百万等级锅炉调试过程中典型问题分析及措施

孙 磊，叶祺贤

（上海电力建设启动调整试验所，上海 200031）

超超临界百万等级机组以其效率高、节约能源、保护环境、减少有害气体排放、降低地球温室效应的特点正在世界火力发电领域广泛应用［1］。因而，有必要对百万等级锅炉调试过程中所发现的典型问题进行探讨，并提出相应对策，具有积极意义。本文对百万等级锅炉调试过程中的10个典型问题进行分析，并提出相应对策。

1 百万等级塔式锅炉水冷壁泄漏问题

由上海锅炉厂有限公司引进德国阿尔斯通公司技术，设计并制造的百万等级塔式锅炉，在实际运行过程中存在水冷壁易发生泄漏的严重缺陷。经对实际管样解剖分析，水冷壁发生泄漏部位往往存在各种不同类型和程度的缺陷［2］。如外观成型差，熔敷金属下塌形成了焊接应力角，焊后没打磨成R弧过渡，不能使应力均匀释放；或根部无坡口，存在夹渣、未熔透等缺陷；或选用焊条直径偏大，一层焊接成型，焊接收缩应力过大；或焊前未预热，焊后未缓冷，加大了焊接区域应力。而水冷壁受刚性梁和铁件拘束，热态应力不易得到释放，在存在上述缺陷的部位，极易引起局部应力过于集中，形成裂纹，造成泄漏［3］。结合多台本类型机组调试、运行经验，建议采取以下防范措施。

1.1 安装方面

（1）施工单位焊接专工应做好焊前技术交底，焊工对于水冷壁焊接要引起高度重视，无论是焊口还是镶嵌块及鳍片与管子角焊缝的焊接要落实到责任人，按焊接工艺要求进行焊接每个部件。

（2）在进行镶嵌块和鳍片对接焊时焊缝应焊透，镶嵌块焊接起弧点和收弧点应位于鳍片上，焊前用火焰进行预热。焊后用火焰加热方式进行热处理，保温缓冷。

（3）避免管子强力对口，镶嵌块与水冷壁管子角焊缝焊接，应采取合理的焊接工艺顺序，交替施焊，减少焊接应力的产生。

（4）控制焊接电流防止熔池产生过热现象，注意收弧质量，避免咬边及产生弧坑裂纹。焊缝成型很重要，角焊缝应平性过度，焊口对接焊缝应圆滑过渡。

（5）锅炉四个转角及刚性梁与水冷壁管子之间的角焊缝建议进行MT100%检验。

（6）对水冷壁铁件集中、横向切应力大的部位，对水冷壁鳍片开应力释放槽。

（7）加强炉膛管壁壁温的检测和监督。对四面的高温部位选点进行制度性的硬度、现场金相检查。

（8）在每次停炉过程中，对水冷壁铁件集中位置进行普查，对存在焊接表面缺陷的，进行打磨处理，圆滑过渡。

1.2 调试方面

（1）严格控制机组启、停过程中的升降负荷速度

1）根据锅炉厂的要求，控制标准如下：升负荷过程中，控制温升不超过3℃／min，降负荷过程中控制温降不超过5℃／min。

2）加强燃料控制，主抓升降负荷过程中投、切磨煤机时煤量的平稳过渡，即在满足磨最小煤量的要求下，投磨时，适当减少其他运行磨的煤量；切磨时，适当增加其他运行磨的煤量，以保证总煤量不突增突减。

（2）合理应用等离子／微油点火方式

为节约启动燃油，百万等级锅炉一般采用等离子或微油的新型点火方式，但此类方式在冷炉点火启动初期，投煤粉初始阶段因燃烧率难控制，局部温升较快，此处水冷壁受热管道易产生较大的热应力，导致使用寿命降低［4］。为降低其点火启动初期负荷突升及爆燃等对水冷壁造成的负面影响，建议采取以下措施：

1）将传统常规的油枪和等离子／微油点火装置配合使用。采用先点等离子／微油点火装置对应层的油枪暖炉，待炉膛出口烟温至400℃左右，再用等离子／微油投粉的点火方式，节油而不追求无油。

2）等离子／微油投粉火检稳定后，尽快减少给煤量，控制升负荷率。

3）加强等离子装置维护，减少故障断弧引起的负荷扰动，保持燃烧稳定。

（3）燃烧调整精细化

1）整套启动前，进行了大量同类型机组的调研工作，收集、消化运行数据，以保证在本机组调试过程中少走弯路，避免对机组运行产生不必要的扰动甚至跳闸，从而减少对水冷壁的损害。

