吳獻(xiàn)鋒,李德波,馮永新,周杰聯(lián),李建波
(1.廣東粵電博賀煤電有限公司,廣東 茂名 525000;2.廣東電科院能源技術(shù)有限責(zé)任公司,廣州 510060)
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,對(duì)火力發(fā)電安全、穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。如何保證電子鍋爐處于安全、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),減少人為原因?qū)е碌腻仩t停機(jī)事故,是所有火電廠技術(shù)人員面臨的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。鍋爐MFT(主燃料跳閘)事件是發(fā)電廠乃至電網(wǎng)安全運(yùn)行需要避免的重大問(wèn)題之一,對(duì)于造成MFT的各種原因,國(guó)內(nèi)研究者[1-5]開(kāi)展了大量的基于現(xiàn)場(chǎng)的分析,提出了很多完善措施,包括熱工控制邏輯、設(shè)備可靠性、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化措施等。李德波等[6-7]進(jìn)行了OPCC型旋流燃燒器燒損關(guān)鍵問(wèn)題分析,提出了關(guān)鍵的改造措施,為鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要的指導(dǎo)。隨著火電廠超低排放改造,李德波等[8-12]分析了三合一引風(fēng)機(jī)、高溫腐蝕等方面影響鍋爐安全運(yùn)行的原因,并在火電廠開(kāi)展工程應(yīng)用研究,提出了關(guān)鍵的運(yùn)行措施。國(guó)內(nèi)其他研究者[13-15]開(kāi)展了300 MW機(jī)組鍋爐再熱蒸汽溫度偏差大、鍋爐低氮改造后煤種適應(yīng)性等研究,取得了較好的工程應(yīng)用效果。
某發(fā)電廠 1 號(hào)機(jī)組 2017-01-12 T 13∶53∶26,鍋爐2臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)發(fā)喘振報(bào)警,爐膛負(fù)壓變正且大幅度上升,13∶53∶32,1號(hào)鍋爐爐膛壓力高延時(shí)3 s保護(hù)動(dòng)作,鍋爐MFT跳閘,輔機(jī)聯(lián)鎖正常動(dòng)作,1號(hào)機(jī)組跳機(jī)。以下系統(tǒng)分析了造成鍋爐MFT關(guān)鍵原因,提出了現(xiàn)場(chǎng)改造措施,為同類型火電機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供借鑒。
該發(fā)電廠共有4臺(tái)300 MW燃煤發(fā)電機(jī)組,鍋爐均為東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界壓力、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛、全懸吊露天布置、平衡通風(fēng)、燃燒系統(tǒng)四角布置、切圓燃燒、固態(tài)排渣燃煤汽包爐。其中Ⅰ期工程1與2號(hào)鍋爐型號(hào)為DG1025/18.2-Ⅱ(3)型,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)爐架,原設(shè)計(jì)煤種為50%無(wú)煙煤和50%貧煤的混煤,校核煤種Ⅰ為60%無(wú)煙煤和40%貧煤的混煤,校核煤種Ⅱ?yàn)?00%貧煤。Ⅱ期工程3與4號(hào)鍋爐型號(hào)為DG1025/18.2-Ⅱ(5)型,采用鋼結(jié)構(gòu)爐架,原設(shè)計(jì)煤種為晉東南無(wú)煙煤和貧煤各50%的混煤,校核煤種Ⅰ為100%無(wú)煙煤,校核煤種Ⅱ?yàn)?00%貧煤。因原燃用煤種的供應(yīng)問(wèn)題,該廠燃用煤種改為煙煤,自2010年,該廠開(kāi)始實(shí)施1—4號(hào)鍋爐改燒煙煤改造,對(duì)鍋爐及其有關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改造,同時(shí)對(duì)這4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行增容改造,鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量增至1 077 t/h,汽輪發(fā)電機(jī)組出力增至330 MW?,F(xiàn)有鍋爐的設(shè)計(jì)煤種及鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1、表2。
