春國(guó)成

（大唐陜西府谷煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719400）

百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐及系統(tǒng)存在的問(wèn)題探討

春國(guó)成

（大唐陜西府谷煤電有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719400）

針對(duì)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組大容量、高參數(shù)的特點(diǎn)，總結(jié)了我國(guó)投運(yùn)的百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐及系統(tǒng)存在的設(shè)備方面，設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行方面的問(wèn)題，提出了預(yù)防措施并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期促進(jìn)我國(guó)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

百萬(wàn)級(jí)機(jī)組；鍋爐；爆管；空預(yù)器

0 概述

2006年11月，我國(guó)首臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組在華能玉環(huán)電廠投入商業(yè)運(yùn)行，華能玉環(huán)電廠的建設(shè)成為我國(guó)實(shí)施863課題——“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”的標(biāo)志。2007年11月，我國(guó)有6臺(tái)1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱“百萬(wàn)級(jí)機(jī)組”）投入了商業(yè)運(yùn)行，2014年12月，全國(guó)已投產(chǎn)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組共有70臺(tái)；據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015-03-20，我國(guó)已投產(chǎn)的百萬(wàn)級(jí)機(jī)組達(dá)到了73臺(tái)。

百萬(wàn)級(jí)機(jī)組的大量建設(shè)，為我國(guó)火電結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和技術(shù)升級(jí)起到了極為重要的作用。當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)投產(chǎn)的百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界鍋爐（以下簡(jiǎn)稱“百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐”）等裝置主要引用了日本日立公司、日本三菱公司以及德國(guó)ALSTOM公司的技術(shù)。但由于起步較晚、發(fā)展速度快，特別是百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐的壓力、溫度等級(jí)高，加之在制造、安裝和運(yùn)行方面存在的問(wèn)題，影響到機(jī)組正常運(yùn)行。

1 百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐及系統(tǒng)存在的問(wèn)題分析

1.1 設(shè)備方面

1．1．1 爐管堵塞

在超超臨界鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，因在制造和安裝階段遺留的異物堵塞而導(dǎo)致的過(guò)熱爆管是非常普遍的現(xiàn)象。這主要是超超臨界機(jī)組參數(shù)高、爐管尺寸小，對(duì)爐管積存的異物非常敏感。另外因節(jié)流孔的存在，使殘留的少量渣屑堵塞節(jié)流孔導(dǎo)致爆管發(fā)生的可能性增加。因此，應(yīng)加強(qiáng)鍋爐設(shè)備的制造、安裝和運(yùn)行操作水平，以達(dá)到減少鍋爐爆管的目的。

Π型鍋爐過(guò)熱器及再熱器垂直布置的爐型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也使鍋爐堵塞爆管的問(wèn)題非常突出。在管道沖洗、啟動(dòng)和初期低負(fù)荷運(yùn)行期間，少量的蒸汽不足以將氧化皮和積存的渣屑異物從垂直的管段中帶離出來(lái)。由于機(jī)組容量越大，過(guò)、再熱器的垂直高度越高，而管子中的氣流速度或沖走積存異物的氣流動(dòng)能卻變化不大，因此鍋爐容量愈大，因堵塞而爆管的隱患越大。

1．1．2 鍋爐汽水系統(tǒng)中鐵離子濃度高

鍋爐給水中溶解的氧化鐵是長(zhǎng)期影響水冷壁安全的問(wèn)題。給水中鐵離子含量高的主要原因是高壓水對(duì)氧化鐵的溶解度相對(duì)較大。在高加系統(tǒng)和給水系統(tǒng)溶解的部分氧化鐵，隨著給水溫度提高，在省煤器和水冷壁進(jìn)口部分析出沉積較多，出現(xiàn)節(jié)流孔氧化物沉積，導(dǎo)致個(gè)別管溫度超限的情況。

1．1．3 鍋爐吹灰系統(tǒng)故障頻發(fā)

百萬(wàn)級(jí)機(jī)組鍋爐吹灰系統(tǒng)的汽源一般取自高壓蒸汽（一般取自二級(jí)過(guò)熱器出口），從運(yùn)行情況看主要存在的問(wèn)題有：電動(dòng)隔離閥故障較多；調(diào)節(jié)閥由于前后壓差大，閥芯易被沖刷，故障率高；安全閥動(dòng)作時(shí)起座時(shí)間長(zhǎng)；減壓閥前后由于差壓接近30 MPa，吹灰時(shí)噪聲高。