2）整套启动过程中，通过更为精细化的氧量试验、煤粉细度试验、配风试验、烟温偏差调整试验等，收集了大量本机组特性数据，进而优化配风、保证合适的煤粉细度等，从而保证锅炉燃烧稳定，温度变化速率严格控制在标准范围内。

3）加强四墙水冷壁温度偏差检测，通过二次风的合理调整，保证燃烧中心适中，各墙水冷壁受热均匀。

4）各负荷段均控制合适的煤水比，防止水冷壁管壁超温。

5）为了提高等离子／微油点火初期的燃烧效率，该层磨用煤应该使用设计煤种；调节磨煤机的分离器转速，使制粉系统能制出合格的煤粉，煤粉细度符合设计要求；尽可能提高磨煤机入口一次风温；通过辅汽加热等手段尽可能提高给水温度；同时控制风烟总量在较低水平，以增加炉膛辐射热。

（4）加强锅炉稳定运行控制

1）热工自动、保护及时投入，防止操作不当引起跳机跳炉，最大限度减少了对水冷壁的损害。

2）锅炉运行过程中，调试、运行人员紧密配合，认真监盘，加强现场巡查，发现异常现象及时分析处理，将事故扼杀在萌芽中。

3）RB、甩负荷等重大试验前，调试召开交底会，详述试验方案，明确各相关单位职责、分工，从而保证试验顺利进行，避免试验失败引起的机组扰动。

（5）加强系统清洁度控制

1）安装阶段即要求在水冷壁焊接过程中，减少焊渣等杂物的堆积，采用合适的封堵水溶纸。

2）化学清洗阶段，采用合适的清洗工艺，保证清洗效果，并经各方见证。

3）蒸汽吹管阶段，通过冷、热态冲洗，加强水质控制，并通过冲通试验，再次保证各水冷壁管均无杂物堵塞，以避免超温爆管的发生。

（6）适时进行应力释放

在不影响工程进展的情况下，利用节点间隙、消缺阶段等，进行锅炉热态启停，负荷带至50%～70%BMCR，控制更低的升降负荷速度，以促使锅炉水冷壁中应力的缓慢释放，避免应力集中释放引起的爆管。

2 大比热容问题

对于百万等级锅炉，在超临界参数下，当水冷壁内工质到达压力22.129MPa、温度374℃的临界值时（对应负荷700MW左右），管内工质温度处于对应压力下的最大比热容范围，随工质吸热量的增加，工质温度却变化不大，而工质比体积的急剧变化导致膨胀量增大，易引起水动力不稳定或流量分配不均；同时热导率急剧减小，又可能会引起工质对管壁传热变差，易出现类膜态沸腾，造成水冷壁出口超温。

针对此问题采取的措施具体如下。

（1）合理的水循环系统设计。

（2）尽可能的减少水冷壁热偏差。

（3）煤水掌握合理配比。

（4）对于易发生此情况的锅炉应减少在临界工况的滞留。

3 一次风机系统设计

一次风机系统管道设计应留有余量，如果出于节约投资考虑，管径设计较小，可考虑在两台一次风机出口联络管上设计泄压管路，以方便并风机，如图1所示。

图1 一次风机泄压管路设计

4 新型点火方式（等离子或微油）的应用

等离子／微油节油点火方式在冷炉点火启动初期除了投煤粉初始阶段因燃烧率难控制，使局部燃烧区温升过快，此处水冷壁受热管道易产生较大的热应力，除使用寿命降低外，由于煤粉燃烬率过低，一来易发生尾部二次燃烧，二来煤粉在炉膛内燃烧距离增长，产汽量小且使过热／再热蒸汽受热面经受较高热负荷，易发生过热器和再热器管壁超温。为降低其以上负面影响，建议采取以下措施。

（1）将传统常规的油枪和等离子／微油点火装置配合使用。采用先点等离子／微油点火装置对应层的油枪暖炉，待炉膛出口烟温至400℃左右，再用等离子／微油投粉的点火方式，节油而不追求无油。

（2）等离子或微油点火投粉火检稳定后，尽快减少给煤量，控制升负荷率。

（3）尽量减少风烟总量，以增加炉膛辐射热。

（4）调整燃烧器配风，控制较低的一次风速（18～20m／s），增加对应层（特别是燃料风档板层）和上层二次风门挡板开度。一方面使煤粉可尽快着火，另一方面又能在炉膛充分燃烧［5］。