表1 鍋爐的設(shè)計(jì)煤種和校核煤種 %
2017年1月12日中午,1號(hào)機(jī)組負(fù)荷328 MW,鍋爐主、再熱器壓力分別為16.1 MPa,3.5 MPa,主、再熱蒸汽溫度分別為544℃,540℃。汽泵運(yùn)行,CCS(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))協(xié)調(diào)投入。引風(fēng)機(jī)A與B電流分別為391 A,394 A,動(dòng)葉開(kāi)度分別為82.3%,82.7%。
13∶53∶26,1號(hào)鍋爐 2臺(tái)引風(fēng)機(jī)同時(shí)發(fā)喘振報(bào)警,爐膛負(fù)壓變正且大幅度上升,13∶53∶32,1號(hào)鍋爐爐膛壓力高延時(shí)3 s保護(hù)動(dòng)作,鍋爐MFT跳閘,輔機(jī)聯(lián)鎖正常動(dòng)作,1號(hào)機(jī)組跳機(jī);13∶53∶43,2臺(tái)引風(fēng)機(jī)因喘振延時(shí)15 s跳閘。
14∶03,運(yùn)行重新啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)A與B,引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度均為29.3%時(shí),爐膛壓力上升至428 Pa左右,2臺(tái)引風(fēng)機(jī)再次同時(shí)發(fā)喘振報(bào)警并延時(shí)跳閘。因1號(hào)鍋爐2臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘原因不明,機(jī)組暫停啟動(dòng),待查明原因并處理好后再作安排啟動(dòng)。
14∶20左右,檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)脫硫MGGH(熱煤水氣氣換熱器)再熱器出口至煙囪入口隔離門的狀態(tài)與2號(hào)脫硫煙囪入口隔離門的狀態(tài)不一致,近似接近關(guān)閉狀態(tài),后打開(kāi)該隔離門。
16∶15左右,1號(hào)脫硫MGGH再熱器出口至煙囪入口隔離門打開(kāi)并固定,16∶40,1號(hào)鍋爐引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常,19∶58,1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷運(yùn)行。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)了解發(fā)現(xiàn),煙囪入口煙氣擋板門是將原來(lái)的旁路煙道擋板門移位安裝的,由于煙囪入口煙氣擋板門開(kāi)關(guān)信號(hào)沒(méi)有接入到DCS(分散控制系統(tǒng)),無(wú)法了解鍋爐MFT前后門開(kāi)、關(guān)的狀態(tài),為MFT事件分析帶來(lái)很大的技術(shù)困難。因此只能從鍋爐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)來(lái)分析造成MFT事件的原因。
表2 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)表
自1號(hào)機(jī)組大修后啟動(dòng)運(yùn)行以來(lái),引風(fēng)機(jī)電流和開(kāi)度存在明顯逐漸增大的趨勢(shì),見(jiàn)表3。
表3 引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流和開(kāi)度變化趨勢(shì)
1號(hào)機(jī)組跳機(jī)前引風(fēng)機(jī)同時(shí)喘振時(shí),爐膛負(fù)壓變正達(dá)到壓力保護(hù)動(dòng)作,引風(fēng)機(jī)入口喘振壓力均變正并達(dá)到1 000 Pa左右,說(shuō)明引風(fēng)機(jī)正常喘振動(dòng)作。
打開(kāi)煙道人口門檢查,發(fā)現(xiàn)煙囪入口煙氣擋板門處于略微打開(kāi)的狀態(tài),開(kāi)度小于全開(kāi)狀態(tài)的30%,如圖1所示。
圖1 煙囪入口煙氣擋板門的開(kāi)啟狀態(tài)
煙囪入口煙氣擋板門重新安裝后,此門也曾操作過(guò)2次,分別為煙道涂玻璃鱗片防腐施工時(shí)和吸收塔噴淋管施工時(shí),點(diǎn)火前確認(rèn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
