百萬等級(jí)鍋爐調(diào)試過程中典型問題分析及措施

孫 磊，葉祺賢

（上海電力建設(shè)啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)所，上海 200031）

超超臨界百萬等級(jí)機(jī)組以其效率高、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、減少有害氣體排放、降低地球溫室效應(yīng)的特點(diǎn)正在世界火力發(fā)電領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［1］。因而，有必要對(duì)百萬等級(jí)鍋爐調(diào)試過程中所發(fā)現(xiàn)的典型問題進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)對(duì)策，具有積極意義。本文對(duì)百萬等級(jí)鍋爐調(diào)試過程中的10個(gè)典型問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)對(duì)策。

1 百萬等級(jí)塔式鍋爐水冷壁泄漏問題

由上海鍋爐廠有限公司引進(jìn)德國(guó)阿爾斯通公司技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造的百萬等級(jí)塔式鍋爐，在實(shí)際運(yùn)行過程中存在水冷壁易發(fā)生泄漏的嚴(yán)重缺陷。經(jīng)對(duì)實(shí)際管樣解剖分析，水冷壁發(fā)生泄漏部位往往存在各種不同類型和程度的缺陷［2］。如外觀成型差，熔敷金屬下塌形成了焊接應(yīng)力角，焊后沒打磨成R弧過渡，不能使應(yīng)力均勻釋放；或根部無坡口，存在夾渣、未熔透等缺陷；或選用焊條直徑偏大，一層焊接成型，焊接收縮應(yīng)力過大；或焊前未預(yù)熱，焊后未緩冷，加大了焊接區(qū)域應(yīng)力。而水冷壁受剛性梁和鐵件拘束，熱態(tài)應(yīng)力不易得到釋放，在存在上述缺陷的部位，極易引起局部應(yīng)力過于集中，形成裂紋，造成泄漏［3］。結(jié)合多臺(tái)本類型機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議采取以下防范措施。

1.1 安裝方面

（1）施工單位焊接專工應(yīng)做好焊前技術(shù)交底，焊工對(duì)于水冷壁焊接要引起高度重視，無論是焊口還是鑲嵌塊及鰭片與管子角焊縫的焊接要落實(shí)到責(zé)任人，按焊接工藝要求進(jìn)行焊接每個(gè)部件。

（2）在進(jìn)行鑲嵌塊和鰭片對(duì)接焊時(shí)焊縫應(yīng)焊透，鑲嵌塊焊接起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)應(yīng)位于鰭片上，焊前用火焰進(jìn)行預(yù)熱。焊后用火焰加熱方式進(jìn)行熱處理，保溫緩冷。

（3）避免管子強(qiáng)力對(duì)口，鑲嵌塊與水冷壁管子角焊縫焊接，應(yīng)采取合理的焊接工藝順序，交替施焊，減少焊接應(yīng)力的產(chǎn)生。

（4）控制焊接電流防止熔池產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，注意收弧質(zhì)量，避免咬邊及產(chǎn)生弧坑裂紋。焊縫成型很重要，角焊縫應(yīng)平性過度，焊口對(duì)接焊縫應(yīng)圓滑過渡。

（5）鍋爐四個(gè)轉(zhuǎn)角及剛性梁與水冷壁管子之間的角焊縫建議進(jìn)行MT100%檢驗(yàn)。

（6）對(duì)水冷壁鐵件集中、橫向切應(yīng)力大的部位，對(duì)水冷壁鰭片開應(yīng)力釋放槽。

（7）加強(qiáng)爐膛管壁壁溫的檢測(cè)和監(jiān)督。對(duì)四面的高溫部位選點(diǎn)進(jìn)行制度性的硬度、現(xiàn)場(chǎng)金相檢查。

（8）在每次停爐過程中，對(duì)水冷壁鐵件集中位置進(jìn)行普查，對(duì)存在焊接表面缺陷的，進(jìn)行打磨處理，圓滑過渡。

1.2 調(diào)試方面

（1）嚴(yán)格控制機(jī)組啟、停過程中的升降負(fù)荷速度

1）根據(jù)鍋爐廠的要求，控制標(biāo)準(zhǔn)如下：升負(fù)荷過程中，控制溫升不超過3℃／min，降負(fù)荷過程中控制溫降不超過5℃／min。

