楊飛平，楊柱，唐真華

(1.四川華電珙縣發(fā)電有限公司，四川 宜賓 644502； 2.東方鍋爐股份有限公司，四川 自貢 643000)

1 設(shè)備概況

四川華電珙縣發(fā)電有限公司(以下簡稱珙縣發(fā)電公司)采用東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的DG-1950/25.4-Ⅱ 8型鍋爐，為超臨界參數(shù)、W形火焰燃燒、垂直管圈水冷壁變壓直流鍋爐，是典型的單爐膛露天島式布置、燃用無煙煤、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)P形鍋爐。鍋爐配有6臺雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，24個(gè)雙旋風(fēng)煤粉濃縮燃燒器，每臺磨煤機(jī)帶4個(gè)煤粉燃燒器。雙旋風(fēng)煤粉燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前后墻各12個(gè)。鍋爐二次風(fēng)主要從爐膛前后墻在高度方向上分層送入爐內(nèi)，各燃燒器的二次風(fēng)箱配風(fēng)均獨(dú)立可調(diào)，燃燒器之間并無相互擾動(dòng)，利于形成良好的分級燃燒和均勻的熱負(fù)荷分布。二次風(fēng)箱設(shè)有A，B，C，D，F(xiàn)擋板，其中風(fēng)箱擋板A，B，D為手動(dòng)型，日常運(yùn)行時(shí)不調(diào)節(jié)。風(fēng)箱擋板C，F(xiàn)為電動(dòng)型，可根據(jù)鍋爐負(fù)荷及燃燒情況進(jìn)行調(diào)節(jié)并控制分級配風(fēng)風(fēng)量。

2 水冷壁開裂原因分析

珙縣發(fā)電公司自2011年2月首臺W形火焰鍋爐投運(yùn)后，相繼發(fā)生了4次水冷壁拉裂、超溫爆管事故。經(jīng)多次組織專題討論和分析研究，認(rèn)為水冷壁開裂的主要原因如下。

(1)由于某些爐膛水冷壁部分區(qū)域輸入的熱負(fù)荷過高，導(dǎo)致水冷壁管子內(nèi)工質(zhì)超溫，從而使水冷壁管子及附近的扁鋼溫度過高，使鋼材的許用應(yīng)力大幅度下降。

(2)由于沿爐寬方向的煤粉輸入熱負(fù)荷不均勻，前墻水冷壁各管子之間溫度偏差較大，使管子間的溫度梯度差較大，從而使水冷壁上的熱應(yīng)力增加。

在水冷壁熱應(yīng)力大幅增加和鋼材許用應(yīng)力大幅下降的雙重作用下，水冷壁從最薄弱處開裂。從解決水冷壁汽溫超溫、降低水冷壁熱應(yīng)力這2個(gè)根本原因著手，以經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，解決水冷壁開裂可從鍋爐本體設(shè)備及運(yùn)行方法改進(jìn)2個(gè)方面制訂方案。

3 鍋爐本體設(shè)備改進(jìn)措施

3.1 增加水冷壁壁溫測點(diǎn)及壁溫報(bào)警值

根據(jù)珙縣發(fā)電公司實(shí)際運(yùn)行情況及對國內(nèi)其他超臨界W火焰鍋爐的調(diào)研情況，在鍋爐運(yùn)行過程中控制爐膛水冷壁的管壁不超溫并將沿寬度方向的汽溫偏差控制在合理范圍內(nèi)，是防止水冷壁開裂的最有效措施。因此，在運(yùn)行中密切監(jiān)視水冷壁壁溫，出現(xiàn)超溫或溫差過大時(shí)及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整顯得特別重要。珙縣發(fā)電公司每臺鍋爐水冷壁壁溫測點(diǎn)原設(shè)計(jì)為下爐膛88個(gè)，上爐膛55個(gè)，共143個(gè)。在改進(jìn)過程中增設(shè)了更多的測點(diǎn)：下爐膛增加266個(gè)，上爐膛增加232個(gè)，共增加測點(diǎn)498個(gè)。特別是加大沿爐寬方向壁溫測點(diǎn)的密度，以便更好地監(jiān)控水冷壁壁溫的變化情況。