通過(guò)分析圖1擋板門的狀態(tài),造成MFT事件的可能原因?yàn)椋簾焽枞肟跓煔鈸醢彘T處于近乎關(guān)閉的狀態(tài),從開(kāi)機(jī)到跳機(jī)的過(guò)程中,引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化。在滿負(fù)荷時(shí),由于煙囪入口煙氣擋板門的流動(dòng)阻力非常大,引風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)偏離T.B.(選型設(shè)計(jì)工況)點(diǎn)太多,進(jìn)入了風(fēng)機(jī)喘振區(qū)從而發(fā)生風(fēng)機(jī)喘振引起機(jī)組跳閘。由于煙囪入口門開(kāi)、關(guān)狀態(tài)沒(méi)有接入到DCS,無(wú)法準(zhǔn)確獲得機(jī)組運(yùn)行期間門的運(yùn)行狀態(tài),因此無(wú)法準(zhǔn)確得出機(jī)組運(yùn)行期間煙囪入口煙氣擋板門一直處于關(guān)閉狀態(tài);還有另外一種可能性是煙囪入口煙氣擋板門在機(jī)組運(yùn)行期間由于煙氣擾動(dòng)導(dǎo)致門逐漸關(guān)閉。
為進(jìn)一步分析造成鍋爐MFT發(fā)生的原因,下面從引風(fēng)機(jī)電流、凈煙氣壓力等方面進(jìn)行深入分析,判斷機(jī)組運(yùn)行期間煙囪入口煙氣擋板門是否一直處于關(guān)閉狀態(tài),這是分析鍋爐MFT的關(guān)鍵。
3.2.1 引風(fēng)機(jī)電流的情況
如果煙氣擋板門從開(kāi)機(jī)時(shí)就已經(jīng)是全開(kāi)的,由于煙氣的擾動(dòng)導(dǎo)致它瞬間關(guān)回來(lái)的假設(shè)是成立,那么在跳機(jī)前引風(fēng)機(jī)的電流與跳機(jī)后重新打開(kāi)擋板門后的電流應(yīng)該是相差不多的。通過(guò)分析機(jī)組運(yùn)行期間引風(fēng)機(jī)電流數(shù)據(jù),由生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)可知 2017-01-12 T 04∶22∶43 時(shí)負(fù)荷為 162 MW,引風(fēng)機(jī)電流A電流為200 A,引風(fēng)機(jī)電流B電流為199 A; 2017-01-13 T 03∶53∶40 時(shí)負(fù)荷為 162 MW,引風(fēng)機(jī)電流A電流為188 A,引風(fēng)機(jī)電流B電流為189 A。由此可知,重新開(kāi)機(jī)后的電流是下降的。這說(shuō)明煙氣擋板門不是全開(kāi)的,因?yàn)槿绻侨_(kāi)的,那么跳機(jī)前引風(fēng)機(jī)電流和跳機(jī)后重新打開(kāi)后引風(fēng)機(jī)電流應(yīng)該是一樣的,事實(shí)證明電流是不一樣的,說(shuō)明煙道阻力在跳機(jī)前和跳機(jī)后有差異,阻力的差異就來(lái)自于煙氣擋板門的阻力,從而證明跳機(jī)前煙氣擋板門不是全開(kāi)的。
如果煙氣擋板門從開(kāi)機(jī)時(shí)就已經(jīng)是全開(kāi)的,由于煙氣的擾動(dòng)導(dǎo)致它逐漸關(guān)閉的假設(shè)是成立,那么從開(kāi)機(jī)到跳機(jī)期間,同負(fù)荷段引風(fēng)機(jī)的電流是逐步上升的。
由生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)可知, 2017-01-09 T 3∶23∶46負(fù)荷為172 MW,引風(fēng)機(jī)電流A電流為200 A,引風(fēng)機(jī)電流 B 電流為 198 A; 2017-01-11 T 00∶00∶51時(shí)負(fù)荷為172 MW,引風(fēng)機(jī)電流A電流為194 A,引風(fēng)機(jī)電流B電流為195 A。顯然期間引風(fēng)機(jī)電流是基本穩(wěn)定的。這說(shuō)明煙氣擋板不可能在帶負(fù)荷期間,由于煙氣擾動(dòng)等因素導(dǎo)致?lián)醢彘T處于打開(kāi)狀態(tài)。