1．1．4 空預(yù)器漏風(fēng)

空預(yù)器是鍋爐的樞紐設(shè)備。大型鍋爐普遍采用的回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，其漏風(fēng)率的大小，不但直接關(guān)系著鍋爐煙氣余熱的回收效率，也嚴(yán)重影響了鍋爐主要風(fēng)機(jī)（送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)及脫硫增壓風(fēng)機(jī)）的用電率。

1．1．5 電除塵器效率低

電除塵器作為我國(guó)工業(yè)除塵的主力設(shè)備，其高壓供電電源及控制技術(shù)自20世紀(jì)80年代初至今有了很大的發(fā)展，并隨著工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高。目前大部分早期投運(yùn)的電除塵器已出力不足、耗電量高、除塵效率較低，煙塵排放達(dá)不到2014-07-01起實(shí)施的GB13223—2011《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中允許煙塵濃度排放不大于30 mg/Nm3的要求。

1.2 設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行方面

1．2．1 存在的問(wèn)題

鍋爐在由濕態(tài)轉(zhuǎn)至干態(tài)運(yùn)行或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，很容易出現(xiàn)部分水冷壁管溫度超溫而頻繁爆管的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1．2．2 問(wèn)題產(chǎn)生的原因

（1） 鍋爐水冷壁設(shè)計(jì)不合理，節(jié)流孔圈直徑偏小，節(jié)流孔尺寸計(jì)算存在偏差，造成水流量分配不均，個(gè)別管因缺水導(dǎo)致管壁超溫爆管。這也是爆管的主要原因。

（2） 鍋爐水冷壁布置方式、燃燒器投入方式、順序和鍋爐燃燒方式不合理造成部分水冷壁管熱負(fù)荷偏高。

（3） 在制造、安裝過(guò)程中，焊接質(zhì)量不良，咬邊、氣孔、縮孔缺陷較多，也是鍋爐爆管的重要原因。

（4） 由于設(shè)計(jì)、安裝等因素的影響，產(chǎn)生了彈簧支吊架承載不合理，處于欠載或過(guò)載狀態(tài)；恒力吊架的位移指針頂死在極限位置；支吊架偏斜超標(biāo)；彈簧吊架的鎖定銷沒(méi)有拆除；支吊架配置不合理等現(xiàn)象，造成水冷壁管受力不合理。

1.3 原材料方面

由管子原材料缺陷導(dǎo)致的鍋爐四管泄漏比較多。這一方面是由于鋼管生產(chǎn)企業(yè)良莠不齊，企業(yè)加工能力及質(zhì)量管理意識(shí)差異較大，鍋爐制造企業(yè)原材料入口也存在一定問(wèn)題，導(dǎo)致進(jìn)入市場(chǎng)的管子原材料缺陷增多；另一方面，由于超超臨界機(jī)組蒸汽溫度和壓力參數(shù)高，使用材料的裂紋缺口敏感性較高。這對(duì)原材料的質(zhì)量提出了更高要求。

2 預(yù)防措施

2.1 設(shè)備方面

（1） 采用對(duì)流受熱面水平布置的塔式爐，即使制造、安裝過(guò)程中存有異物，或啟停工況下有氧化皮等異物脫落，也能夠通過(guò)汽流把異物帶離出來(lái)。

（2） 針對(duì)鍋爐汽水系統(tǒng)中鐵離子高濃度的問(wèn)題，可以通過(guò)加強(qiáng)化學(xué)水處理管理和采用規(guī)范加氧處理的運(yùn)行方式使鍋爐達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)。

（3） 對(duì)于鍋爐吹灰系統(tǒng)問(wèn)題，實(shí)踐證明，取再熱冷段作為吹灰汽源的方法是行之有效的。由于再熱蒸汽冷端壓力通常在5．5 MPa以下，改造后系統(tǒng)工作條件改善，以上問(wèn)題都可得到很好的解決。改造后系統(tǒng)管道閥門(mén)材質(zhì)、壓力等級(jí)降低，維護(hù)成本降低，設(shè)備可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性明顯提高，效果顯著。