3.2 在前墻水冷壁設(shè)熱應(yīng)力釋放縫

目前，珙縣發(fā)電公司#1，#2鍋爐出現(xiàn)水冷壁拉裂的區(qū)域有一定的規(guī)律性，即水冷壁扁鋼拉裂處均在前墻水冷壁，且位于靠近水冷壁中心線的一定距離內(nèi)。作者認(rèn)為，水冷壁拉裂區(qū)域位于熱負(fù)荷高、金屬溫度高、金屬許用應(yīng)力小的區(qū)域，且處于水冷壁溫度梯度大、熱應(yīng)力也大的重疊區(qū)內(nèi)，在2種因素的共同作用下，水冷壁從最薄弱處拉裂。在扁鋼厚度為6.4 mm，管子尺寸為?31.8 mm×7.0 mm的區(qū)域，水冷壁從最薄弱的扁鋼處拉開；在扁鋼厚度為9.0mm，管子尺寸為?31.8 mm×5.5 mm的區(qū)域，由于扁鋼厚度大于管子厚度，管子成為水冷壁最薄弱的地方，導(dǎo)致水冷壁管撕裂而泄漏。因此，在該區(qū)域(扁鋼δ=9.0 mm)增設(shè)應(yīng)力釋放縫，將扁鋼割開以釋放應(yīng)力，是防止水冷壁管因撕裂而泄漏最直接、最有效的措施之一。

3.3 增設(shè)衛(wèi)燃帶

盡管燃燒器沿鍋爐前后墻寬度方向是均勻設(shè)置和布置的，但由于每個(gè)燃燒器對應(yīng)磨煤機(jī)的投停順序不同，部分燃燒器投運(yùn)早、運(yùn)行時(shí)間長，勢必導(dǎo)致其對應(yīng)的水冷壁吸熱較多；另外，由于煤粉管道不同的阻力特性，即使同一臺磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器，其送入每個(gè)燃燒器的煤粉量也相差很大，導(dǎo)致送入粉量相對較多的燃燒器對應(yīng)的水冷壁吸熱較多。

在全面掌握鍋爐各種負(fù)荷下壁溫和燃燒情況的同時(shí)，針對鍋爐易出現(xiàn)高溫區(qū)域的部分前墻水冷壁管子，在上爐膛區(qū)域增設(shè)一定量的衛(wèi)燃帶，以減少該區(qū)域的吸熱量，降低該部分水冷壁管子出口的蒸汽溫度，從而降低整個(gè)水冷壁區(qū)域的最高溫度水平，減小水冷壁的溫度偏差，降低熱應(yīng)力。

3.4 防止空氣預(yù)熱器堵塞的綜合治理措施

珙縣發(fā)電公司#1鍋爐通過168 h試運(yùn)行且投入商業(yè)運(yùn)行5個(gè)月左右時(shí)，首次出現(xiàn)水冷壁開裂問題。作者發(fā)現(xiàn)前5個(gè)月燃燒器前的二次風(fēng)壓壓頭較高，當(dāng)后期發(fā)生水冷壁開裂時(shí)，燃燒器前二次風(fēng)的風(fēng)壓及燃盡風(fēng)(OFA)的風(fēng)壓明顯降低。燃燒調(diào)整表明，當(dāng)二次風(fēng)風(fēng)壓降低時(shí)，水冷壁的壁溫控制困難，風(fēng)壓越低，水冷壁的壁溫越容易超溫。特別是在鍋爐升降負(fù)荷時(shí)，二次風(fēng)壓的大小與水冷壁壁溫有很大關(guān)系：風(fēng)壓越高，水冷壁的壁溫波動(dòng)越??；風(fēng)壓越低，水冷壁的壁溫波動(dòng)越大且呈直線上升趨勢。

