检不稳及时投油助燃；控制磨组、锅炉煤量在允许范围内；控制降负荷速率及幅度。

b. 挥发分较高时，适当提高一次风比例；保持锅炉运行氧量上限，富氧燃烧；执行机组轮流倒磨落焦。加强炉膛吹灰效果监督；挥发分较低，影响锅炉着火时，适当降低一次风比例；保持锅炉运行氧量适当或偏低；加强火检监视，及时调整燃烧配风。排烟温度相应升高，应加强吹灰，避免超温。

c. 灰分较大时，控制煤量在允许范围内；加强火检监视，及时调整燃烧配风适当；监视粉煤灰系统排灰出力正常，防止灰位高影响电除尘运行。

d. 水分较大时，监视磨组干燥出力正常；加强火检监视，及时调整燃烧，配风适当；防止煤湿，磨组堵管蓬煤导致燃烧不稳。

e. 及时和调度部门沟通，在煤质较差时，降出力运行，且尽量避免负荷波动过大引起机组灭火。

3.2 锅炉灭火的处理措施

锅炉掉焦灭火并非不可控制，只要在运行中仔细观察燃烧情况，就能减轻结焦程度，将危害降到最低，主要措施如下：

a. 加强锅炉入炉煤管理，燃料人员应优化煤种掺混，尽量使锅炉燃烧接近其设计煤质的入炉煤，这是防止掉焦灭火的最直接的手段。

b. 运行人员应保持较高的空气过量系数。炉内过量空气系数过低易造成炉内氧量不足，使炉内出现还原性气氛，熔点较高的Fe2O3变成熔点较低的FeO，从而使灰熔点降低较多，增加了结焦的可能性[2]。

c. 加强炉膛、过热器吹灰装置的日常维护，减轻各受热面的粘污程度。根据实际来煤及受热面的结焦情况，适当增加吹灰次数，保证受热面的清洁度，从而减轻锅炉结焦程度。

d. 电厂运行人员可仔细观察机组运行情况，如发现负压波动大、火检信号不稳、局部温度过高等前兆现象，可借助技术单位的力量及时初步判断结焦程度和位置。然后及时和省调部门沟通，降低机组出力，适时解除AGC控制，避免负荷剧烈波动。

3.3 四管泄漏的处理措施

通过对四管泄漏进行研究分析，主要措施如下：

a. 锅炉四管泄漏在线监测仪的应用[3]。此套仪器发现四管泄漏方面起着非常重要的作用，它是对锅炉管道泄漏时产生的特殊的声学信号进行监测。锅炉管道在锅炉内破裂时产生特殊的声学信号并在炉膛内传播，利用声导管通过看火孔接收信号。

b. 加强运行管理。严格控制锅炉参数和各受热面壁温，防止超温、超压、满水、缺水等故障发生。锅炉启停阶段参数的控制应严格按照启停曲线进行，锅炉变工况运行时应加强对水冷壁、过热器、再热器等受热面壁温及工质温度的监视和调整，防止发生参数大幅度变化及管壁发生超温现象。

c. 做好煤样化验分析。确定煤粉细度和磨煤机电耗的最佳工况，保证煤质稳定，给煤量均匀，减少机械不完全燃烧损失，防止炉膛尾部烟道超温，降低飞灰损失。

3.4 低负荷稳燃的处理措施

随着大容量锅炉越来越多的参与深度调峰，在低负荷时锅炉的稳燃也成为一个技术热点。只要和上级部门充分沟通，并且优化负荷调整过程，稳燃问题就可大大缓解，主要预防措施如下：

a. 在调度部门允许情况下，根据全网总负荷，低负荷时段运行优先选择汽包锅炉。根据经验，直流炉负荷率低于80%时，煤耗较高；而汽包锅炉由于其蓄热能力强，调峰时优先汽包锅炉将更有利于节能降耗。

b. 在从高负荷向低负荷调整的过程中，应先降低主蒸汽压力，然后随压力下降缓慢减负荷，直至减到目标值，而不能先将负荷减至目标值后再降主蒸汽压力，如果先减负荷再降低主蒸汽压力，必须使炉膛燃烧强度低于相应负荷的燃烧强度，然后使主蒸汽压力降下来[4]。

c. 密切管制制粉系统的运行。低负荷运行需要停磨时，原则上应停用最上层磨；如果因故障需停用最下层磨时，应将停用的给煤量移至相邻的上一层，再向另一层增加，以满足最底层运行磨煤量最大的调节原则。

4 结束语

锅炉系统复杂，受制约因素较多，一旦出现故障，就会影响正常供电，而煤种影响、锅炉结焦、四管泄漏、低负荷稳燃则是影响锅炉主辅机正常运行的最常见问题，针对这些问题，给出了具体的防范措施，为电厂运行提供了技术依据。但需探索的方面还比较多，还需要电网、电厂和科研机构加大研究力量，通力合作，经验共享。

参考文献：

[1] 吴 彦.锅炉结焦的原因及对策[J].华北电力技术，2006(增刊)：32-35，40.

[2] 胡志宏，郝卫东，刘恩生，等.超超临界1 000 MW机组锅炉结焦原因分析及对策[J].热力发电，2009，38(3)：66-68.

[3] 铁 勇，羿世权，王志国.锅炉四管泄漏在线监测系统的应用[J].吉林电力技术，1998，26(5)：49-50.

[4] 秦学明，张传斌，任平杰，等.锅炉低负荷稳定燃烧减少熄火的对策[J].电力科学与工程，2009，25(9)：72-73，75.