張洪彥

摘 要：文章對直流爐的工作原理進(jìn)行了介紹，同時結(jié)合內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（簡稱托電）五期2臺直流爐的主要特點，對直流爐水煤比失調(diào)的主要原因進(jìn)行分析。水煤比嚴(yán)重失調(diào)可能會導(dǎo)致鍋爐受熱面壁溫超限、機組非停，甚至造成汽輪機安全事故。文章對每項可能引發(fā)水煤比失調(diào)的原因提出了針對性處理方法，以保障機組能夠安全運行。

關(guān)鍵詞：直流爐;水煤比;過熱度;過熱汽溫

中圖分類號：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

直流爐過熱器蒸汽溫度的平穩(wěn)表征著鍋爐的運行工況是否穩(wěn)定，過熱汽溫的變化主要受鍋爐燃燒及中間點溫度變化的影響，而影響中間點溫度的一個重要因素就是水煤比。簡言之，水煤比是否適合，直接影響到鍋爐運行工況的穩(wěn)定。直流爐水煤比不是一個固定的值，其與鍋爐燃料的發(fā)熱量有著直接關(guān)系。以托電五期鍋爐為例，五期直流爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)，設(shè)計主蒸汽1878t/h，主汽溫度為605℃，再熱蒸汽溫度為623℃，中間點溫度保護定值460℃。額定負(fù)荷時，鍋爐設(shè)計煤種煤量為291t/h，水煤比一般在5.5～6.5之間，汽動給水泵、一次風(fēng)機均為單列布置。正常運行中，在鍋爐負(fù)荷及燃料品質(zhì)穩(wěn)定的情況下，大幅減小水煤比可能會引發(fā)水冷壁超溫，甚至中間點溫度高引發(fā)鍋爐滅火;大幅提高水煤比會導(dǎo)致過熱器汽溫突降，嚴(yán)重時造成過熱汽溫10min下降50℃以上，威脅到汽輪機的安全運行[1]。

1 直流爐原理介紹

直流爐靠給水泵提供的循環(huán)動力壓頭，使機側(cè)給水依次通過鍋爐省煤器、水冷壁、過熱器，并全部變?yōu)檫^熱蒸氣。水的加熱、蒸發(fā)和水蒸氣的過熱都在受熱面中連續(xù)進(jìn)行，不需要在加熱中途進(jìn)行汽水分離。因此，直流爐蒸發(fā)區(qū)的循環(huán)倍率為1。直流爐在省煤器受熱面、蒸發(fā)受熱面和過熱器受熱面之間沒有固定的分界點，隨鍋爐負(fù)荷變動而變動，故直流爐中間點溫度不是一個定值，其隨負(fù)荷及運行調(diào)整的變化而改變。隨著電站鍋爐容量的不斷增大，直流鍋爐已成為我國電站鍋爐的主流發(fā)展方向。為了提高直流鍋爐對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力，以適應(yīng)電力市場的低負(fù)荷調(diào)峰需求，直流鍋爐水冷壁下部為螺旋水冷壁，上部為垂直水冷壁，螺旋上升管圈對爐內(nèi)熱偏差的敏感性最小，管子間不存在兩相流體分配問題，具有良好的低負(fù)荷運行特性。

2 水煤比失調(diào)主要原因

水煤比，在理想情況下，是由當(dāng)前負(fù)荷下鍋爐的給水量與燃煤量的比值計算而來。然而，由于鍋爐的燃煤進(jìn)入磨內(nèi)制成煤粉，再送入爐膛燃燒存在一定的滯后性，所以在計算水煤比的熱工邏輯中存在一定的修正。直流爐給水量和燃煤量的匹配與否，對汽溫、汽壓控制有較大地影響。正常情況下，水煤比在一定范圍內(nèi)，能夠維持汽壓和汽溫的穩(wěn)定，但是一旦出現(xiàn)給水系統(tǒng)或制粉系統(tǒng)等異常，將導(dǎo)致水煤比失調(diào)，超出協(xié)調(diào)自動調(diào)整范圍。手動再干預(yù)不當(dāng)，將會導(dǎo)致異常擴大。造成水煤比失調(diào)的主要影響因素分析如下。

2.1 對給水系統(tǒng)造成大幅擾動的主要因素

2.1.1 給水泵故障

在升降負(fù)荷時，小機MEH控制系統(tǒng)發(fā)生遙控切除、轉(zhuǎn)速自動切除或低調(diào)閥卡澀等故障，如果處理不及時，將造成水煤比大幅波動。如果發(fā)生在升負(fù)荷時，將造成水煤比大幅降低，將引起過熱汽溫超限，嚴(yán)重時可能造成鍋爐受熱面壁溫超限，中間點溫度高引發(fā)非停事故;如果發(fā)生在降負(fù)荷時，將使過熱汽度降低，汽溫下降，嚴(yán)重時造成儲水罐滿水、蒸汽帶水等事故。