顯然，二次風(fēng)壓不夠，火焰下沖動(dòng)量不足，火焰過早上飄以及火焰刷墻，使上部爐膛吸熱量增加，更容易造成出口溫度偏差大。

風(fēng)壓不夠與空氣預(yù)熱器堵塞有很大關(guān)系，因此，應(yīng)首先考慮清理空氣預(yù)熱器的堵塞，徹底解決燃燒器二次風(fēng)風(fēng)箱風(fēng)壓過小的問題。

空氣預(yù)熱器堵塞主要體現(xiàn)在空氣預(yù)熱器冷端的堵塞上，解決該問題可從以下2個(gè)方面考慮：一是對已發(fā)生了堵塞的空氣預(yù)熱器進(jìn)行徹底清理，二是在后續(xù)的運(yùn)行過程中防止空氣預(yù)熱器堵塞。

對于徹底清理后的空氣預(yù)熱器，防止其再次堵塞顯得尤為重要，主要措施有大幅提高空氣預(yù)熱器吹灰頻率、吹灰蒸汽壓力、吹灰蒸汽溫度及空氣預(yù)熱器冷端綜合壁溫等。特別是在燒高硫煤時(shí)，空氣預(yù)熱器冷端綜合壁溫的控制更為重要。在鍋爐受熱面已完全確定的情況下，保證暖風(fēng)器的溫度在運(yùn)行過程達(dá)到需要的溫度是基礎(chǔ)(如果暖風(fēng)器受熱面過小，應(yīng)考慮進(jìn)行改造)。

另外，該工程取消了省煤器出口灰斗，飛灰全部通過空氣預(yù)熱器，這是空氣預(yù)熱器容易堵灰的原因之一。2012年7月大修時(shí)，在省煤器出口處設(shè)置了6根放灰管，以減少空氣預(yù)熱器的積灰量。

4 電廠運(yùn)行調(diào)整的改進(jìn)措施

結(jié)合超臨界W形火焰鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及珙縣發(fā)電公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為防止水冷壁開裂及部分管子超溫，減小水冷壁管屏間的熱偏差，運(yùn)行中可采取以下措施。

4.1 適當(dāng)降低主汽溫(10～15 ℃)運(yùn)行

目前已投運(yùn)的600 MW 超臨界W形火焰鍋爐，結(jié)合了低質(zhì)量流速垂直水冷壁、超臨界參數(shù)、W形火焰鍋爐的特點(diǎn)，其運(yùn)行調(diào)試難度較大。在投運(yùn)初期，設(shè)備還未調(diào)試到最佳狀態(tài)，運(yùn)行人員對新爐型的運(yùn)行特性還不夠熟悉，若運(yùn)行時(shí)水冷壁的壁溫長期難以控制在安全范圍內(nèi)，可考慮降低主汽溫10～15 ℃，待條件成熟后再逐漸提高至設(shè)計(jì)值。另外，在做快速減負(fù)荷(RB)、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)等試驗(yàn)前，在試驗(yàn)預(yù)案中要有預(yù)防水冷壁壁溫超溫的措施。

4.2 負(fù)荷變化時(shí)調(diào)整給水流量的前置信號

W形火焰鍋爐一般采用雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，該制粉系統(tǒng)滯后性較大，但超臨界直流鍋爐具有蓄熱少的特點(diǎn)，因此，煤水比在協(xié)調(diào)配合上有一定難度。在鍋爐升、降負(fù)荷時(shí)，特別容易引起燃燒率與給水的平衡失調(diào)，即水煤比失調(diào)，水煤比失調(diào)易引起包括水冷壁在內(nèi)的受熱面壁溫升高。因此，在鍋爐變負(fù)荷前，可適當(dāng)降低主汽溫，根據(jù)汽溫及水冷壁溫變化，及時(shí)調(diào)節(jié)給水量和燃料量(磨煤機(jī)容量風(fēng))。電廠若根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整負(fù)荷變化時(shí)的給水流量前置信號，可在一定程度上緩解燃料量調(diào)整不夠及時(shí)的問題。