（4） 空預(yù)器漏風(fēng)率大是困擾許多電廠提高經(jīng)濟(jì)性的難題?？梢詫?duì)空預(yù)器在冷端徑向、熱端軸向和旁路密封都實(shí)施全向柔性密封改造，使空預(yù)器漏風(fēng)率降至4 %以內(nèi)。采用常規(guī)的金屬絲刷式密封，同時(shí)采用彈性金屬軟片密封技術(shù)，將兩者有機(jī)結(jié)合，克服了2種密封方式單獨(dú)使用帶來(lái)的壽命短和間隙偏大的缺點(diǎn)。全向柔性密封技術(shù)能大幅度降低空預(yù)器的漏風(fēng)率，顯著提高其換熱效率，大幅度降低廠用電率。

（5） 通過(guò)實(shí)施除塵器高頻電源改造，可以有效降低除塵耗電率和煙塵排放濃度。高頻電源供給電場(chǎng)的是一系列的電流脈沖，可以提高煙塵的荷電效率、提高粉塵遷移速度，從而提高除塵效率，也使電除塵高頻電源的總功耗降低。

2.2 設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行方面

為防止水冷壁超溫爆管，可以采取優(yōu)化制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式；控制跟蹤受熱面金屬壁溫，調(diào)整燃燒方式、合理控制煤水比；加強(qiáng)節(jié)流孔圈檢查，取消相應(yīng)的超溫管子的節(jié)流孔圈，采用直管代替；全面對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行X光掃描，在水冷壁上加裝溫度測(cè)點(diǎn)，采用DCS系統(tǒng)并增加相關(guān)報(bào)警邏輯，提前發(fā)現(xiàn)水冷壁溫度偏高的現(xiàn)象；改造支吊架等措施，以減少水冷壁超溫次數(shù)。解決過(guò)熱器、再熱器、省煤器、水冷壁等的爆管問(wèn)題，最為直接的方法就是全面監(jiān)測(cè)鍋爐受熱面的管壁溫度，實(shí)時(shí)掌握受熱面的工況，嚴(yán)格控制再熱器、過(guò)熱器、省煤器、水冷壁管壁溫度在正常范圍內(nèi)，避免受熱面超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 原材料方面

原材料存在的缺陷問(wèn)題，在采購(gòu)合同中應(yīng)明確原材料質(zhì)量抽檢要求；加強(qiáng)駐廠監(jiān)造，嚴(yán)把原材料入口質(zhì)量關(guān)；加強(qiáng)安裝前的原材料質(zhì)量抽檢，使用磁粉或超聲波技術(shù)重點(diǎn)對(duì)焊口附近的管子母材進(jìn)行抽檢。

2.4 其他建議

（1） 百萬(wàn)級(jí)機(jī)組停爐后不建議通風(fēng)冷卻，一般可悶爐18 h后再開(kāi)擋板進(jìn)行通風(fēng)，冷卻時(shí)間也只是增加1天，不要因搶工期損壞設(shè)備。

（2） 排煙溫度高是普遍問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)空預(yù)器換熱面積要認(rèn)真核算，建議適當(dāng)增加空預(yù)器的設(shè)計(jì)換熱面積。

（3） 在工程設(shè)計(jì)建設(shè)階段均按裝設(shè)脫硝裝置考慮，在鍋爐尾部煙道上設(shè)計(jì)和預(yù)留脫硝裝置的安裝布置條件，部分煙道、鋼架等同時(shí)隨鍋爐設(shè)計(jì)供貨，為后續(xù)的煙氣脫硝工程改造提供便利條件，可節(jié)約改造投資，縮短改造工期。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組發(fā)展晚，經(jīng)驗(yàn)少，在設(shè)計(jì)、制造、安裝和投運(yùn)中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，為此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化管理以為我國(guó)百萬(wàn)級(jí)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。

1 魯忠科，連英才．680MW超超臨界直流鍋爐爆管預(yù)防與控制［J］．電力安全技術(shù)，2011，13（12）：12-15．

2015-07-03；

2016-04-11。

春國(guó)成（1973-），男，工程師，主要從事火力發(fā)電技術(shù)管理工作，email：chunqiu999@qq．com。