直流炉水煤比失调的主要原因分析及处理

张洪彦

摘 要：文章对直流炉的工作原理进行了介绍，同时结合内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（简称托电）五期2台直流炉的主要特点，对直流炉水煤比失调的主要原因进行分析。水煤比严重失调可能会导致锅炉受热面壁温超限、机组非停，甚至造成汽轮机安全事故。文章对每项可能引发水煤比失调的原因提出了针对性处理方法，以保障机组能够安全运行。

关键词：直流炉;水煤比;过热度;过热汽温

中图分类号：TK229.2 文献标识码：A

直流炉过热器蒸汽温度的平稳表征着锅炉的运行工况是否稳定，过热汽温的变化主要受锅炉燃烧及中间点温度变化的影响，而影响中间点温度的一个重要因素就是水煤比。简言之，水煤比是否适合，直接影响到锅炉运行工况的稳定。直流炉水煤比不是一个固定的值，其与锅炉燃料的发热量有着直接关系。以托电五期锅炉为例，五期直流炉为东方锅炉厂生产，设计主蒸汽1878t/h，主汽温度为605℃，再热蒸汽温度为623℃，中间点温度保护定值460℃。额定负荷时，锅炉设计煤种煤量为291t/h，水煤比一般在5.5～6.5之间，汽动给水泵、一次风机均为单列布置。正常运行中，在锅炉负荷及燃料品质稳定的情况下，大幅减小水煤比可能会引发水冷壁超温，甚至中间点温度高引发锅炉灭火;大幅提高水煤比会导致过热器汽温突降，严重时造成过热汽温10min下降50℃以上，威胁到汽轮机的安全运行[1]。

1 直流炉原理介绍

直流炉靠给水泵提供的循环动力压头，使机侧给水依次通过锅炉省煤器、水冷壁、过热器，并全部变为过热蒸气。水的加热、蒸发和水蒸气的过热都在受热面中连续进行，不需要在加热中途进行汽水分离。因此，直流炉蒸发区的循环倍率为1。直流炉在省煤器受热面、蒸发受热面和过热器受热面之间没有固定的分界点，随锅炉负荷变动而变动，故直流炉中间点温度不是一个定值，其随负荷及运行调整的变化而改变。随着电站锅炉容量的不断增大，直流锅炉已成为我国电站锅炉的主流发展方向。为了提高直流锅炉对负荷变化的适应能力，以适应电力市场的低负荷调峰需求，直流锅炉水冷壁下部为螺旋水冷壁，上部为垂直水冷壁，螺旋上升管圈对炉内热偏差的敏感性最小，管子间不存在两相流体分配问题，具有良好的低负荷运行特性。

2 水煤比失调主要原因

水煤比，在理想情况下，是由当前负荷下锅炉的给水量与燃煤量的比值计算而来。然而，由于锅炉的燃煤进入磨内制成煤粉，再送入炉膛燃烧存在一定的滞后性，所以在计算水煤比的热工逻辑中存在一定的修正。直流炉给水量和燃煤量的匹配与否，对汽温、汽压控制有较大地影响。正常情况下，水煤比在一定范围内，能够维持汽压和汽温的稳定，但是一旦出现给水系统或制粉系统等异常，将导致水煤比失调，超出协调自动调整范围。手动再干预不当，将会导致异常扩大。造成水煤比失调的主要影响因素分析如下。

2.1 对给水系统造成大幅扰动的主要因素

2.1.1 给水泵故障

在升降负荷时，小机MEH控制系统发生遥控切除、转速自动切除或低调阀卡涩等故障，如果处理不及时，将造成水煤比大幅波动。如果发生在升负荷时，将造成水煤比大幅降低，将引起过热汽温超限，严重时可能造成锅炉受热面壁温超限，中间点温度高引发非停事故;如果发生在降负荷时，将使过热汽度降低，汽温下降，严重时造成储水罐满水、蒸汽带水等事故。

2.1.2 高加投停

正常运行中高加退出，将导致锅炉给水温度大幅降低，在给水量不变的情况下，将造成锅炉水冷壁内介质吸热量增大，炉膛出口烟气温度降低，过热汽温降低。同时，高加抽汽退出后还会造成主汽压力升高，过热度进一步降低，水煤比失调，应及时进行干预调整;高加投运过程与退出过程相反。

2.1.3 高加泄漏

高压系统发生泄漏后，将导致高压给水从管道漏点进入高加汽側疏水，汽侧疏水通过高加正常疏水或事故疏水，排至除氧器或凝汽器内部。由于部分高压给水进入高加汽侧疏水，将导致省煤器入口给水流量降低，水煤比减小，在锅炉负荷稳定时，将造成中间点温度升高，过热汽温升高。若高加泄漏较大且发生在高负荷，将可能导致受热面壁温超限，中间点温度高，引起机组非停。

2.2 对制粉系统造成大幅扰动的主要因素

2.2.1 给煤机皮带打滑

机组正常运行中，发生给煤机皮带打滑事故，将导致锅炉实际给煤量远小于显示的煤量。若保持当前方式运行，看似水煤比不变，其实锅炉的燃料量与给水量已经出现了严重的失调。给水量远大于当前锅炉燃烧的热负荷需求量，造成过热度下降，过热汽温降低，严重时可能造成汽温10min下降50℃以上，威胁汽轮机的安全运行。

