吹灰导致锅炉MFT事故分析

刘亿鑫，宝音太

(1.华电内蒙古能源有限公司，呼和浩特 010020; 2.华电包头发电有限公司,包头 014000)

0 引 言

由于市场经济因素，我国大部分火电机组都长期处于低负荷运行，并且随着煤炭价格的上涨，燃煤锅炉成本增加，各个电厂不同程度掺烧各种劣质煤，其灰熔点低、灰分高，导致锅炉结焦积灰严重。

锅炉在高负荷时，结焦积灰速度加快[1]，而锅炉中洁净的受热面表面传热系数一般为46.5～58.1 W/(m2·K)，发生结焦积灰后，其表面传热系数迅速下降至0.058～0.116 W/(m2·K)，锅炉积灰严重时，可导致空气预热器出口的排烟温度升高15～20 ℃[2]，锅炉效率明显下降。当水冷壁积灰结焦严重时，易引起再热器超温，导致事故喷水频繁投入，造成较高品质的蒸汽浪费，同时增加了烟气中水分的含量，加剧了尾部烟道的腐蚀。受热面污染使得热负荷不均匀，容易造成爆管，当漏点蒸汽方向直吹向两侧管束时，高温高压蒸汽对相邻管束冲刷严重，致使周围管束相继发生爆管，泄露面积增大，形成恶性循环。换热面上的焦块积灰容易堵塞烟道，增加风阻，使得通风电耗增加，吹灰时掉落的焦块易引起锅炉压力波动，严重时可致锅炉MFT。

在烟气中，由于气流脉动的影响，细小的飞灰粒子容易和气流一起脉动，导致灰粒穿越气流的边界层，在受热表面附着，从而形成积灰。管子背面有涡流区，细小的颗粒在涡流作用下扩散，出现沉积[3]。文献[4]通过建立飞灰颗粒沉积与碱蒸气冷凝相耦合的模型，研究发现烟气速度通过影响飞灰颗粒的碰撞效率对沉积产生影响；炉温通过影响飞灰颗粒的黏附效率对沉积产生影响。周磊[5]在研究中发现，高温烟气段，细小灰粒在受热面黏附形成初始灰层，并不断黏结飞灰颗粒，在高温条件下形成致密的黏结性积灰；中低温烟气段，烟气中的飞灰颗粒低于灰熔点，灰粒之间不易发生粘连，从而在受热面上形成疏松的积灰层；而当烟气或受热面壁温达到酸露点时，由于硫酸蒸汽在管壁发生凝结，促使灰粒在受热面形成低温黏结灰。焦块主要由NaCl、MgO、CaSO4、CaCO3和SiO2组成，如图1所示，积灰物相分析。

因此，燃煤锅炉受热面的污染，严重影响燃煤机组的经济性与安全性。本文通过真实案例分析，为燃煤锅炉的运行优化给予了指导意见。

1 设备概况

某电厂燃煤锅炉为DG1932.7/25.4-II8型超临界参数、W型火焰燃烧、垂直管圈水冷壁变压直流锅炉、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型锅炉。锅炉炉膛负压共3个测点，位于炉膛上部，标高60米，布置在A侧墙、B侧墙、前墙水平中部，对应炉膛压力低低低1、炉膛压力低低低2、炉膛压力低低低3压力开关，三取二延时3S后MFT保护动作。锅炉火焰电视监视口位于燃烧器平台上方，标高约32米，安装在炉膛四角。锅炉火焰检测探头位于燃烧器平台，标高约30米，在炉膛拱下。

2 事故过程

2018年2月3日4∶50，机组负荷从570 MW 降至360 MW。11∶50，机组负荷365MW，A、B侧引风机、送风机、一次风机及A、B、D、F磨煤机行。12∶05，开始进行炉膛吹灰，12∶28炉膛负压由-50 Pa突然上涨至500Pa后降至-500 Pa，显示锅炉有较大垮灰现象，立即停止吹灰并投A2油枪稳燃，燃烧稳定后停运A2油枪。12∶50恢复吹灰，在炉膛出口折焰角上方A侧长吹灰器(L07)吹灰时，13∶24：07发现火焰电视变暗，炉膛负压在+70 Pa至-100 Pa之间波动且有增大趋势，立即投入A2油枪稳燃，并进行吹灰器退出烟道的操作，操作过程中锅炉MFT动作跳机。组织对机组进行全面检查，确认无异常后，14∶45 锅炉重新点火，17∶55机组重新并网。

3 原因分析

炉膛内受热面大量结焦积灰，吹灰时导致发生垮灰现象，造成炉膛上部灭火，烟气量急剧减少，导致炉膛压力低低低保护动作，锅炉MFT，是机组跳闸的直接原因。SOE记录显示首出原因为锅炉MFT“炉膛压力低低低”保护动作，结合当时正在进行炉膛出口折焰角上方A侧长吹灰器吹灰，分析事件过程为：进行折焰角吹灰时，发生了大量垮灰现象，造成A侧上部灭火，烟气量急剧减少，造成炉膛压力急剧上升，炉膛压力低低低1(A 侧压力开关)、低低低3(前墙压力开关)动作，满足炉膛压力低低低动作负压条件，延时3S 后触发MFT，机组跳闸。MFT动作前发现火焰电视变暗系垮灰后影响电视采光；火焰检测充满度未见异常，这是因为火焰检测器只能检测燃烧器区域着火、燃烧情况，因为被炉拱遮蔽，炉膛上部火焰燃烧情况未能识别到。分析得出锅炉MFT动作是原因垮灰导致炉膛负压低，并不是燃烧器区域着火、燃烧不良，在大垮灰后投运油枪只能加强燃烧器区域着火、燃烧，并不能改变炉膛上部负压低的状况，成功投运油枪也无法避免本次事故的发生。