2）加強(qiáng)燃料控制，主抓升降負(fù)荷過程中投、切磨煤機(jī)時(shí)煤量的平穩(wěn)過渡，即在滿足磨最小煤量的要求下，投磨時(shí)，適當(dāng)減少其他運(yùn)行磨的煤量；切磨時(shí)，適當(dāng)增加其他運(yùn)行磨的煤量，以保證總煤量不突增突減。

（2）合理應(yīng)用等離子／微油點(diǎn)火方式

為節(jié)約啟動(dòng)燃油，百萬等級(jí)鍋爐一般采用等離子或微油的新型點(diǎn)火方式，但此類方式在冷爐點(diǎn)火啟動(dòng)初期，投煤粉初始階段因燃燒率難控制，局部溫升較快，此處水冷壁受熱管道易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致使用壽命降低［4］。為降低其點(diǎn)火啟動(dòng)初期負(fù)荷突升及爆燃等對(duì)水冷壁造成的負(fù)面影響，建議采取以下措施：

1）將傳統(tǒng)常規(guī)的油槍和等離子／微油點(diǎn)火裝置配合使用。采用先點(diǎn)等離子／微油點(diǎn)火裝置對(duì)應(yīng)層的油槍暖爐，待爐膛出口煙溫至400℃左右，再用等離子／微油投粉的點(diǎn)火方式，節(jié)油而不追求無油。

2）等離子／微油投粉火檢穩(wěn)定后，盡快減少給煤量，控制升負(fù)荷率。

3）加強(qiáng)等離子裝置維護(hù)，減少故障斷弧引起的負(fù)荷擾動(dòng)，保持燃燒穩(wěn)定。

（3）燃燒調(diào)整精細(xì)化

1）整套啟動(dòng)前，進(jìn)行了大量同類型機(jī)組的調(diào)研工作，收集、消化運(yùn)行數(shù)據(jù)，以保證在本機(jī)組調(diào)試過程中少走彎路，避免對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不必要的擾動(dòng)甚至跳閘，從而減少對(duì)水冷壁的損害。

2）整套啟動(dòng)過程中，通過更為精細(xì)化的氧量試驗(yàn)、煤粉細(xì)度試驗(yàn)、配風(fēng)試驗(yàn)、煙溫偏差調(diào)整試驗(yàn)等，收集了大量本機(jī)組特性數(shù)據(jù)，進(jìn)而優(yōu)化配風(fēng)、保證合適的煤粉細(xì)度等，從而保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，溫度變化速率嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3）加強(qiáng)四墻水冷壁溫度偏差檢測(cè)，通過二次風(fēng)的合理調(diào)整，保證燃燒中心適中，各墻水冷壁受熱均勻。

4）各負(fù)荷段均控制合適的煤水比，防止水冷壁管壁超溫。

5）為了提高等離子／微油點(diǎn)火初期的燃燒效率，該層磨用煤應(yīng)該使用設(shè)計(jì)煤種；調(diào)節(jié)磨煤機(jī)的分離器轉(zhuǎn)速，使制粉系統(tǒng)能制出合格的煤粉，煤粉細(xì)度符合設(shè)計(jì)要求；盡可能提高磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫；通過輔汽加熱等手段盡可能提高給水溫度；同時(shí)控制風(fēng)煙總量在較低水平，以增加爐膛輻射熱。

（4）加強(qiáng)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行控制

1）熱工自動(dòng)、保護(hù)及時(shí)投入，防止操作不當(dāng)引起跳機(jī)跳爐，最大限度減少了對(duì)水冷壁的損害。

2）鍋爐運(yùn)行過程中，調(diào)試、運(yùn)行人員緊密配合，認(rèn)真監(jiān)盤，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡查，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時(shí)分析處理，將事故扼殺在萌芽中。

3）RB、甩負(fù)荷等重大試驗(yàn)前，調(diào)試召開交底會(huì)，詳述試驗(yàn)方案，明確各相關(guān)單位職責(zé)、分工，從而保證試驗(yàn)順利進(jìn)行，避免試驗(yàn)失敗引起的機(jī)組擾動(dòng)。

（5）加強(qiáng)系統(tǒng)清潔度控制

1）安裝階段即要求在水冷壁焊接過程中，減少焊渣等雜物的堆積，采用合適的封堵水溶紙。

2）化學(xué)清洗階段，采用合適的清洗工藝，保證清洗效果，并經(jīng)各方見證。

3）蒸汽吹管階段，通過冷、熱態(tài)沖洗，加強(qiáng)水質(zhì)控制，并通過沖通試驗(yàn)，再次保證各水冷壁管均無雜物堵塞，以避免超溫爆管的發(fā)生。

