百萬級機組鍋爐及系統存在的問題探討

春國成

（大唐陜西府谷煤電有限責任公司，陜西 榆林 719400）

百萬級機組鍋爐及系統存在的問題探討

春國成

（大唐陜西府谷煤電有限責任公司，陜西 榆林 719400）

針對百萬級機組大容量、高參數的特點，總結了我國投運的百萬級機組鍋爐及系統存在的設備方面，設計、制造和運行方面的問題，提出了預防措施并總結經驗，以期促進我國百萬級機組的安全穩定運行。

百萬級機組；鍋爐；爆管；空預器

0 概述

2006年11月，我國首臺1 000 MW超超臨界機組在華能玉環電廠投入商業運行，華能玉環電廠的建設成為我國實施863課題——“超超臨界燃煤發電技術”的標志。2007年11月，我國有6臺1 000 MW超超臨界燃煤機組（以下簡稱“百萬級機組”）投入了商業運行，2014年12月，全國已投產百萬級機組共有70臺；據統計，截至2015-03-20，我國已投產的百萬級機組達到了73臺。

百萬級機組的大量建設，為我國火電結構的優化和技術升級起到了極為重要的作用。當前我國已經投產的百萬千瓦級超超臨界鍋爐（以下簡稱“百萬級機組鍋爐”）等裝置主要引用了日本日立公司、日本三菱公司以及德國ALSTOM公司的技術。但由于起步較晚、發展速度快，特別是百萬級機組鍋爐的壓力、溫度等級高，加之在制造、安裝和運行方面存在的問題，影響到機組正常運行。

1 百萬級機組鍋爐及系統存在的問題分析

1.1 設備方面

1．1．1 爐管堵塞

在超超臨界鍋爐的運行過程中，因在制造和安裝階段遺留的異物堵塞而導致的過熱爆管是非常普遍的現象。這主要是超超臨界機組參數高、爐管尺寸小，對爐管積存的異物非常敏感。另外因節流孔的存在，使殘留的少量渣屑堵塞節流孔導致爆管發生的可能性增加。因此，應加強鍋爐設備的制造、安裝和運行操作水平，以達到減少鍋爐爆管的目的。

Π型鍋爐過熱器及再熱器垂直布置的爐型結構特點，也使鍋爐堵塞爆管的問題非常突出。在管道沖洗、啟動和初期低負荷運行期間，少量的蒸汽不足以將氧化皮和積存的渣屑異物從垂直的管段中帶離出來。由于機組容量越大，過、再熱器的垂直高度越高，而管子中的氣流速度或沖走積存異物的氣流動能卻變化不大，因此鍋爐容量愈大，因堵塞而爆管的隱患越大。

1．1．2 鍋爐汽水系統中鐵離子濃度高

鍋爐給水中溶解的氧化鐵是長期影響水冷壁安全的問題。給水中鐵離子含量高的主要原因是高壓水對氧化鐵的溶解度相對較大。在高加系統和給水系統溶解的部分氧化鐵，隨著給水溫度提高，在省煤器和水冷壁進口部分析出沉積較多，出現節流孔氧化物沉積，導致個別管溫度超限的情況。

1．1．3 鍋爐吹灰系統故障頻發

百萬級機組鍋爐吹灰系統的汽源一般取自高壓蒸汽（一般取自二級過熱器出口），從運行情況看主要存在的問題有：電動隔離閥故障較多；調節閥由于前后壓差大，閥芯易被沖刷，故障率高；安全閥動作時起座時間長；減壓閥前后由于差壓接近30 MPa，吹灰時噪聲高。

1．1．4 空預器漏風

空預器是鍋爐的樞紐設備。大型鍋爐普遍采用的回轉式空預器，其漏風率的大小，不但直接關系著鍋爐煙氣余熱的回收效率，也嚴重影響了鍋爐主要風機（送風機、引風機、一次風機及脫硫增壓風機）的用電率。

1．1．5 電除塵器效率低

電除塵器作為我國工業除塵的主力設備，其高壓供電電源及控制技術自20世紀80年代初至今有了很大的發展，并隨著工業的發展以及國家對大氣污染排放標準的進一步提高。目前大部分早期投運的電除塵器已出力不足、耗電量高、除塵效率較低，煙塵排放達不到2014-07-01起實施的GB13223—2011《燃煤電廠大氣污染物排放標準》中允許煙塵濃度排放不大于30 mg/Nm3的要求。

1.2 設計、制造、安裝和運行方面

1．2．1 存在的問題

鍋爐在由濕態轉至干態運行或低負荷運行時，很容易出現部分水冷壁管溫度超溫而頻繁爆管的現象，嚴重影響了機組的安全穩定運行。

1．2．2 問題產生的原因

（1） 鍋爐水冷壁設計不合理，節流孔圈直徑偏小，節流孔尺寸計算存在偏差，造成水流量分配不均，個別管因缺水導致管壁超溫爆管。這也是爆管的主要原因。

（2） 鍋爐水冷壁布置方式、燃燒器投入方式、順序和鍋爐燃燒方式不合理造成部分水冷壁管熱負荷偏高。

（3） 在制造、安裝過程中，焊接質量不良，咬邊、氣孔、縮孔缺陷較多，也是鍋爐爆管的重要原因。

（4） 由于設計、安裝等因素的影響，產生了彈簧支吊架承載不合理，處于欠載或過載狀態；恒力吊架的位移指針頂死在極限位置；支吊架偏斜超標；彈簧吊架的鎖定銷沒有拆除；支吊架配置不合理等現象，造成水冷壁管受力不合理。

