一起机组极热态启动时恶性运行工况引起停炉的事故分析

黄渠凯

摘 要：燃煤发电机组启动非常复杂，对过程中出现的相关问题需进行深入研究、总结规律。该文结合一起锅炉极热态启动过程形成的恶性运行工况，对主蒸汽压力和主再热蒸汽温度不匹配的问题展开分析，提出减小锅炉蒸发量和提高汽温的一系列方法和措施，为锅炉事故处理提供调整原则。以期能够对同类型锅炉出现问题的解决也有指导借鉴作用。

关键词：燃烧 烟气 换热 启动系统 锅炉负荷 调整

中图分类号：TM3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（c）-0016-02

某600 MW级超临界直流锅炉在极热态开机并网带150 MW电负荷“湿态运行”阶段，出现“只涨主汽压不涨主汽温”现象，形成主汽压高与主再热汽温低严重不匹配的恶性运行工况，且随着总煤量或电负荷的增减而振荡。不但降低机组热效率，增加汽轮机末几级叶片的蒸汽湿度，造成叶片侵蚀加剧，影响机组的安全运行；而且锅炉难以进行“湿干态转换”实现直流运行，最终被迫停机停炉重新启动。

1 锅炉燃烧与受热分布情况分析

该600 MW级机组锅炉为上海电气集团锅炉厂有限公司生产的SG-2210/25.4-M980型超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉、单炉膛、四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉水冷壁由炉膛上部的垂直段管屏与下部的螺旋段管屏组成。

锅炉启动系统采用带再炉水循环泵的内置式启动系统，锅炉炉前沿宽度方向垂直布置两只汽水分离器，其进出口分别与水冷壁和炉顶过热器相连接。当机组启动，锅炉负荷低于最低直流负荷（30%BMCR）时，蒸发受热面出口的介质流经分离器进行汽水分离，蒸汽通过分离器上部蒸汽导管进入炉顶过热器，而水则通过疏水管道引至连接球，连接球体下方通过疏水管引至1个三通，一路疏水通过炉水循环泵被送至省煤器进口，另一路接至大气式扩容器，减压后产生的蒸汽通过排汽管道通向炉顶上方排入大气；凝结水则进入集水箱并经过处理后被送往冷凝器或除氧器。在启动初期水质不合格以及为了防止启动初期汽水膨胀阶段分离器水位过高，饱和水进入过热器的发生，通过在大气式扩容器进口设置的两个高水位液动调节门将分离器中大量的疏水排入大气式扩容器。

燃烧方式采用最新引进的低NOx同轴燃烧系统（LNCFS），煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式喷燃器。24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈四角切向方式燃烧，切圆顺时针方向旋转。主风箱设有6层强化着火（EI）煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻两层煤粉燃烧器之间布置有1层辅助风喷嘴，辅助风其中包括上下两只预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）和1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有两层紧凑燃尽风（CCOFA）喷嘴，在主风箱下部设有1层火下风（UFA）喷嘴。在主风箱上部设置5层可水平摆动的分离燃尽风喷嘴（SOFA）。四角切向布置的摆动燃烧器，在热态运行中一、二次风喷嘴均可上下摆动。配置中速磨一次风正压直吹式制粉系统。A层煤粉火嘴布置等离子点火装置。锅炉共设有3层（AB、CD、EF）共12只油枪，单只油枪出力为2.3 t/h，分别布置在四角相邻两层煤粉火嘴之间的1只直吹风喷嘴内。

这起事故发生在机组极热态汽机高中压缸联合启动阶段，锅炉配套等离子的制粉系统故障，在投油启动过程中油枪投入数量较多，煤油配比差，油枪燃烧时烟气量少，尤其是最底层助燃用的AB层油枪主要对水冷壁辐射放热，作用于锅炉的负荷增加，主蒸汽压力升高。

锅炉极热态启动低负荷阶段，主燃烧器区域始终处于富氧燃烧状态，燃尽性较好，而分离燃尽风（SOFA）开度没有按照低负荷情况作出调整，依然保持较多层数和较大开度，炉膛出口消旋力量强，煤粉在炉内（水冷壁区域）停留时间过长，也造成锅炉负荷增加，主蒸汽压力升高。