為了進(jìn)一步定量分析不同負(fù)荷段,跳機(jī)前后引風(fēng)機(jī)電流、原煙氣壓力和鍋爐負(fù)荷的變化,通過(guò)采集鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù),選取穩(wěn)定負(fù)荷段,進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理。在穩(wěn)定負(fù)荷段,對(duì)引風(fēng)機(jī)電流、原煙氣壓力和平均負(fù)荷進(jìn)行了時(shí)間平均,得到時(shí)間平均值,便于進(jìn)行對(duì)比分析。表4給出了定量分析的數(shù)據(jù)。
表4 不同負(fù)荷段參數(shù)對(duì)比表
從表4的數(shù)據(jù)可以得出如下的信息:
(1)通過(guò)選取1號(hào)鍋爐MFT前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(負(fù)荷段1和負(fù)荷段4),可以得出,當(dāng)煙囪位置擋板門全部打開(kāi)之后,引風(fēng)機(jī)電流下降明顯,下降了近38.0 A,原煙氣壓力下降了2 274.7 Pa。由于選取的負(fù)荷段都處于穩(wěn)定滿負(fù)荷階段,引風(fēng)機(jī)電流下降很多,說(shuō)明煙氣阻力下降,同時(shí)通過(guò)原煙氣壓力下降了近2 274 Pa進(jìn)一步說(shuō)明,造成鍋爐MFT的原因是煙囪位置處的擋板門沒(méi)有開(kāi)啟。
(2)通過(guò)選取1號(hào)鍋爐MFT前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(負(fù)荷段3和負(fù)荷段4),可以得出,當(dāng)煙囪位置擋板門全部打開(kāi)之后,引風(fēng)機(jī)電流下降明顯,下降了近80 A,原煙氣壓力下降了2 975.0 Pa。由于選取的負(fù)荷段都處于穩(wěn)定滿負(fù)荷階段,引風(fēng)機(jī)電流下降很多,說(shuō)明煙氣阻力下降,同時(shí)通過(guò)原煙氣壓力下降了近2 975 Pa進(jìn)一步說(shuō)明,造成鍋爐MFT的原因是煙囪位置處的擋板門沒(méi)有開(kāi)啟。
需要指出的負(fù)荷段1和負(fù)荷段3,在基本相同的負(fù)荷下,引風(fēng)機(jī)電流和原煙氣壓力有一定的差異,這個(gè)與鍋爐燃用煤種有關(guān),不同煤種導(dǎo)致煙氣量不同,引風(fēng)機(jī)的出力有差異。
3.2.2 凈煙氣壓力(煙囪入口前)
如果從開(kāi)機(jī)起煙囪入口煙氣擋板門一直處于近乎關(guān)閉的狀態(tài),那么從開(kāi)機(jī)到跳機(jī)的過(guò)程中,凈煙氣壓力一直處于偏高的狀態(tài),且比打開(kāi)煙囪入口煙氣擋板門后的凈煙氣壓力高。
從1月9日帶負(fù)荷之時(shí),凈煙氣壓力為600 Pa。1月12日跳機(jī)后開(kāi)機(jī)帶負(fù)荷時(shí)(由于人為將煙氣擋板門打開(kāi)并固定,使得一直處于打開(kāi)的狀態(tài)),凈煙氣壓力為-160 Pa。顯然1月4日開(kāi)機(jī)時(shí),煙囪入口煙氣擋板門是近乎關(guān)閉狀態(tài)的。通過(guò)上面分析可知,從開(kāi)機(jī)到跳機(jī),煙氣擋板門不會(huì)因?yàn)闊煔獾臄_動(dòng)而關(guān)回來(lái)的。煙囪入口煙氣擋板的開(kāi)度是關(guān)閉狀態(tài)的。
3.2.3 關(guān)于第2次鍋爐MFT原因分析
1月12號(hào)14∶03,重新啟動(dòng)引風(fēng)機(jī) A與 B,引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉開(kāi)度分別到29.3%,29.3%時(shí),爐膛壓力上升至428 Pa左右,2臺(tái)引風(fēng)機(jī)再次同時(shí)發(fā)喘振報(bào)警并延時(shí)跳閘。在發(fā)生第2次喘振時(shí),煙囪位置的擋板門沒(méi)有開(kāi)啟,因此這次機(jī)組啟動(dòng)實(shí)際上還是屬于煙道憋壓?jiǎn)?dòng)。從DCS數(shù)據(jù)得出,在第2次鍋爐啟動(dòng)時(shí),原煙氣壓力維持在6 438.2 Pa左右,爐膛負(fù)壓在100 Pa左右,第2次啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)時(shí)間與第1次MFT時(shí)間間隔非常短,僅僅只有6 min左右,由于煙道處于憋壓狀態(tài),在啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)時(shí),引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)處于失速區(qū)域,導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)再次喘振,鍋爐MFT。