2.1.2 高加投停

正常運行中高加退出，將導(dǎo)致鍋爐給水溫度大幅降低，在給水量不變的情況下，將造成鍋爐水冷壁內(nèi)介質(zhì)吸熱量增大，爐膛出口煙氣溫度降低，過熱汽溫降低。同時，高加抽汽退出后還會造成主汽壓力升高，過熱度進(jìn)一步降低，水煤比失調(diào)，應(yīng)及時進(jìn)行干預(yù)調(diào)整;高加投運過程與退出過程相反。

2.1.3 高加泄漏

高壓系統(tǒng)發(fā)生泄漏后，將導(dǎo)致高壓給水從管道漏點進(jìn)入高加汽側(cè)疏水，汽側(cè)疏水通過高加正常疏水或事故疏水，排至除氧器或凝汽器內(nèi)部。由于部分高壓給水進(jìn)入高加汽側(cè)疏水，將導(dǎo)致省煤器入口給水流量降低，水煤比減小，在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定時，將造成中間點溫度升高，過熱汽溫升高。若高加泄漏較大且發(fā)生在高負(fù)荷，將可能導(dǎo)致受熱面壁溫超限，中間點溫度高，引起機組非停。

2.2 對制粉系統(tǒng)造成大幅擾動的主要因素

2.2.1 給煤機皮帶打滑

機組正常運行中，發(fā)生給煤機皮帶打滑事故，將導(dǎo)致鍋爐實際給煤量遠(yuǎn)小于顯示的煤量。若保持當(dāng)前方式運行，看似水煤比不變，其實鍋爐的燃料量與給水量已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的失調(diào)。給水量遠(yuǎn)大于當(dāng)前鍋爐燃燒的熱負(fù)荷需求量，造成過熱度下降，過熱汽溫降低，嚴(yán)重時可能造成汽溫10min下降50℃以上，威脅汽輪機的安全運行。

2.2.2 磨煤機堵粉

磨煤機發(fā)生堵粉時，將導(dǎo)致鍋爐當(dāng)前燃燒熱負(fù)荷下降。在維持當(dāng)前煤量與給水流量不變時，將造成鍋爐實際燃燒熱負(fù)荷與給水流量不匹配，引發(fā)過熱度下降，過熱汽溫降低。同時，若磨煤機堵粉經(jīng)過在線吹掃被吹通后，在維持當(dāng)前煤量與給水流量不變時，將造成鍋爐實際燃燒熱負(fù)荷增強，引起過熱度升高，過熱汽溫升高。

2.2.3 磨煤機跳閘

機組在協(xié)調(diào)方式下運行時，發(fā)生單臺磨煤機保護動作跳閘，磨煤機風(fēng)粉瞬間被阻斷，同時其他磨煤機煤量將自動增大，給水量變化較小。因原煤燃燒有一定的滯后性，將導(dǎo)致短時鍋爐熱負(fù)荷降低，汽溫降低。經(jīng)過短時間后鍋爐燃燒強度會再次增強，將會緩解汽溫的下降趨勢，甚至可能會導(dǎo)致汽溫升高。具體要考慮單臺磨煤機的最大出力，跳閘磨煤機為底層磨還是上層磨，燃煤發(fā)熱量是優(yōu)質(zhì)煤還是劣質(zhì)煤等因素，這些都需要結(jié)合具體實際情況進(jìn)行考慮。

2.2.4 一次風(fēng)機故障

一次風(fēng)機能將所磨制的煤粉順利攜入爐膛并保持一定的剛性，如果一次風(fēng)機發(fā)生動葉突關(guān)、連接機構(gòu)脫落等導(dǎo)致一次分壓突降的故障，將導(dǎo)致一次風(fēng)機攜粉能力下降，爐膛內(nèi)風(fēng)粉濃度降低，導(dǎo)致汽溫、汽壓降低。若運行人員干預(yù)較晚，維持當(dāng)前總煤量和給水量不變，將會導(dǎo)致鍋爐實際產(chǎn)生的熱負(fù)荷與給水量之比嚴(yán)重失調(diào)，導(dǎo)致過熱度下降，過熱汽溫大幅降低。

2.2.5 油槍投停

有些電廠投油槍時的燃油量未折算到總?cè)剂现校@就導(dǎo)致在鍋爐燃燒不穩(wěn)投油助燃或者定期工作試投油槍時，尤其是多支油槍同時投入或撤出時，鍋爐熱負(fù)荷值會突增或突降。在保持當(dāng)前煤量與給水流量不變的情況下，由于油槍投入、撤出對爐膛熱負(fù)荷的影響，過熱度及過熱汽溫也會發(fā)生相應(yīng)變化。