4.3 控制好雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)的風(fēng)量

在磨煤機(jī)啟、停時(shí)，爐膛容易出現(xiàn)局部的熱負(fù)荷偏差，導(dǎo)致水冷壁超溫及熱偏差過大，在雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)啟動(dòng)初期，建議旁路風(fēng)開度設(shè)在20%左右，容量風(fēng)開度不超過5%，并控制容量風(fēng)門開啟速率。建議每次容量風(fēng)門開度變動(dòng)幅度不超過5%，并在風(fēng)門開度變化后停留一定時(shí)間，防止進(jìn)入爐膛的煤粉量突然大量增加。在關(guān)停磨煤機(jī)前，應(yīng)盡量將磨煤機(jī)內(nèi)煤粉吹空，避免下次啟動(dòng)時(shí)大量煤粉突然涌入爐內(nèi)對燃燒造成大的擾動(dòng)。

4.4 控制磨煤機(jī)停投順序，各工況盡量多投磨煤機(jī)

磨煤機(jī)的投運(yùn)原則是盡量投運(yùn)遠(yuǎn)離爐膛中部燃燒器對應(yīng)的磨煤機(jī)，以此來減少爐膛中部的熱負(fù)荷(超溫大都發(fā)生在爐膛中部區(qū)域)；在低負(fù)荷時(shí)，投運(yùn)磨煤機(jī)數(shù)量較少，可通過觀察水冷壁壁溫沿寬度方向位置高低變化，確定是否要投油槍來減少水冷壁的溫差。根據(jù)水冷壁壁溫沿寬度方向的曲線來確定投油槍的位置，均勻爐膛熱負(fù)荷。同時(shí)，根據(jù)煤質(zhì)條件調(diào)整單支油槍出力，而增加投運(yùn)油槍數(shù)量也是均勻爐膛熱負(fù)荷的一種選擇。負(fù)荷為300～450 MW 時(shí)，推薦采用4臺磨煤機(jī)運(yùn)行；負(fù)荷為450～500 MW 時(shí)，推薦采用5臺磨煤機(jī)運(yùn)行；負(fù)荷為500 MW 以上時(shí)，推薦采用6臺磨煤機(jī)運(yùn)行。磨煤機(jī)具體運(yùn)行數(shù)量與煤質(zhì)和磨煤機(jī)狀態(tài)有關(guān)。

4.5 避免同時(shí)調(diào)整多臺磨煤機(jī)

在同一時(shí)刻，要盡量避免對匹配同一臺鍋爐運(yùn)行的多臺磨煤機(jī)進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整。因?yàn)槎嗯_磨煤機(jī)同時(shí)調(diào)整，容易導(dǎo)致特定區(qū)域?qū)?yīng)水冷壁的輸入熱量因磨煤機(jī)粉量波動(dòng)而大大疊加煤粉的輸入，從而引起水冷壁熱負(fù)荷的大幅波動(dòng)。在穩(wěn)態(tài)下，磨煤機(jī)的出力偏差應(yīng)不大于5 t/h。

4.6 磨煤機(jī)各一次風(fēng)粉管應(yīng)進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平

爐內(nèi)熱負(fù)荷不均是造成水冷壁超溫、產(chǎn)生較大熱偏差的主要原因之一。

(1)對各磨煤機(jī)各一次風(fēng)粉管要進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平，同一臺磨煤機(jī)煤粉濃度差不應(yīng)超過±10%。

(2)對磨煤機(jī)內(nèi)部分離器、回粉管定期進(jìn)行檢查并清除異物，是保證煤粉細(xì)度與濃度均勻性的重要手段。

4.7 運(yùn)行中干濕轉(zhuǎn)換控制要高度重視

超臨界鍋爐的干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換是一個(gè)相對不穩(wěn)定的過程，是直流鍋爐啟、停過程中的一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換過程中，應(yīng)保證平穩(wěn)過渡，避免轉(zhuǎn)換反復(fù)交替而引起壁溫的大幅波動(dòng)。