1.3 原材料方面

由管子原材料缺陷導致的鍋爐四管泄漏比較多。這一方面是由于鋼管生產企業良莠不齊，企業加工能力及質量管理意識差異較大，鍋爐制造企業原材料入口也存在一定問題，導致進入市場的管子原材料缺陷增多；另一方面，由于超超臨界機組蒸汽溫度和壓力參數高，使用材料的裂紋缺口敏感性較高。這對原材料的質量提出了更高要求。

2 預防措施

2.1 設備方面

（1） 采用對流受熱面水平布置的塔式爐，即使制造、安裝過程中存有異物，或啟停工況下有氧化皮等異物脫落，也能夠通過汽流把異物帶離出來。

（2） 針對鍋爐汽水系統中鐵離子高濃度的問題，可以通過加強化學水處理管理和采用規范加氧處理的運行方式使鍋爐達到良好的運行狀態。

（3） 對于鍋爐吹灰系統問題，實踐證明，取再熱冷段作為吹灰汽源的方法是行之有效的。由于再熱蒸汽冷端壓力通常在5．5 MPa以下，改造后系統工作條件改善，以上問題都可得到很好的解決。改造后系統管道閥門材質、壓力等級降低，維護成本降低，設備可靠性、運行經濟性明顯提高，效果顯著。

（4） 空預器漏風率大是困擾許多電廠提高經濟性的難題。可以對空預器在冷端徑向、熱端軸向和旁路密封都實施全向柔性密封改造，使空預器漏風率降至4 %以內。采用常規的金屬絲刷式密封，同時采用彈性金屬軟片密封技術，將兩者有機結合，克服了2種密封方式單獨使用帶來的壽命短和間隙偏大的缺點。全向柔性密封技術能大幅度降低空預器的漏風率，顯著提高其換熱效率，大幅度降低廠用電率。

（5） 通過實施除塵器高頻電源改造，可以有效降低除塵耗電率和煙塵排放濃度。高頻電源供給電場的是一系列的電流脈沖，可以提高煙塵的荷電效率、提高粉塵遷移速度，從而提高除塵效率，也使電除塵高頻電源的總功耗降低。

2.2 設計、制造、安裝和運行方面

為防止水冷壁超溫爆管，可以采取優化制粉系統投運方式；控制跟蹤受熱面金屬壁溫，調整燃燒方式、合理控制煤水比；加強節流孔圈檢查，取消相應的超溫管子的節流孔圈，采用直管代替；全面對鍋爐受熱面進行X光掃描，在水冷壁上加裝溫度測點，采用DCS系統并增加相關報警邏輯，提前發現水冷壁溫度偏高的現象；改造支吊架等措施，以減少水冷壁超溫次數。解決過熱器、再熱器、省煤器、水冷壁等的爆管問題，最為直接的方法就是全面監測鍋爐受熱面的管壁溫度，實時掌握受熱面的工況，嚴格控制再熱器、過熱器、省煤器、水冷壁管壁溫度在正常范圍內，避免受熱面超溫現象的發生。

2.3 原材料方面

原材料存在的缺陷問題，在采購合同中應明確原材料質量抽檢要求；加強駐廠監造，嚴把原材料入口質量關；加強安裝前的原材料質量抽檢，使用磁粉或超聲波技術重點對焊口附近的管子母材進行抽檢。

2.4 其他建議

（1） 百萬級機組停爐后不建議通風冷卻，一般可悶爐18 h后再開擋板進行通風，冷卻時間也只是增加1天，不要因搶工期損壞設備。

（2） 排煙溫度高是普遍問題，設計時對空預器換熱面積要認真核算，建議適當增加空預器的設計換熱面積。

（3） 在工程設計建設階段均按裝設脫硝裝置考慮，在鍋爐尾部煙道上設計和預留脫硝裝置的安裝布置條件，部分煙道、鋼架等同時隨鍋爐設計供貨，為后續的煙氣脫硝工程改造提供便利條件，可節約改造投資，縮短改造工期。

3 結束語

我國百萬級機組發展晚，經驗少，在設計、制造、安裝和投運中難免會出現一些問題，為此總結經驗，合理優化設計，強化管理以為我國百萬級機組安全穩定運行提供有效保障。

1 魯忠科，連英才．680MW超超臨界直流鍋爐爆管預防與控制［J］．電力安全技術，2011，13（12）：12-15．

2015-07-03；

2016-04-11。

春國成（1973-），男，工程師，主要從事火力發電技術管理工作，email：chunqiu999@qq．com。