循環流化床鍋爐BT對汽輪發電機組運行的探討

摘 要：循環流化床鍋爐（CFB）因本體自身或輔機系統出現故障，導致鍋爐BT（Boiler Trip），即停爐不停機，對整臺機組的運行產生較大的影響，該文主要針對這個運行過程對汽輪機及發電機系統安全、壽命影響進行描述、分析，對越來越多的循環流化床機組有一定的借鑒和指導。

關鍵詞：循環流化床鍋爐 停爐不停機 汽輪機及發電機安全、壽命

中圖分類號：TK229.6文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0082-01

鍋爐BT（Boiler Trip）即停爐不停機，是指循環流化床鍋爐因本體自身或輔機系統出現故障，鍋爐風煙系統風機停運，爐膛內暫處于燜火工況，用燜火狀態下的余熱為蒸汽系統供汽，在這種情況下，汽輪發電機仍繼續帶低負荷并網運行，為了維持更長時間，負荷可保持在2MW—3MW運行。在較短時間內將缺陷處理后，恢復鍋爐風煙系統風機運行，逐步將機組負荷帶到要求的數值，恢復正常運行方式。

1 循環流化床鍋爐BT后，對汽輪發電機組系統運行的影響

1.1 對汽輪機系統運行的安全因素

高、中壓脹差變化情況

在BT持續過程中，機組中壓脹差正值降低，負值方向增大，主要原因是中壓缸進汽量很小，對于中壓轉子、中壓缸來說均是冷卻狀態，這種情況下，中壓缸缸體龐大，縮回速度較慢，轉子受到的冷卻

影響要遠大于汽缸，從而出現中壓脹差正值降低、負值方向增大現象；在BT工況下，高壓缸不再進汽，高壓轉子高速旋轉產生的熱量不能被排汽帶出，高壓缸排汽溫度升高很快，通常該溫度很快可由320℃升至380 ℃，當高壓缸通風閥開起后，缸內蒸汽密度降低，排汽溫度逐步下降，高壓脹差也逐步降低。

1.2 汽輪機系統壽命的影響

汽輪機轉子的脆化現象是由于雜質元素（特別是P和Sn）的晶界偏析而引起的，當晶界偏析達到極限值時，整個部件可能發生斷裂事故。高、中壓轉子，以蠕變和熱疲勞損傷作為劣化的主要原因，重點要對這些損傷進行評價。

高、中壓缸及高、中壓轉子應力變化情況

在鍋爐BT后，隨著持續時間的增長，高、中壓缸的缸體溫度下降的幅度越大，且下降得速度均較大，遠大于正常停機后的自然冷卻缸體下降速度，這樣對汽缸的金屬壽命影響很大。

機組在鍋爐BT后2 h時，高壓轉子外表面受到的拉應力上至

最高75.8 MPa，幾乎同時中壓轉子外表面受到的拉應力也上至最高115.9 MPa，這樣高拉應力對轉子的破壞性特別嚴重。在此之后，隨著主汽、再熱汽溫度下降速度的變緩，應力變化也逐步降低。

在鍋爐系統缺陷處理后，啟動風煙系統風機恢復機組負荷過程中，汽輪機高壓轉子最大應力達138 Mpa（壓應力）（此時高壓上缸缸體金屬溫度達418 ℃、高壓下缸缸體金屬溫度達443 ℃），中壓轉子最大應力達142 Mpa（壓應力）（此時中壓上缸缸體金屬溫度達450 ℃、中壓下缸缸體金屬溫度達453 ℃），隨著機組負荷逐步穩定后，應力趨于降低并穩定，這樣整體轉子應力變化完成一個循環，每這樣循環一次，對汽輪機轉子壽命都有一定的損耗。

1.3 對發電機系統的影響

機組由高負荷或正常負荷工況下快速降低至2—3MW時，發電機本體發熱量急劇降低，其本體線圈溫度降低，其內部氫氣濕度升高，特殊情況下可能產生結露，快速大量的冷縮使得線棒滑移量增大，頻繁這樣的工況，可能導致線棒磨破漏水，損壞發電機內部設備。