2.2.2 磨煤机堵粉

磨煤机发生堵粉时，将导致锅炉当前燃烧热负荷下降。在维持当前煤量与给水流量不变时，将造成锅炉实际燃烧热负荷与给水流量不匹配，引发过热度下降，过热汽温降低。同时，若磨煤机堵粉经过在线吹扫被吹通后，在维持当前煤量与给水流量不变时，将造成锅炉实际燃烧热负荷增强，引起过热度升高，过热汽温升高。

2.2.3 磨煤机跳闸

机组在协调方式下运行时，发生单台磨煤机保护动作跳闸，磨煤机风粉瞬间被阻断，同时其他磨煤机煤量将自动增大，给水量变化较小。因原煤燃烧有一定的滞后性，将导致短时锅炉热负荷降低，汽温降低。经过短时间后锅炉燃烧强度会再次增强，将会缓解汽温的下降趋势，甚至可能会导致汽温升高。具体要考虑单台磨煤机的最大出力，跳闸磨煤机为底层磨还是上层磨，燃煤发热量是优质煤还是劣质煤等因素，这些都需要结合具体实际情况进行考虑。

2.2.4 一次风机故障

一次风机能将所磨制的煤粉顺利携入炉膛并保持一定的刚性，如果一次风机发生动叶突关、连接机构脱落等导致一次分压突降的故障，将导致一次风机携粉能力下降，炉膛内风粉浓度降低，导致汽温、汽压降低。若运行人员干预较晚，维持当前总煤量和给水量不变，将会导致锅炉实际产生的热负荷与给水量之比严重失调，导致过热度下降，过热汽温大幅降低。

2.2.5 油枪投停

有些电厂投油枪时的燃油量未折算到总燃料中，这就导致在锅炉燃烧不稳投油助燃或者定期工作试投油枪时，尤其是多支油枪同时投入或撤出时，锅炉热负荷值会突增或突降。在保持当前煤量与给水流量不变的情况下，由于油枪投入、撤出对炉膛热负荷的影响，过热度及过热汽温也会发生相应变化。

3 水煤比失调后的处理

正常运行时，对给水系统加强监视，发现给水主控跳闸时，应立即稳定当前负荷，查明原因后投入。如果发生小机低调阀突开或突关，需立即降低机组负荷，同时启动电泵并入给水系统，缓慢关闭小机汽源供汽门，调整汽泵流量，尽量维持水煤比稳定，将故障汽泵退出系统，停运后进行检修。

运行中投运高加系统时，应根据规程要求缓慢开启各级抽汽电动门。同时，在投运过程中，根据中间点、主汽压力、过热汽温、壁温等参数，缓慢增加水煤比，根据经验值水煤比增加1。比如，高加退出前水煤比为5.5，则投运后大约为6.5左右;高加退出时，按反向进行控制。

高负荷时高加系统泄漏，将会导致中间点温度快速升高。此时应及时降低机组负荷，同时增加水煤比，注意防止超压、超负荷。如果汽泵出力已没有裕量，可以通过快速减煤、打磨等方式减少锅炉热负荷，维持水煤比稳定，避免机组因中间点温度高造成非停。

给煤机发生皮带打滑时，应快速降低故障给煤机煤量后停运，增加其余磨煤机出力，尽量维持当前负荷煤量。如果无法维持当前负荷煤量，应及时解除燃料主控，手动增加其余磨煤机出力至最大，保持锅炉燃烧强度与给水流量稳定，保持汽温稳定，注意防止其他磨煤机堵磨。

发生磨煤机堵磨或者一次风压故障，导致一次风压突降异常时，会使炉内实际燃用煤量偏低于显示煤量。此时不能依据正常运行时的水煤比情况进行调整，而需要依据过热度变化情况调整给水量。如果短时间一次风压无法恢复，需要及时降低机组负荷，关闭备用磨煤机一次风通风。如果风压仍无法恢复，则投入燃油增强燃烧，防止出现过热度长时间过低、汽温无法控制的情况。调整过程中，需要防止磨煤机突然吹通大量粉到炉膛中，导致超壓、超温的情况。

低负荷四台磨煤机运行时，出现任一磨煤机跳闸，立即将等离子磨拉弧（等离子磨正常运行的情况）投入。如果其他磨煤机火检模拟量出现大幅摆动，应将该磨煤机对应油枪投入运行。投油后注意及时调整给水，保持水煤比稳定，按每支油枪折算成3t煤量的经验值进行调整。同时，检查其他磨煤机的运行情况，防止煤量增大后造成堵磨。

4 结语

如果直流炉水煤比失调由给水泵组故障引起，应根据情况启动电泵，通过调整电泵出力、泵组再循环等手段调整给水量，尽量保持水煤比的稳定。如果水煤比大幅波动，引起汽温、汽压大幅波动，应密切注意锅炉受热面壁温及汽轮机振动、轴向位移、上下缸温等参数的变化，以免导致事故扩散。如果高负荷制粉系统发生给煤机皮带打滑、跳磨、堵磨等故障，应及时解除燃料主控。根据情况，也可将汽机主控解除，将协调切至基础方式。在处理过程中，应密切注意其他磨煤机出力情况，防止造成其他磨煤机堵磨、火检不稳跳闸等事故，防止事故扩散。

参考文献

[1] 大唐托克托发电公司五期集控运行规程.2018修订版[S].呼和浩特：大唐国际托克托发电公司，2018.