同时，炉膛出口折焰角斜坡及水平烟道极易产生积灰，近期机组长期高负荷运行使炉膛出口积灰更加严重，为此次事故埋下隐患。燃烧劣质煤种，热值降低、灰分增加致使积灰加快、加剧。运行人员在12∶28发生吹灰过程中垮灰导致炉膛负压波动后，未做好防止垮灰造成锅炉MFT 动作的预案仍继续进行吹灰工作，导致吹灰过程中再次大量垮灰。

4 防范措施

将锅炉吹灰纳入日常定期工作，根据机组负荷、锅炉结焦、积灰程度，可有选择的进行分区域的吹灰。停炉前应对锅炉受热面进行全面吹灰一次。投吹灰时运行人员必须按时在ERP和记录本上，做好记录，如：通知吹灰班时间、人员姓名、投运开始时间、结束时间、投运吹灰器台数及不能投运原因、设备故障原因等。吹灰记录本上当班机组长、值长签字，本班吹灰结束吹灰班人员签字。因特殊原因不能按时按规定进行吹灰时，待吹灰投运条件具备时应增加吹灰频次。锅炉投运长吹和短吹时，应先通知吹灰班，运行人员在集控DCS画面监控吹灰器运行状态，由吹灰班人员在吹灰控制室和就地进行全过程监控。运行人员投运吹灰时，原则上一次性吹完，除特殊情况下不允许中间断断续续，间歇性吹扫，特别是炉膛短吹，正常情况下绝对不允许无任何原因“中断”位置停留，如“中断”超过5分钟，必须复位。然后跳步重新投运。

正常情况下，锅炉炉膛短吹灰器每天保证全面吹灰2次。吹灰时间：每天上午班和前夜班执行。如果机组500 MW以上大负荷连续运行，执行每班投运炉膛短吹一次。 正常运行工况下，锅炉本体长吹按定期工作要求，每天全面吹灰一次。炉长吹：按下列规定依次进行吹扫：省煤器6台长吹下午全面吹扫一次，省煤器6台声波吹灰器连续投运。如果脱硝入口烟气温度高，汇报专业改变省煤器吹灰方式。末级再热器和末级过热器的8只声波吹灰器连续投运。空预吹灰在炉长吹、炉短吹前后必须进行。锅炉投油或等离子运行时连续吹灰。脱硝吹灰器投运要求：脱硝耙式蒸汽吹灰器每周投运2次，每周二、周五上午班投运一次；脱硝声波吹灰器连续运行。

锅炉运行时，应按上述规定定期对受热面进行吹灰。发现吹灰器报警时，应及时通知吹灰维护人员到就地检查吹灰器运行状态，发现异常及时处理。锅炉短吹投运过程中，不允许长时间在“中停”状态，防止吹灰系统设备长期处于工作状态。吹灰中断时，应及时通知吹灰维护人员到就地检查相关吹灰器，确认无异常或异常消除后，才能继续吹灰。吹灰结束后，通知吹灰班人员就地检查吹灰器是否正常退出。否则就地手动将吹灰器手动摇至退出位置，吹灰器退出之前不能中断蒸汽，防止吹灰枪被烧坏。锅炉运行时，严禁吹灰器在无蒸汽情况下伸入炉内。发生吹灰器卡涩时，吹灰器在炉内无法退出时，应关闭吹灰器汽源，防止吹损受热面，由检修人员继续处理。同时将该吹灰器跳步，保证其它吹灰器的正常投运。吹灰器在吹扫结束退出运行后或停运期间，吹灰班维护人员应检查确认吹灰器阀门关闭严密，否则应立即处理。事故情况下应停止吹灰，锅炉低负荷、打焦、燃烧不稳时严禁吹灰。吹灰时禁止打开锅炉各检查孔、人孔门。当MFT时，吹灰程序会自动中断，退出所有吹灰器并切断汽源，通知吹灰班人员检查吹灰器退出情况。吹灰器投运过程中，运行、吹灰班值班员必须密切监视吹灰压力运行是否正常。

5 不同吹灰技术的对比

目前，国内外常见的商用吹灰技术有，蒸汽吹灰、水力吹灰、燃气吹灰、声波吹灰、气体激波吹灰。蒸汽吹灰是利用高温高压的蒸汽冲扫换热面，使焦块脱落；水力吹灰是利用带有一定压力的水，利用温度突变使焦块龟裂脱落；燃气吹灰使用易燃气体的爆燃效果，使得受热面表面附着的焦块被先压后拉，从而掉落；声波吹灰使用压缩气体或者高压蒸汽驱动声波发生器，产生低频高强度的声波使焦块脱落；气体激波吹灰使用一定压力的气体在特殊结构的激波发生器中瞬间释放，产生持续时间大于100 ms、强度为2～5马赫的激波，通过冲击管喷口作用于受热面，激波自喷口射出后，在空间内作球面扩散，扩散后的激波在被吹受热面发生反射和折射，并通过折射层导入，激波的压力脉冲波在对积灰进行压拉的同时产生一定等级的声波，最终积灰在激波和声波的共同作用下破碎并与受热面分离，被烟气带走[7]。对于不同的受热面，根据实际情况选用不同的吹灰器。

表1 各种吹灰器的优缺点对比

6 结束语

通过对本次吹灰导致的锅炉MFT事故整个过程的系统性分析，提出了相应的防范措施和相关建议。一方面防止因锅炉受热面积灰结焦严重而导致限负荷甚至非停事故的发生，为燃煤机组安全经济运行提供了保障；另一方面为燃煤锅炉的优化运行提供了宝贵的经验。为火电厂的运营者，做好事故预想、加强技术管理、落实防范措施提供了参考。