（6）適時(shí)進(jìn)行應(yīng)力釋放

在不影響工程進(jìn)展的情況下，利用節(jié)點(diǎn)間隙、消缺階段等，進(jìn)行鍋爐熱態(tài)啟停，負(fù)荷帶至50%～70%BMCR，控制更低的升降負(fù)荷速度，以促使鍋爐水冷壁中應(yīng)力的緩慢釋放，避免應(yīng)力集中釋放引起的爆管。

2 大比熱容問題

對(duì)于百萬等級(jí)鍋爐，在超臨界參數(shù)下，當(dāng)水冷壁內(nèi)工質(zhì)到達(dá)壓力22.129MPa、溫度374℃的臨界值時(shí)（對(duì)應(yīng)負(fù)荷700MW左右），管內(nèi)工質(zhì)溫度處于對(duì)應(yīng)壓力下的最大比熱容范圍，隨工質(zhì)吸熱量的增加，工質(zhì)溫度卻變化不大，而工質(zhì)比體積的急劇變化導(dǎo)致膨脹量增大，易引起水動(dòng)力不穩(wěn)定或流量分配不均；同時(shí)熱導(dǎo)率急劇減小，又可能會(huì)引起工質(zhì)對(duì)管壁傳熱變差，易出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰，造成水冷壁出口超溫。

針對(duì)此問題采取的措施具體如下。

（1）合理的水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（2）盡可能的減少水冷壁熱偏差。

（3）煤水掌握合理配比。

（4）對(duì)于易發(fā)生此情況的鍋爐應(yīng)減少在臨界工況的滯留。

3 一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)應(yīng)留有余量，如果出于節(jié)約投資考慮，管徑設(shè)計(jì)較小，可考慮在兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出口聯(lián)絡(luò)管上設(shè)計(jì)泄壓管路，以方便并風(fēng)機(jī)，如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)機(jī)泄壓管路設(shè)計(jì)

4 新型點(diǎn)火方式（等離子或微油）的應(yīng)用

等離子／微油節(jié)油點(diǎn)火方式在冷爐點(diǎn)火啟動(dòng)初期除了投煤粉初始階段因燃燒率難控制，使局部燃燒區(qū)溫升過快，此處水冷壁受熱管道易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，除使用壽命降低外，由于煤粉燃燼率過低，一來易發(fā)生尾部二次燃燒，二來煤粉在爐膛內(nèi)燃燒距離增長(zhǎng)，產(chǎn)汽量小且使過熱／再熱蒸汽受熱面經(jīng)受較高熱負(fù)荷，易發(fā)生過熱器和再熱器管壁超溫。為降低其以上負(fù)面影響，建議采取以下措施。

（1）將傳統(tǒng)常規(guī)的油槍和等離子／微油點(diǎn)火裝置配合使用。采用先點(diǎn)等離子／微油點(diǎn)火裝置對(duì)應(yīng)層的油槍暖爐，待爐膛出口煙溫至400℃左右，再用等離子／微油投粉的點(diǎn)火方式，節(jié)油而不追求無油。

（2）等離子或微油點(diǎn)火投粉火檢穩(wěn)定后，盡快減少給煤量，控制升負(fù)荷率。

（3）盡量減少風(fēng)煙總量，以增加爐膛輻射熱。

（4）調(diào)整燃燒器配風(fēng)，控制較低的一次風(fēng)速（18～20m／s），增加對(duì)應(yīng)層（特別是燃料風(fēng)檔板層）和上層二次風(fēng)門擋板開度。一方面使煤粉可盡快著火，另一方面又能在爐膛充分燃燒［5］。

（5）保證暖風(fēng)器的加熱效果，通過提高磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫度，從而提前一次風(fēng)粉著火點(diǎn)，增加燃燼率。

（6）給水控制方面采取以下措施，以增加蒸發(fā)量：①增加加熱給水的輔汽量，提高給水溫度［6］；②啟動(dòng)階段，在水質(zhì)合格后，盡快回收啟動(dòng)分離器的疏水；③控制入爐的給水流量，因流量過大勢(shì)必造成排放量增大，會(huì)造成熱量流失。

（7）在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)允許的條件下，盡量開大高壓旁路，以增加鍋爐受熱面的通流量，降低各級(jí)受熱面的溫度。

