張洪彥

摘 要：文章對(duì)直流爐的工作原理進(jìn)行了介紹，同時(shí)結(jié)合內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)托電）五期2臺(tái)直流爐的主要特點(diǎn)，對(duì)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(huì)導(dǎo)致鍋爐受熱面壁溫超限、機(jī)組非停，甚至造成汽輪機(jī)安全事故。文章對(duì)每項(xiàng)可能引發(fā)水煤比失調(diào)的原因提出了針對(duì)性處理方法，以保障機(jī)組能夠安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：直流爐;水煤比;過(guò)熱度;過(guò)熱汽溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

直流爐過(guò)熱器蒸汽溫度的平穩(wěn)表征著鍋爐的運(yùn)行工況是否穩(wěn)定，過(guò)熱汽溫的變化主要受鍋爐燃燒及中間點(diǎn)溫度變化的影響，而影響中間點(diǎn)溫度的一個(gè)重要因素就是水煤比。簡(jiǎn)言之，水煤比是否適合，直接影響到鍋爐運(yùn)行工況的穩(wěn)定。直流爐水煤比不是一個(gè)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(chǎng)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)主蒸汽1878t/h，主汽溫度為605℃，再熱蒸汽溫度為623℃，中間點(diǎn)溫度保護(hù)定值460℃。額定負(fù)荷時(shí)，鍋爐設(shè)計(jì)煤種煤量為291t/h，水煤比一般在5.5～6.5之間，汽動(dòng)給水泵、一次風(fēng)機(jī)均為單列布置。正常運(yùn)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(huì)引發(fā)水冷壁超溫，甚至中間點(diǎn)溫度高引發(fā)鍋爐滅火;大幅提高水煤比會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器汽溫突降，嚴(yán)重時(shí)造成過(guò)熱汽溫10min下降50℃以上，威脅到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行[1]。

1 直流爐原理介紹

直流爐靠給水泵提供的循環(huán)動(dòng)力壓頭，使機(jī)側(cè)給水依次通過(guò)鍋爐省煤器、水冷壁、過(guò)熱器，并全部變?yōu)檫^(guò)熱蒸氣。水的加熱、蒸發(fā)和水蒸氣的過(guò)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(guò)熱器受熱面之間沒(méi)有固定的分界點(diǎn)，隨鍋爐負(fù)荷變動(dòng)而變動(dòng)，故直流爐中間點(diǎn)溫度不是一個(gè)定值，其隨負(fù)荷及運(yùn)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(guó)電站鍋爐的主流發(fā)展方向。為了提高直流鍋爐對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)能力，以適應(yīng)電力市場(chǎng)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(duì)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(wèn)題，具有良好的低負(fù)荷運(yùn)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(jì)算而來(lái)。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(jì)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(duì)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(dòng)調(diào)整范圍。手動(dòng)再干預(yù)不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致異常擴(kuò)大。造成水煤比失調(diào)的主要影響因素分析如下。

2.1 對(duì)給水系統(tǒng)造成大幅擾動(dòng)的主要因素

2.1.1 給水泵故障

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

2.1.2 高加投停

正常運(yùn)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(guò)熱汽溫降低。同時(shí)，高加抽汽退出后還會(huì)造成主汽壓力升高，過(guò)熱度進(jìn)一步降低，水煤比失調(diào)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行干預(yù)調(diào)整;高加投運(yùn)過(guò)程與退出過(guò)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(diǎn)進(jìn)入高加汽側(cè)疏水，汽側(cè)疏水通過(guò)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(shí)，將造成中間點(diǎn)溫度升高，過(guò)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(diǎn)溫度高，引起機(jī)組非停。

2.2 對(duì)制粉系統(tǒng)造成大幅擾動(dòng)的主要因素

2.2.1 給煤機(jī)皮帶打滑

機(jī)組正常運(yùn)行中，發(fā)生給煤機(jī)皮帶打滑事故，將導(dǎo)致鍋爐實(shí)際給煤量遠(yuǎn)小于顯示的煤量。若保持當(dāng)前方式運(yùn)行，看似水煤比不變，其實(shí)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(guò)熱度下降，過(guò)熱汽溫降低，嚴(yán)重時(shí)可能造成汽溫10min下降50℃以上，威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

2.2.2 磨煤機(jī)堵粉

磨煤機(jī)發(fā)生堵粉時(shí)，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(shí)，將造成鍋爐實(shí)際燃燒熱負(fù)荷與給水流量不匹配，引發(fā)過(guò)熱度下降，過(guò)熱汽溫降低。同時(shí)，若磨煤機(jī)堵粉經(jīng)過(guò)在線(xiàn)吹掃被吹通后，在維持當(dāng)前煤量與給水流量不變時(shí)，將造成鍋爐實(shí)際燃燒熱負(fù)荷增強(qiáng)，引起過(guò)熱度升高，過(guò)熱汽溫升高。

2.2.3 磨煤機(jī)跳閘

機(jī)組在協(xié)調(diào)方式下運(yùn)行時(shí)，發(fā)生單臺(tái)磨煤機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳閘，磨煤機(jī)風(fēng)粉瞬間被阻斷，同時(shí)其他磨煤機(jī)煤量將自動(dòng)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(shí)鍋爐熱負(fù)荷降低，汽溫降低。經(jīng)過(guò)短時(shí)間后鍋爐燃燒強(qiáng)度會(huì)再次增強(qiáng)，將會(huì)緩解汽溫的下降趨勢(shì)，甚至可能會(huì)導(dǎo)致汽溫升高。具體要考慮單臺(tái)磨煤機(jī)的最大出力，跳閘磨煤機(jī)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(shí)際情況進(jìn)行考慮。