4.8 保持適當(dāng)?shù)腻仩t風(fēng)箱風(fēng)壓

鍋爐在不同負(fù)荷下，保持適當(dāng)?shù)娘L(fēng)箱風(fēng)壓也是控制水冷壁壁溫的最重要條件之一(風(fēng)箱風(fēng)壓過低，火焰容易貼墻)。在實(shí)際運(yùn)行中，額定出力下風(fēng)箱風(fēng)壓不宜低于0.6 kPa，可通過各風(fēng)門的配合來進(jìn)行保證，但額定出力下F擋板的開度也不宜低于45%，開度過低爐渣中的可燃物含量會上升。

特別要注意的是，入爐煤質(zhì)含硫量高，其酸露點(diǎn)溫度也會較高，運(yùn)行中易造成空氣預(yù)熱器堵塞而使阻力增加，影響一次、二次風(fēng)的風(fēng)壓，影響火焰下沖動(dòng)量，造成過早上飄。在這種情況下，運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)空氣預(yù)熱器吹灰、提高暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，以保證空氣預(yù)熱器的冷端綜合溫度大于特定的數(shù)值。

4.9 保證鍋爐爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定

爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定是控制壁溫及熱偏差的基礎(chǔ)，若燃燒不穩(wěn)(如煤粉著火不好)，壁溫及熱偏差將很難控制。而一次風(fēng)溫、一次風(fēng)速、煤質(zhì)波動(dòng)、二次風(fēng)送入方式對燃燒穩(wěn)定性影響較大，應(yīng)注意控制。

4.10 防止鍋爐的局部缺風(fēng)

在運(yùn)行中，沿爐膛方向某一區(qū)域壁溫偏高，除了煤粉濃度過高的原因外，局部缺風(fēng)也是原因之一。此時(shí)可通過開大C，F(xiàn)電動(dòng)風(fēng)門補(bǔ)風(fēng)來降低壁溫，通常要求省煤器出口氧量偏差值不超過1.5%(絕對值)。某一區(qū)域風(fēng)量(氧量)過高或過低會降低該區(qū)域煤粉的著火與溫度水平，從而引起較大的溫度偏差，可通過單個(gè)燃燒器的看火管觀察煤粉的著火及燃燒情況，做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.11 燃燒器切停

在運(yùn)行中，若沿爐寬方向某一區(qū)域水冷壁的壁溫長期明顯偏高或經(jīng)常出現(xiàn)超溫，可切停對應(yīng)區(qū)域的燃燒器。

4.12 適當(dāng)降低減溫水流量

在保證對主汽溫有效調(diào)節(jié)的前提下(應(yīng)盡量通過燃燒調(diào)節(jié))，可采取適當(dāng)降低減溫水流量以減小過熱度的措施來降低水冷壁壁溫及熱偏差。例如，負(fù)荷在400 MW以上時(shí)，過熱度可在15～30 ℃之間進(jìn)行調(diào)整。

4.13 爐膛受熱面正常吹灰及停爐檢查

確保爐膛受熱面正常吹灰，停爐時(shí)檢查爐膛的結(jié)焦情況，若有焦塊遮擋、堵塞噴口或風(fēng)口，要進(jìn)行清理，避免風(fēng)量分配不均。

4.14 DCS畫面設(shè)置要方便運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)整

在布置分散控制系統(tǒng)(DCS)畫面時(shí)，建議將各受熱面(包括上、下部水冷壁)的壁溫最高點(diǎn)顯示在主要監(jiān)控畫面(如鍋爐汽水系統(tǒng)畫面)上。若有條件，還可做出壁溫沿寬度和深度方向的水冷壁壁溫值柱狀圖，便于運(yùn)行人員監(jiān)控。同時(shí)，對每一測點(diǎn)水冷壁壁溫對應(yīng)的燃燒器、磨煤機(jī)也應(yīng)一一標(biāo)出，以便及時(shí)掌握壁溫變化趨勢，方便磨煤機(jī)和燃燒器的調(diào)整。

5 結(jié)束語

通過采取以上措施，2012年3—7月，珙縣發(fā)電公司沒有再發(fā)生水冷壁開裂事故，水冷壁拉裂、超溫爆管事故得到了有效控制，保障了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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