（8）適當(dāng)控制減溫水，調(diào)節(jié)各級(jí)蒸汽溫度，但必須注意避免減溫水過調(diào)，需保證減溫點(diǎn)后蒸汽有一定的過熱度。

5 機(jī)組啟動(dòng)階段輔汽用量

目前百萬等級(jí)機(jī)組，啟動(dòng)初期輔汽主要有以下用戶：空預(yù)器吹灰、暖風(fēng)器、大小機(jī)軸封、小機(jī)用汽、給水加熱。如輔汽不足，往往為保證其他用戶用汽而減少給水加熱的輔汽量，勢(shì)必造成上水溫度達(dá)不到制造廠要求值，進(jìn)而不利于營(yíng)造爐內(nèi)良好的燃燒環(huán)境。故而在設(shè)計(jì)階段需按此數(shù)值進(jìn)行輔汽的核算，避免因輔汽用量不足而造成啟動(dòng)不順利或違規(guī)操作的現(xiàn)象。

6 空預(yù)器漏風(fēng)率

目前在百萬等級(jí)鍋爐設(shè)計(jì)過程中存在為提高機(jī)組效率而對(duì)空預(yù)器漏風(fēng)率控制要求過高的問題，比如在湖北某項(xiàng)目就為了將漏風(fēng)率由6%降至4.5%，而采取了增加一層剛性密封片的改造，造成空預(yù)器在低負(fù)荷階段就發(fā)生因膨脹摩擦、超電流不得不停機(jī)的事故。圖2為新增剛性密封片安裝位置，圖3為磨損后拆除的剛性密封片。

圖2 新增剛性密封片安裝位置

圖3 磨損后拆除的剛性密封片

因而，對(duì)于空預(yù)器密封的改造一定要慎重，如要采用柔性密封技術(shù)亦要反復(fù)計(jì)算論證，并在投用初期加強(qiáng)監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理［7］。

7 爐水循環(huán)泵使用

超（超）臨界機(jī)組鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置爐水循環(huán)泵（BCP）是為了提高給水循環(huán)效率，提高機(jī)組的啟動(dòng)速度及鍋爐熱效率。但是由于爐水循環(huán)泵造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用不菲，使用率不高，難免有時(shí)發(fā)生故障，鑒于以上幾點(diǎn)，目前某些百萬機(jī)組鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮取消爐水循環(huán)泵。

通過無爐水循環(huán)泵啟動(dòng)的實(shí)踐研究，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)初期為維持水動(dòng)力安全，在水質(zhì)不合格無法回收的情況下，不可避免的造成工質(zhì)大流量排放，熱量不可逆損失增加，其直接結(jié)果就是：一除鹽水耗量大；二啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，燃料耗量大；三易發(fā)生受熱面超溫［8］。

因而，還是建議百萬機(jī)組鍋爐采用爐水循環(huán)泵為宜。如取消，則需統(tǒng)盤考慮啟動(dòng)系統(tǒng)，最有效的手段就是通過增加給水加熱的輔汽量，甚至采用臨爐加熱方式，以大幅提高給水溫度，才可保證實(shí)現(xiàn)快速、安全的鍋爐啟動(dòng)。

8 閥門選型

通過以往的機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，大部分事故的發(fā)生往往是由于一些閥門的誤動(dòng)、拒動(dòng)或調(diào)節(jié)不良引起的，閥門使用或選用不合適還會(huì)造成能耗增加［9］，因而在設(shè)計(jì)選型時(shí)一定要重視此項(xiàng)。

9 防止空預(yù)器二次燃燒

目前，為節(jié)約啟動(dòng)燃油，百萬等級(jí)鍋爐一般采用等離子或微油的新型點(diǎn)火方式，但此類方式在冷爐點(diǎn)火啟動(dòng)初期煤粉燃盡率過低，如不采取措施，易發(fā)生未燃盡煤粉堆積于空預(yù)器，造成二次燃燒的事故。

為避免此類事故的發(fā)生可采取以下措施。

（1）合理利用新型點(diǎn)火方式，提高煤粉燃盡率。

（2）啟動(dòng)階段，保證空預(yù)器連續(xù)吹灰的投入。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)，一定要滿足空預(yù)器吹灰的輔汽壓力要求，保證吹掃效果。

10 受熱面壁溫監(jiān)測(cè)