分析第2次鍋爐MFT數(shù)據(jù)可以看出,在原煙氣壓力6 438.2 Pa左右情況下,再次啟動(dòng)引風(fēng)機(jī),本身風(fēng)險(xiǎn)非常大,正確的做法應(yīng)該是檢查DCS畫(huà)面上所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)回到正常狀態(tài),同時(shí)通知運(yùn)行人員檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況之后,再進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)。通過(guò)分析DCS數(shù)據(jù)可以得到,2017-01-12 T 14∶03∶54 原煙氣壓力為 6 438.2 Pa,14∶25∶27 原煙氣壓力為 193.917 Pa, 煙氣壓力降低了6 244.3 Pa,持續(xù)時(shí)間為22 min。需要指出的是,正常情況下煙道泄壓很快,持續(xù)了22 min泄壓到常壓狀態(tài),是由于煙囪位置的擋板門沒(méi)有全部打開(kāi)。14∶20,運(yùn)行人員打開(kāi)煙囪位置擋板門,5 min不到煙道壓力就泄壓到正常狀態(tài),進(jìn)一步證實(shí)了煙囪擋板門沒(méi)有打開(kāi)導(dǎo)致煙道憋壓現(xiàn)象發(fā)生。從數(shù)據(jù)可以看出,第2次鍋爐啟動(dòng)時(shí),煙道壓力還沒(méi)有下降到常壓狀態(tài),就急于啟動(dòng)引風(fēng)機(jī),才導(dǎo)致了引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)處于失速區(qū)域。因此充分說(shuō)明,鍋爐MFT之后,在下次啟動(dòng)時(shí),至少要等10 min以上,同時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)安全檢查工作,保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備處于正常狀態(tài),尤其是閥門狀態(tài)要核實(shí)清楚,才能下次啟動(dòng),避免由于煙道壓力沒(méi)有下降到常壓狀態(tài),或者煙道憋壓情況發(fā)生,導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)失速喘振,鍋爐MFT事件發(fā)生。
對(duì)某發(fā)電廠鍋爐MFT事件進(jìn)行了深入分析,本次事件最大的難點(diǎn)就在于煙囪入口煙氣擋板門開(kāi)、關(guān)狀態(tài)沒(méi)有接入到DCS系統(tǒng),為分析造成MFT事件的原因帶來(lái)很大技術(shù)困難。通過(guò)深入研究,得出如下的結(jié)論:
通過(guò)對(duì)引風(fēng)機(jī)電流、原煙氣壓力進(jìn)行定量對(duì)比分析得出,造成鍋爐MFT的主要原因是煙囪位置處的擋板門沒(méi)有打開(kāi),造成煙道憋壓,引風(fēng)機(jī)進(jìn)入失速區(qū),爐膛負(fù)壓變正且大幅度上升,鍋爐爐膛壓力高延時(shí)3 s保護(hù)動(dòng)作,鍋爐MFT跳閘,并給出以下建議:
(1)建議發(fā)電廠將煙囪位置擋板門的狀態(tài)接入到DCS,便于運(yùn)行人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)對(duì)于事故狀態(tài)下,也能夠進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。
(2)建議完善鍋爐MFT后機(jī)組啟動(dòng)的運(yùn)行規(guī)程:當(dāng)鍋爐發(fā)生MFT之后,下次啟動(dòng)時(shí)間間隔至少要在10 min以上,保證煙道能夠正常泄壓,同時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)安全檢查工作,保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常、閥門狀態(tài)正常。
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[14]章良利,李敏,趙敏,等.對(duì)沖燃燒鍋爐低氮燃燒器改造后煤種適應(yīng)性試驗(yàn)研究[J].浙江電力,2016,35(11)∶37-41.
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