電站鍋爐主輔機正常運行影響因素分析及處理

殷慶棟，王 強 ，曹 欣，楊曉東， 魏 剛

(1.河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

1 鍋爐主輔機運行現狀

鍋爐是電廠的三大主設備之一，鍋爐及其輔機的安全運行直接影響電廠的穩定性，而電廠的穩定性又與電網調度安全息息相關。近年來，隨著煤質的持續變差以及電網峰谷差變較大，鍋爐的日常運行情況日益惡化，結焦滅火、四管泄漏等現象頻繁發生，嚴重威脅電廠設備和電網的正常運行。

鍋爐及其輔機的正常運行是保證機組出力的前提，如果鍋爐及其輔機出現問題，機組往往是受阻嚴重或降出力運行，甚至非計劃停機，最終產生很多不利影響。其一，電網運行受到干擾，如果發生在夏季用電高峰時期，則可能導致部分地區限電、停電。其二，電廠經濟受到較大影響，不僅發電量減少，而且機組非計劃停機還會引發設備受損。所以，近年來，電網公司和電廠也尋求合作，實行節能調度與和諧調度，力爭避免這類事件發生，實現雙贏。以下從技術層面分析發生這類現象的原因，并找到預防和治理措施，為電廠和電網的運行提供技術依據。

2 原因分析

2.1 燃用煤種變化

近年來，隨著電力市場供求關系的變化，燃煤供應緊張，燃料來源混雜，燃用煤種偏離設計煤種，燃用煤種灰分大、硫分大、發熱量低且煤種混雜、不均勻，摻配困難，造成入爐煤質嚴重偏離設計煤質。燃用煤種嚴重偏離設計煤種，會導致鍋爐結焦、燃燒不穩、受阻嚴重、受熱面超溫、磨損嚴重、輔機單耗上升等，當煤種變化的程度超過鍋爐自身的“容忍”界限時，必須采用降低出力甚至停爐檢修，嚴重影響鍋爐的正常運行。所以，控制來煤品質是鍋爐優化調整的首要任務，也是鍋爐優化調整的基礎。

長時間偏離設計煤種運行還會對電廠設備造成極大的損害,主要危害如下：

a. 燃煤熱值降低，導致爐膛溫度降低、燃燒變弱、總燃料量增加，機組受阻嚴重，也會產生燃燒不穩的現象，機組抗擾動能力較差。

b. 燃煤揮發分升高，會導致噴燃器著火提前，鍋爐結焦加重。

c. 燃煤灰分過高，將導致燃煤熱值降低，對鍋爐制粉及排灰系統影響較大，鍋爐受熱面玷污嚴重，換熱能力變差，排煙溫度升高。

d. 燃煤水分高于設計值主要是容易造成堵煤、堵磨，影響燃燒穩定。

2.2 鍋爐結焦

鍋爐爐膛火焰中心溫度一般可達1 600 ℃[1]，燃料中的灰分大多呈熔化狀態，而四周水冷壁附近煙氣溫度較低，如果煙氣中攜帶的灰粒在接觸壁面時仍呈熔化或粘結狀態，則粘結在管壁上形成緊密的灰渣層，形成結焦。結焦的厚度通常是不均勻的，如果結焦情況嚴重，大的焦塊在水冷壁中脫落，引起爐內正常氣流的驟然變化，灼熱的焦塊跌落爐底冷灰斗水室會產生大量水蒸氣，水蒸氣上升，爐膛溫度急速降低，造成爐膛壓力突變，爐膛負壓保護動作引發MFT，最終導致鍋爐滅火。

據統計，2009-2011年，河北省南部電網(簡稱“河北南網”)火電機組共發生結焦滅火次數分別為36次、45次、29次，共計110次。所影響的機組有效運行時間分別高達93 h、70.2 h和107 h，結焦滅火后重新起機所用平均時間分別是2.66 h、1.63 h、3.97 h。

鍋爐掉焦滅火的危害如下：

a. 受熱面結焦會降低鍋爐受熱面傳熱效率、造成鍋爐排煙溫度升高，導致鍋爐效率降低。

b. 結焦嚴重時，機組往往受阻嚴重，運行人員通常只能降低出力來緩解結焦的影響，這就會極大的干擾電網的運行方式。

c. 鍋爐結焦、掉焦易引發水冷壁砸漏和底灰斗堵塞，導致鍋爐滅火，甚者造成人員傷害事故。有時為滿足電網負荷的需求，電廠強行起機然后又掉焦滅火，產生惡性循環，為電網穩定運行和電廠的經濟性帶來不可估量的影響。