超（超）臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展最大的制約因素就是受熱面材料。目前，高溫受熱面材料（如HR3C）基本還停留在新型奧氏體鋼的階段，許用溫度在700℃以內(nèi)［10］，相對(duì)于百萬等級(jí)鍋爐高溫段的使用溫度已無多大裕量（已有百萬機(jī)組計(jì)劃將再熱器出口蒸汽溫度提高至620℃），如圖4所示。

圖4 高溫受熱面材料使用現(xiàn)狀

這就要求在調(diào)試、運(yùn)行過程中需加強(qiáng)受熱面壁溫的控制，防止超溫爆管事故的發(fā)生。而采取措施的前提是，操作者需要對(duì)受熱面的溫度情況有準(zhǔn)確、及時(shí)的了解，故而對(duì)受熱面壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出以下要求。

（1）測(cè)點(diǎn)布置設(shè)計(jì)要合理。

（2）測(cè)點(diǎn)安裝、調(diào)校要認(rèn)真，顯示準(zhǔn)確。

（3）最好投用一套對(duì)整個(gè)受熱面壁溫的即時(shí)分析監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

11 結(jié)語

通過對(duì)以上百萬等級(jí)鍋爐諸多問題的探討，以及解決措施的提出，希望能給同類型鍋爐的調(diào)試、運(yùn)行有所借鑒意義，避免類似問題的發(fā)生，進(jìn)而逐步改進(jìn)，使百萬等級(jí)電站鍋爐的技術(shù)水平再上新臺(tái)階。

［1］ 陳輝，王文祥，嚴(yán)毅.當(dāng)前1 000MW超超臨界鍋爐的主要技術(shù)特點(diǎn)［J］.鍋爐制造，2009（1）：10-14.CHEN Hui，WANG Wen-xiang，YAN Yi.The currently main technical characters of 1000MW ultra-supercritical boiler［J］.Boiler Manufacturing，2009（1）：10-14.

［2］ 王浩.超超臨界塔式鍋爐T23管材的應(yīng)用分析［J］.電力與能源，2011（6）：236-239.WANG Hao.discussion of Grade T23in ultra supercritical boiler field［J］.Energy Technology，2011（6）：236-239.

［3］ 溫順利，謝波，蔣向南.1000MW超超臨界鍋爐T23鋼水冷壁防泄漏探討［J］.電力建設(shè)，2010，31（9）：82-86.WEN Shun-li，XIE Bo，JIANG Xiang-nan.Prevention of T23steel waterwall leakage for 1 000MW ultra supercritical boiler plant［J］.Electric Power Construction，2010，31（9）：82-86.

［4］ 沈士軍.1000MW超超臨界鍋爐等離子點(diǎn)火及運(yùn)行分析［J］.華東電力，2007，35（9）：73-76.SHEN Shi-jun.Application of plasma ignition to 1000 MW ultra-supercritical boilers and its operation analysis［J］.East China Electric Power，2007，35（9）：73-76.

［5］ 劉俊臻.等離子煤粉點(diǎn)火燃燒技術(shù)的應(yīng)用及運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)［J］.電力與能源，2012（6）：616-619.LIU Jun-zhen.Application and operational maintenance experience of plasma pulverized coal ignition combustion technology［J］.Power ＆ Energy，2012（6）：616-619.

［6］ 黃寅，張峰，張志挺，等.超超臨界機(jī)組啟停節(jié)能的實(shí)踐及效果［J］.電力與能源，2011（1）：80-82.

［7］ 趙明.燃煤電廠主要節(jié)能降耗措施的經(jīng)濟(jì)性分析［J］.電力與能源，2014（1）：63-66.ZHAO Ming.Economic analysis of main energy-saving measures about coal-fired power plants［J］.Power ＆ Energy，2014（1）：63-66.

［8］ 劉浩.1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的分析比較［J］.中國(guó)科技信息，2010（20）：154-156.

［9］ 王朝暉，耿光輝，宋生奎.閥門與節(jié)能［J］.閥門，2007（1）：33-35.WANG Zhao-hui，GENG Guang-hui，SONG Sheng-kui.Valves and saving energy［J］.Valve，2007（1）：33-35.

［10］ 于鴻垚，董建新，謝錫善.新型奧氏體耐熱鋼HR3C的研究進(jìn)展［J］.世界鋼鐵，2010（2）：42-49，61.YU Hong-yao，DONG Jian-xin，XIE Xi-shan.Research development of new austenitic heat-resistant steel HR3C［J］.World Iron ＆ Steel，2010（2）：42-49，61.