化验入炉煤煤质，发现燃煤中水分灰分较设计煤种的含量低得较多。试验和分析证明：锅炉燃煤中水分灰分减小时，水分蒸发和灰分在炉膛内本身温度的升高所需热量减少，会使炉膛内温度升高，辐射传热量增加，“湿态运行”时锅炉负荷增加；同时锅炉燃煤中水份灰份减少，煤粉发热量相对增加，必然引起耗煤量相对减少，烟气容积减小，烟道内对流换热量减少，引起主再热蒸汽温度降低。

该锅炉地处海拔1 800 m的西北高原地区，大气压为84 kPa，考虑到氧浓度低，设计炉型偏高，造成火焰中心温度相对较低，间接加剧烟道内对流换热量的减少。

锅炉给水调整策略不当引起压力温度失去平衡。直流锅炉启动初期容易被启动系统增加的那部分启动流量蒙蔽，此阶段不能用锅炉总给水流量与总煤量作为换算关系，要根据相同电负荷的总煤量经验对比值，转换为总煤量与蒸发量的比例，然后通过蒸发量调整锅炉给水泵出口流量，与锅炉蒸发量大致相当。当锅炉给水泵出口流量较长时间小于锅炉蒸发量，会促进锅炉负荷增大，主蒸汽压力升高。

启动分离器左右侧液动阀放水没有起到调解作用。锅炉极热态启动水质已经完全合格，为了减少汽水损失，一般情况下分离器左右侧液动阀放水不会打开启动分离器进行放水。

在主汽压很高时进行冲转并网，并网初期主汽压很高的情况下即切除高压旁路，负荷运行快速上涨，主汽压很高的情况下投入高加运行，也会造成汽压汽温失控，在负荷不变的情况下投入高加，给水温度升高，为维持汽压要产生相同的蒸汽量，吸热就要减少，那么送入炉内的煤量必然要减少，由于煤量的减少，炉膛出口温度就会下降，过热蒸汽温度必然下降。

2 应对方法

根据锅炉负荷调整给水泵出力，通过启动分离器左右侧液动阀放水，牺牲锅炉经济性，以补“冷水”放“热水”的形式，用锅炉给水泵出口流量略高于锅炉负荷的方法，对锅炉负荷与烟道内对流换热量不匹配“问题”进行“校正”。部分遏制锅炉蒸发量，对锅炉负荷与烟道内对流换热量不匹配起到调解作用。避免因启动分离器，压力达到一定高数值时闭锁，打开左右侧液动调节阀，不能起到调解作用（见图1）。

锅炉极热态启动低负荷阶段，主燃烧器区域始终处于富氧燃烧状态，无法通过配风调整实现炉膛高度方向上的分级燃烧来改变火焰中心高度，可以通过煤粉喷嘴的摆动（范围±20°）使火焰中心上移，减小分离燃尽风（SOFA）层数和开度，缩小煤粉（或烟气）在炉内停留时间。

增加总风量，使炉膛中心温度降低，可降低锅炉蒸发量，同时可使烟气量增加，带入对流受热面的热量增加，从而有利于提高主再热蒸汽温度。

减少辅助风风量，意味着炉膛风箱差压增大，燃料风风量增大。燃料风速的增加，使得炉内实际切圆减小，煤粉燃烧滞后，火焰行程拉长，对流换热得到加强。

当燃煤中水分灰分较设计煤种的含量低得较多，且锅炉配套等离子的制粉系统故障时，宜选择启动中上层制粉系统进行锅炉启动点火，降低磨煤机出口温度，降低磨煤机加载油压增大煤粉细度，增大一次风压来滞后煤粉着火燃烧，增大单台磨煤机出力使火焰中心在一定程度上升高。通过降低供油压力减小油枪出力加大煤油配比。

按照机组极热态启动曲线选择冲转参数，选择锅炉主蒸汽压力较低时投入高加，当主汽温下降时暂停投入，机组并网后放缓切除旁路系统，都能够对此恶性运行工况有一定改善作用。

3 结语

锅炉启动时的故障较多，该文针对一种特殊工况进行分析，并结合实际处理成功的情况提出参考方法。总结分析有以下建议：一是论证锅炉助燃，大油枪进行技术改造改小出力，从而加大极热态启动阶段的煤油配比；二是对燃用煤种缺少与设计煤种偏差因素深入分析；三是为能规范实施，使解决方法能够成熟和推广，需对调整方法产生的负面因素进行评估。

参考文献

[1] 范从振.锅炉原理[M].中国电力出版社，2002.

[2] 杨振，庄恩如，曹子栋.600 MW超临界直流锅炉的燃烧调整试验[J].动力工程，2007（4）：502-506.

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