2.3 四管泄漏

鍋爐承壓部件主要有“四管”和其它一些管段。“四管”泄漏是指鍋爐水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器產生的泄漏甚至爆破。鍋爐的四管泄漏是火電廠中常見性、多發性故障，是長期困擾火電廠安全生產的一大難題，其引發事故率高，通常需停爐處理，故對發供電和技術經濟指標影響很大。

據統計，2009-2011年，河北南網火電機組共發生四管泄漏事故78起，詳見表1。

表1 四管泄漏統計表

項目水冷壁泄漏省煤器泄漏過熱器泄露再熱器泄漏次數總計600～660 MW機組次數/次816621時間/h72739695-300～350 MW機組次數/次6216832時間/h998314774-200～220 MW機組次數/次1121822時間/h968612068-200 MW以下機組次數/次30003時間/h232000-

注：表中時間為總次數的平均時間，單位為小時

四管泄漏的危害如下：

a. 發生頻率高，且主要發生在30萬以上的主力機組。

b. 檢修時間長，機組四管泄漏后的搶修時間都在72 h以上，其中過熱器泄漏搶修的時間最長，平均121 h。四管泄漏嚴重影響機組穩定運行，機組發生泄漏后，為避免爆管現象發生，通常進行機組消缺或非計劃檢修，會嚴重干擾電網正常的運行方式。

2.4 低負荷穩燃

隨著用電量的逐年增加，用電峰谷差越來越大，大容量發電機組必須參與調峰，使得大型燃煤鍋爐穩燃問題日益突出。

目前河北南網各主力機組的最低穩燃負荷均為其額定容量的50%，電廠也借助科研單位進行過技術驗證，但大部分是在其設計煤種情況下進行。在實際運行中有2個制約性因素：如果煤質過差，機組的最低穩燃負荷往往達不到50%，極易造成低負荷燃燒不穩，鍋爐熄火；在供暖期間，由于熱電機組為保證供熱壓力，日常負荷通常維持在額定的70%左右，導致電網調峰壓力很大，這就需要大型純凝機組加強其調峰能力，最低負荷也往往低于50%，不利于機組運行，造成設備的使用壽命降低，影響電網的安全運行。

機組滅火會影響電網和電廠方面的正常運轉，并且也會帶來經濟上的損失。據統計300 MW機組在150 MW時滅火，按每次熄火損失電量400 MW、耗油40 t計算，直接經濟損失數40萬元以上。

3 處理措施

煤種變化、結焦滅火、四管泄漏、低負荷穩燃等多發性問題，如果處理不當會導致降負荷運行、停機、設備受損等負面后果。近年來，隨著科研和運行水平的提高，科研技術人員通過改變機組運行方式來解決這些問題。

3.1 煤種變化的處理措施

在現有的煤炭市場下，煤種煤質很難得到保證，只能從技術角度來優化燃燒，將其影響度降低，措施如下：

a. 熱值較低時，鍋爐運行氧量保持低限；火檢不穩及時投油助燃；控制磨組、鍋爐煤量在允許范圍內；控制降負荷速率及幅度。

b. 揮發分較高時，適當提高一次風比例；保持鍋爐運行氧量上限，富氧燃燒；執行機組輪流倒磨落焦。加強爐膛吹灰效果監督；揮發分較低，影響鍋爐著火時，適當降低一次風比例；保持鍋爐運行氧量適當或偏低；加強火檢監視，及時調整燃燒配風。排煙溫度相應升高，應加強吹灰，避免超溫。

c. 灰分較大時，控制煤量在允許范圍內；加強火檢監視，及時調整燃燒配風適當；監視粉煤灰系統排灰出力正常，防止灰位高影響電除塵運行。

d. 水分較大時，監視磨組干燥出力正常；加強火檢監視，及時調整燃燒，配風適當；防止煤濕，磨組堵管蓬煤導致燃燒不穩。

e. 及時和調度部門溝通，在煤質較差時，降出力運行，且盡量避免負荷波動過大引起機組滅火。

3.2 鍋爐滅火的處理措施

鍋爐掉焦滅火并非不可控制，只要在運行中仔細觀察燃燒情況，就能減輕結焦程度，將危害降到最低，主要措施如下：

a. 加強鍋爐入爐煤管理，燃料人員應優化煤種摻混，盡量使鍋爐燃燒接近其設計煤質的入爐煤，這是防止掉焦滅火的最直接的手段。

b. 運行人員應保持較高的空氣過量系數。爐內過量空氣系數過低易造成爐內氧量不足，使爐內出現還原性氣氛，熔點較高的Fe2O3變成熔點較低的FeO，從而使灰熔點降低較多，增加了結焦的可能性[2]。