3 水煤比失調(diào)后的處理

正常運行時，對給水系統(tǒng)加強監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)給水主控跳閘時，應(yīng)立即穩(wěn)定當(dāng)前負(fù)荷，查明原因后投入。如果發(fā)生小機低調(diào)閥突開或突關(guān)，需立即降低機組負(fù)荷，同時啟動電泵并入給水系統(tǒng)，緩慢關(guān)閉小機汽源供汽門，調(diào)整汽泵流量，盡量維持水煤比穩(wěn)定，將故障汽泵退出系統(tǒng)，停運后進(jìn)行檢修。

運行中投運高加系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)規(guī)程要求緩慢開啟各級抽汽電動門。同時，在投運過程中，根據(jù)中間點、主汽壓力、過熱汽溫、壁溫等參數(shù)，緩慢增加水煤比，根據(jù)經(jīng)驗值水煤比增加1。比如，高加退出前水煤比為5.5，則投運后大約為6.5左右;高加退出時，按反向進(jìn)行控制。

高負(fù)荷時高加系統(tǒng)泄漏，將會導(dǎo)致中間點溫度快速升高。此時應(yīng)及時降低機組負(fù)荷，同時增加水煤比，注意防止超壓、超負(fù)荷。如果汽泵出力已沒有裕量，可以通過快速減煤、打磨等方式減少鍋爐熱負(fù)荷，維持水煤比穩(wěn)定，避免機組因中間點溫度高造成非停。

給煤機發(fā)生皮帶打滑時，應(yīng)快速降低故障給煤機煤量后停運，增加其余磨煤機出力，盡量維持當(dāng)前負(fù)荷煤量。如果無法維持當(dāng)前負(fù)荷煤量，應(yīng)及時解除燃料主控，手動增加其余磨煤機出力至最大，保持鍋爐燃燒強度與給水流量穩(wěn)定，保持汽溫穩(wěn)定，注意防止其他磨煤機堵磨。

發(fā)生磨煤機堵磨或者一次風(fēng)壓故障，導(dǎo)致一次風(fēng)壓突降異常時，會使?fàn)t內(nèi)實際燃用煤量偏低于顯示煤量。此時不能依據(jù)正常運行時的水煤比情況進(jìn)行調(diào)整，而需要依據(jù)過熱度變化情況調(diào)整給水量。如果短時間一次風(fēng)壓無法恢復(fù)，需要及時降低機組負(fù)荷，關(guān)閉備用磨煤機一次風(fēng)通風(fēng)。如果風(fēng)壓仍無法恢復(fù)，則投入燃油增強燃燒，防止出現(xiàn)過熱度長時間過低、汽溫?zé)o法控制的情況。調(diào)整過程中，需要防止磨煤機突然吹通大量粉到爐膛中，導(dǎo)致超壓、超溫的情況。

低負(fù)荷四臺磨煤機運行時，出現(xiàn)任一磨煤機跳閘，立即將等離子磨拉弧（等離子磨正常運行的情況）投入。如果其他磨煤機火檢模擬量出現(xiàn)大幅擺動，應(yīng)將該磨煤機對應(yīng)油槍投入運行。投油后注意及時調(diào)整給水，保持水煤比穩(wěn)定，按每支油槍折算成3t煤量的經(jīng)驗值進(jìn)行調(diào)整。同時，檢查其他磨煤機的運行情況，防止煤量增大后造成堵磨。

4 結(jié)語

如果直流爐水煤比失調(diào)由給水泵組故障引起，應(yīng)根據(jù)情況啟動電泵，通過調(diào)整電泵出力、泵組再循環(huán)等手段調(diào)整給水量，盡量保持水煤比的穩(wěn)定。如果水煤比大幅波動，引起汽溫、汽壓大幅波動，應(yīng)密切注意鍋爐受熱面壁溫及汽輪機振動、軸向位移、上下缸溫等參數(shù)的變化，以免導(dǎo)致事故擴散。如果高負(fù)荷制粉系統(tǒng)發(fā)生給煤機皮帶打滑、跳磨、堵磨等故障，應(yīng)及時解除燃料主控。根據(jù)情況，也可將汽機主控解除，將協(xié)調(diào)切至基礎(chǔ)方式。在處理過程中，應(yīng)密切注意其他磨煤機出力情況，防止造成其他磨煤機堵磨、火檢不穩(wěn)跳閘等事故，防止事故擴散。

參考文獻(xiàn)

[1] 大唐托克托發(fā)電公司五期集控運行規(guī)程.2018修訂版[S].呼和浩特：大唐國際托克托發(fā)電公司，2018.