發電機由高負荷降到極低負荷，運行一段時間后，再將負荷升起至正常負荷的過程，就是發電機內部發熱部件熱應力循環的一個過程，負荷率變化越大導致的交變應力量越大，這樣頻繁的變化，會導致發電機內部部分零部件松動或摩擦損壞。

1.4 BT工況下危險因素分析

低負荷工況下運行存在的危險隱患：

（1）汽包水位不易控制，易引起水位波動，主汽、再熱汽處于低溫運行狀態，且此時為了盡量保持主汽、再熱汽壓力下降速度慢，各疏水門均不開起，為此汽輪機存在水沖擊的隱患很大。

（2）主汽溫度、再熱汽溫度下滑較低，過熱度偏低，易產生汽中帶水現象，對汽輪機組有一定威脅，特別是長時間運行后，主汽、再熱汽溫度都已很低，都已遠低于對應汽缸金屬溫度，為此汽溫對每個汽缸金屬都是一種強制的冷卻，有一定的破壞性。

（3）在BT極端低負荷2MW—3MW工況下運行，給水系統中的一臺汽泵必須退出給水系統，此時為了減緩主汽、再熱汽壓力下降速度，高旁、低旁均在關閉位置，由于主汽流量少、給水流量也相應較少，運行汽泵的再循環門必須伴隨著開起，長時間這樣運行，此再循環閥的磨損相當嚴重。

（4）單臺汽泵運行，電泵在運行狀態作為熱備用方式，消耗廠用電量。

（5）高過減溫水門、再熱汽減溫水門必須嚴密，否則影響到主汽、再熱汽的降低，嚴重時可能導致汽中帶水、水沖擊。

（6）這種工況下，只有中壓缸進汽而高壓缸不進汽，要特別注意高壓缸至排汽裝置通風閥開起及高壓缸內部金屬溫度變化情況，防止因缸內鼓風損失大導致金屬溫度高、動靜部分發生摩擦損壞設備。

（7）鍋爐BT后機組從大負荷突降或重新啟動時，對鍋爐本體、汽機本體的運行都是很大的沖擊，鍋爐系統的膨脹節、焊口都是熱脹冷縮、風壓波動可能造成薄弱環節處破裂泄漏。

（8）在鍋爐BT操作及恢復過程中，反復進行切缸、反切缸、廠用電切換等重大操作，引起人員誤操作的概率較大。

2 為了防止設備損壞、延長汽輪發電機組壽命，特制定以下防范措施

循環流化床鍋爐因設備或系統故障原因，可達到短時間的停爐不停機工況、減少發電機與電網解列引起的非停次數，但這些工況對機、電、爐系統及壽命都有不同程度的損傷，為此要盡量避免或減少這些工況的發生。

（1）提高鍋爐系統中設備的健康水平，盡量減少BT的發生。

（2）在鍋爐發生BT進行調整操作過程中，如果10 min內，主汽、再熱汽溫度下降超過50 ℃，必須立即打閘停機，防止汽輪機進水，導致汽輪機大軸彎曲事故的發生。

（3）汽輪機降負荷運行，保證主汽、再熱汽汽溫與相應的汽缸內壁金屬溫度偏差不得高于50 ℃，如果超過該值，必須立即打閘停機，防止汽輪機系統損壞。

（4）按照汽輪機運行說明書要求，過熱汽和再熱蒸汽溫度降低速率不得超過1℃/min，且過熱度最低必須維持在80 ℃以上，汽輪機降負荷采用“中缸控制”運行方式，再熱汽溫度必須高于430 ℃。

（5）在鍋爐系統缺陷消除、各種風機啟動恢復過程中，各擋板開起速度要緩慢，各種風壓變化要適度，防止風壓大起大落導致風煙系統非金屬膨脹節超壓破裂。

（6）在汽輪發電機升負荷過程中，嚴格控制升負荷率，防止加負荷速率過大導致發電機內線棒或其他部件碰摩損壞。