c. 加強爐膛、過熱器吹灰裝置的日常維護，減輕各受熱面的粘污程度。根據實際來煤及受熱面的結焦情況，適當增加吹灰次數，保證受熱面的清潔度，從而減輕鍋爐結焦程度。

d. 電廠運行人員可仔細觀察機組運行情況，如發現負壓波動大、火檢信號不穩、局部溫度過高等前兆現象，可借助技術單位的力量及時初步判斷結焦程度和位置。然后及時和省調部門溝通，降低機組出力，適時解除AGC控制，避免負荷劇烈波動。

3.3 四管泄漏的處理措施

通過對四管泄漏進行研究分析，主要措施如下：

a. 鍋爐四管泄漏在線監測儀的應用[3]。此套儀器發現四管泄漏方面起著非常重要的作用，它是對鍋爐管道泄漏時產生的特殊的聲學信號進行監測。鍋爐管道在鍋爐內破裂時產生特殊的聲學信號并在爐膛內傳播，利用聲導管通過看火孔接收信號。

b. 加強運行管理。嚴格控制鍋爐參數和各受熱面壁溫，防止超溫、超壓、滿水、缺水等故障發生。鍋爐啟停階段參數的控制應嚴格按照啟停曲線進行，鍋爐變工況運行時應加強對水冷壁、過熱器、再熱器等受熱面壁溫及工質溫度的監視和調整，防止發生參數大幅度變化及管壁發生超溫現象。

c. 做好煤樣化驗分析。確定煤粉細度和磨煤機電耗的最佳工況，保證煤質穩定，給煤量均勻，減少機械不完全燃燒損失，防止爐膛尾部煙道超溫，降低飛灰損失。

3.4 低負荷穩燃的處理措施

隨著大容量鍋爐越來越多的參與深度調峰，在低負荷時鍋爐的穩燃也成為一個技術熱點。只要和上級部門充分溝通，并且優化負荷調整過程，穩燃問題就可大大緩解，主要預防措施如下：

a. 在調度部門允許情況下，根據全網總負荷，低負荷時段運行優先選擇汽包鍋爐。根據經驗，直流爐負荷率低于80%時，煤耗較高；而汽包鍋爐由于其蓄熱能力強，調峰時優先汽包鍋爐將更有利于節能降耗。

b. 在從高負荷向低負荷調整的過程中，應先降低主蒸汽壓力，然后隨壓力下降緩慢減負荷，直至減到目標值，而不能先將負荷減至目標值后再降主蒸汽壓力，如果先減負荷再降低主蒸汽壓力，必須使爐膛燃燒強度低于相應負荷的燃燒強度，然后使主蒸汽壓力降下來[4]。

c. 密切管制制粉系統的運行。低負荷運行需要停磨時，原則上應停用最上層磨；如果因故障需停用最下層磨時，應將停用的給煤量移至相鄰的上一層，再向另一層增加，以滿足最底層運行磨煤量最大的調節原則。

4 結束語

鍋爐系統復雜，受制約因素較多，一旦出現故障，就會影響正常供電，而煤種影響、鍋爐結焦、四管泄漏、低負荷穩燃則是影響鍋爐主輔機正常運行的最常見問題，針對這些問題，給出了具體的防范措施，為電廠運行提供了技術依據。但需探索的方面還比較多，還需要電網、電廠和科研機構加大研究力量，通力合作，經驗共享。

參考文獻：

[1] 吳 彥.鍋爐結焦的原因及對策[J].華北電力技術，2006(增刊)：32-35，40.

[2] 胡志宏，郝衛東，劉恩生，等.超超臨界1 000 MW機組鍋爐結焦原因分析及對策[J].熱力發電，2009，38(3)：66-68.

[3] 鐵 勇，羿世權，王志國.鍋爐四管泄漏在線監測系統的應用[J].吉林電力技術，1998，26(5)：49-50.

[4] 秦學明，張傳斌，任平杰，等.鍋爐低負荷穩定燃燒減少熄火的對策[J].電力科學與工程，2009，25(9)：72-73，75.