2.2.4 一次風(fēng)機(jī)故障

一次風(fēng)機(jī)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(jī)發(fā)生動(dòng)葉突關(guān)、連接機(jī)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(jī)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(yùn)行人員干預(yù)較晚，維持當(dāng)前總煤量和給水量不變，將會(huì)導(dǎo)致鍋爐實(shí)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(guò)熱度下降，過(guò)熱汽溫大幅降低。

2.2.5 油槍投停

有些電廠(chǎng)投油槍時(shí)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(shí)，尤其是多支油槍同時(shí)投入或撤出時(shí)，鍋爐熱負(fù)荷值會(huì)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(duì)爐膛熱負(fù)荷的影響，過(guò)熱度及過(guò)熱汽溫也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。

3 水煤比失調(diào)后的處理

正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)給水系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)給水主控跳閘時(shí)，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(jī)低調(diào)閥突開(kāi)或突關(guān)，需立即降低機(jī)組負(fù)荷，同時(shí)啟動(dòng)電泵并入給水系統(tǒng)，緩慢關(guān)閉小機(jī)汽源供汽門(mén)，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(yùn)后進(jìn)行檢修。

運(yùn)行中投運(yùn)高加系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)程要求緩慢開(kāi)啟各級(jí)抽汽電動(dòng)門(mén)。同時(shí)，在投運(yùn)過(guò)程中，根據(jù)中間點(diǎn)、主汽壓力、過(guò)熱汽溫、壁溫等參數(shù)，緩慢增加水煤比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值水煤比增加1。比如，高加退出前水煤比為5.5，則投運(yùn)后大約為6.5左右;高加退出時(shí)，按反向進(jìn)行控制。

高負(fù)荷時(shí)高加系統(tǒng)泄漏，將會(huì)導(dǎo)致中間點(diǎn)溫度快速升高。此時(shí)應(yīng)及時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷，同時(shí)增加水煤比，注意防止超壓、超負(fù)荷。如果汽泵出力已沒(méi)有裕量，可以通過(guò)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(jī)組因中間點(diǎn)溫度高造成非停。

給煤機(jī)發(fā)生皮帶打滑時(shí)，應(yīng)快速降低故障給煤機(jī)煤量后停運(yùn)，增加其余磨煤機(jī)出力，盡量維持當(dāng)前負(fù)荷煤量。如果無(wú)法維持當(dāng)前負(fù)荷煤量，應(yīng)及時(shí)解除燃料主控，手動(dòng)增加其余磨煤機(jī)出力至最大，保持鍋爐燃燒強(qiáng)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(jī)堵磨。

發(fā)生磨煤機(jī)堵磨或者一次風(fēng)壓故障，導(dǎo)致一次風(fēng)壓突降異常時(shí)，會(huì)使?fàn)t內(nèi)實(shí)際燃用煤量偏低于顯示煤量。此時(shí)不能依據(jù)正常運(yùn)行時(shí)的水煤比情況進(jìn)行調(diào)整，而需要依據(jù)過(guò)熱度變化情況調(diào)整給水量。如果短時(shí)間一次風(fēng)壓無(wú)法恢復(fù)，需要及時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷，關(guān)閉備用磨煤機(jī)一次風(fēng)通風(fēng)。如果風(fēng)壓仍無(wú)法恢復(fù)，則投入燃油增強(qiáng)燃燒，防止出現(xiàn)過(guò)熱度長(zhǎng)時(shí)間過(guò)低、汽溫?zé)o法控制的情況。調(diào)整過(guò)程中，需要防止磨煤機(jī)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(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)任一磨煤機(jī)跳閘，立即將等離子磨拉?。ǖ入x子磨正常運(yùn)行的情況）投入。如果其他磨煤機(jī)火檢模擬量出現(xiàn)大幅擺動(dòng)，應(yīng)將該磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)油槍投入運(yùn)行。投油后注意及時(shí)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(yàn)值進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，檢查其他磨煤機(jī)的運(yùn)行情況，防止煤量增大后造成堵磨。

4 結(jié)語(yǔ)

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(dòng)電泵，通過(guò)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(dòng)，引起汽溫、汽壓大幅波動(dòng)，應(yīng)密切注意鍋爐受熱面壁溫及汽輪機(jī)振動(dòng)、軸向位移、上下缸溫等參數(shù)的變化，以免導(dǎo)致事故擴(kuò)散。如果高負(fù)荷制粉系統(tǒng)發(fā)生給煤機(jī)皮帶打滑、跳磨、堵磨等故障，應(yīng)及時(shí)解除燃料主控。根據(jù)情況，也可將汽機(jī)主控解除，將協(xié)調(diào)切至基礎(chǔ)方式。在處理過(guò)程中，應(yīng)密切注意其他磨煤機(jī)出力情況，防止造成其他磨煤機(jī)堵磨、火檢不穩(wěn)跳閘等事故，防止事故擴(kuò)散。

參考文獻(xiàn)

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