（5）保证暖风器的加热效果，通过提高磨煤机入口一次风温度，从而提前一次风粉着火点，增加燃烬率。

（6）给水控制方面采取以下措施，以增加蒸发量：①增加加热给水的辅汽量，提高给水温度［6］；②启动阶段，在水质合格后，尽快回收启动分离器的疏水；③控制入炉的给水流量，因流量过大势必造成排放量增大，会造成热量流失。

（7）在汽机冲转参数允许的条件下，尽量开大高压旁路，以增加锅炉受热面的通流量，降低各级受热面的温度。

（8）适当控制减温水，调节各级蒸汽温度，但必须注意避免减温水过调，需保证减温点后蒸汽有一定的过热度。

5 机组启动阶段辅汽用量

目前百万等级机组，启动初期辅汽主要有以下用户：空预器吹灰、暖风器、大小机轴封、小机用汽、给水加热。如辅汽不足，往往为保证其他用户用汽而减少给水加热的辅汽量，势必造成上水温度达不到制造厂要求值，进而不利于营造炉内良好的燃烧环境。故而在设计阶段需按此数值进行辅汽的核算，避免因辅汽用量不足而造成启动不顺利或违规操作的现象。

6 空预器漏风率

目前在百万等级锅炉设计过程中存在为提高机组效率而对空预器漏风率控制要求过高的问题，比如在湖北某项目就为了将漏风率由6%降至4.5%，而采取了增加一层刚性密封片的改造，造成空预器在低负荷阶段就发生因膨胀摩擦、超电流不得不停机的事故。图2为新增刚性密封片安装位置，图3为磨损后拆除的刚性密封片。

图2 新增刚性密封片安装位置

图3 磨损后拆除的刚性密封片

因而，对于空预器密封的改造一定要慎重，如要采用柔性密封技术亦要反复计算论证，并在投用初期加强监视，发现问题及时处理［7］。

7 炉水循环泵使用

超（超）临界机组锅炉启动系统设置炉水循环泵（BCP）是为了提高给水循环效率，提高机组的启动速度及锅炉热效率。但是由于炉水循环泵造价、维护费用不菲，使用率不高，难免有时发生故障，鉴于以上几点，目前某些百万机组锅炉在设计时，考虑取消炉水循环泵。

通过无炉水循环泵启动的实践研究，发现启动初期为维持水动力安全，在水质不合格无法回收的情况下，不可避免的造成工质大流量排放，热量不可逆损失增加，其直接结果就是：一除盐水耗量大；二启动时间长，燃料耗量大；三易发生受热面超温［8］。

因而，还是建议百万机组锅炉采用炉水循环泵为宜。如取消，则需统盘考虑启动系统，最有效的手段就是通过增加给水加热的辅汽量，甚至采用临炉加热方式，以大幅提高给水温度，才可保证实现快速、安全的锅炉启动。

8 阀门选型

通过以往的机组调试、运行经验可知，大部分事故的发生往往是由于一些阀门的误动、拒动或调节不良引起的，阀门使用或选用不合适还会造成能耗增加［9］，因而在设计选型时一定要重视此项。

9 防止空预器二次燃烧

目前，为节约启动燃油，百万等级锅炉一般采用等离子或微油的新型点火方式，但此类方式在冷炉点火启动初期煤粉燃尽率过低，如不采取措施，易发生未燃尽煤粉堆积于空预器，造成二次燃烧的事故。

为避免此类事故的发生可采取以下措施。

（1）合理利用新型点火方式，提高煤粉燃尽率。

（2）启动阶段，保证空预器连续吹灰的投入。

（3）设计时，一定要满足空预器吹灰的辅汽压力要求，保证吹扫效果。

10 受热面壁温监测

超（超）临界发电技术的发展最大的制约因素就是受热面材料。目前，高温受热面材料（如HR3C）基本还停留在新型奥氏体钢的阶段，许用温度在700℃以内［10］，相对于百万等级锅炉高温段的使用温度已无多大裕量（已有百万机组计划将再热器出口蒸汽温度提高至620℃），如图4所示。

图4 高温受热面材料使用现状

这就要求在调试、运行过程中需加强受热面壁温的控制，防止超温爆管事故的发生。而采取措施的前提是，操作者需要对受热面的温度情况有准确、及时的了解，故而对受热面壁温监测系统提出以下要求。

（1）测点布置设计要合理。

（2）测点安装、调校要认真，显示准确。

（3）最好投用一套对整个受热面壁温的即时分析监测系统。

11 结语

通过对以上百万等级锅炉诸多问题的探讨，以及解决措施的提出，希望能给同类型锅炉的调试、运行有所借鉴意义，避免类似问题的发生，进而逐步改进，使百万等级电站锅炉的技术水平再上新台阶。

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