國(guó)外燃煤電站鍋爐調(diào)試技術(shù)難點(diǎn)及分析

劉海明，羅 凱，許 濤，黃中柏

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077)

0 引言

隨著中國(guó)電站設(shè)備制造水平的提高，自上世紀(jì)八十年代以上海電氣、東方電氣、哈電集團(tuán)為代表的國(guó)產(chǎn)發(fā)電設(shè)備開(kāi)始走出國(guó)門，產(chǎn)品銷往東南亞、南亞、中東、南美洲、非洲等發(fā)展中國(guó)家的電力市場(chǎng)。隨著“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的深入，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的設(shè)備制造和施工企業(yè)將走出國(guó)門，去開(kāi)拓更廣闊的國(guó)際市場(chǎng)。

國(guó)網(wǎng)湖北省電力科學(xué)研究院作為國(guó)內(nèi)最早走出去的調(diào)試單位，從1980年代先后承接了巴基斯坦、印度尼西亞、馬來(lái)西亞、伊朗、印度、越南、敘利亞、巴西等十多個(gè)國(guó)家的電站調(diào)試項(xiàng)目[1]。由于國(guó)外火電工程的技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收程序等與國(guó)內(nèi)工程有著很大的差異，國(guó)外火電工程調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生了許多新問(wèn)題、新困難，項(xiàng)目進(jìn)展不順利。本文通過(guò)印度尼西亞、越南、印度等十余臺(tái)機(jī)組的分系統(tǒng)及整套啟動(dòng)調(diào)試工作經(jīng)歷，分析了國(guó)外電站項(xiàng)目鍋爐調(diào)試的難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)，提出了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)措施。

1 鍋爐調(diào)試過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)及分析

1.1 鍋爐設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

設(shè)計(jì)煤種的性質(zhì)是鍋爐設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一。設(shè)計(jì)煤種是鍋爐廠在設(shè)計(jì)時(shí)采用的煤種，鍋爐廠依據(jù)此數(shù)據(jù)進(jìn)行鍋爐的初步設(shè)計(jì)和熱力計(jì)算，確定鍋爐的主要運(yùn)行參數(shù)、性能數(shù)據(jù)和受熱面的結(jié)構(gòu)形式和布置，這個(gè)煤種也是鍋爐投產(chǎn)后最常用的煤種。若國(guó)外煤種與國(guó)內(nèi)典型煤種存在較大差異，鍋爐設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)煤種的特性認(rèn)識(shí)不足，將導(dǎo)致鍋爐在調(diào)試及試運(yùn)過(guò)程中存在燃燒不穩(wěn)定、受熱面超溫、結(jié)焦、排煙溫度高等問(wèn)題。

在越南某電廠W火焰鍋爐調(diào)試過(guò)程中，鍋爐在滿負(fù)荷下燃燒不穩(wěn)定，調(diào)試單位在經(jīng)過(guò)多次燃燒調(diào)整后，仍需多只油槍助燃。后按鍋爐廠設(shè)計(jì)、調(diào)試人員的方案進(jìn)行調(diào)整，鍋爐仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)斷油運(yùn)行。表1是越南國(guó)內(nèi)同一鍋爐廠對(duì)兩臺(tái)鍋爐的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

從表1可見(jiàn)，越南某電廠燃煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分、灰分、發(fā)熱量等指標(biāo)皆比國(guó)內(nèi)某電廠的煤質(zhì)差，屬于極難燃燒的無(wú)煙煤，調(diào)試人員初步判斷鍋爐的熱負(fù)荷不足是鍋爐在滿負(fù)荷無(wú)法斷油的主要原因。后耗時(shí)半年經(jīng)兩次改造，在爐膛增加了約600㎡的衛(wèi)燃帶，最終實(shí)現(xiàn)了滿負(fù)荷斷油并達(dá)到了設(shè)計(jì)的70%最低穩(wěn)燃負(fù)荷，鍋爐改造成功。

表1 同類型鍋爐設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Design data contrast between same type boilers

1.2 燃油系統(tǒng)存在的問(wèn)題

隨著國(guó)內(nèi)節(jié)能要求的提高和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)新建大容量電站鍋爐多采用等離子或微油油槍等點(diǎn)火方式。而出口國(guó)外的機(jī)組出于投資成本的考慮或業(yè)主的要求等原因，鍋爐點(diǎn)火基本仍采用傳統(tǒng)的三級(jí)點(diǎn)火方式：高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃輕油，輕油點(diǎn)燃重油，然后點(diǎn)燃煤粉。輕油油槍采用機(jī)械霧化方式，重油油槍多采用蒸汽霧化方式。

重油因黏性大、流動(dòng)性差、雜質(zhì)多等原因易出現(xiàn)點(diǎn)火難、霧化不均勻、燃燒不穩(wěn)定等問(wèn)題。印度某廠的重油油槍投運(yùn)后，火焰呈柱狀，著火距離遠(yuǎn)，燃燒不完全，火焰尾部甩出大量油滴，爐內(nèi)彌漫黑煙。油槍對(duì)應(yīng)的二次風(fēng)擋板只能維持5%～10%的開(kāi)度，若開(kāi)大二次風(fēng)擋板進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，著火距離變遠(yuǎn)導(dǎo)致油槍熄火，油槍燃燒情況見(jiàn)圖1。調(diào)試人員根據(jù)燃燒調(diào)整的結(jié)果，建議油槍廠家對(duì)油槍進(jìn)行改造，增大油槍霧化片的角度。改造后，霧化角度從80°增大到115°，重油燃燒效果改善明顯，重油霧化良好，燃燒距離縮短，可開(kāi)大二次風(fēng)擋板進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，促進(jìn)燃油的完全燃燒。圖2為改造后重油油槍的燃燒情況。

圖1 調(diào)整前重油油槍燃燒情況Fig.1 HFO oil gun combustion condition before adjustment

圖2 調(diào)整后重油油槍燃燒情況Fig.2 HFO oil gun combustion condition after adjustment

油槍運(yùn)行期間要保持空氣預(yù)熱器吹灰器連續(xù)運(yùn)行，避免未燃盡的油氣在空氣預(yù)熱器蓄熱元件沉積而造成火災(zāi)事故。另外有些國(guó)家因售油企業(yè)或業(yè)主監(jiān)管不嚴(yán)，購(gòu)入的燃油存在以次充好甚至摻水等問(wèn)題，要定期對(duì)入爐油質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè)，對(duì)油罐進(jìn)行排水檢查。

1.3 冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)

按國(guó)內(nèi)調(diào)試導(dǎo)則[2]，鍋爐冷態(tài)通風(fēng)試驗(yàn)包含以下內(nèi)容：1）風(fēng)量測(cè)量裝置的標(biāo)定；2）一次風(fēng)的測(cè)量和調(diào)平試驗(yàn)；3）風(fēng)門擋板動(dòng)作試驗(yàn)；4）通風(fēng)阻力特性試驗(yàn)；5）燃燒器擺角位置的調(diào)整。印度尼西亞、越南、巴西、印度等國(guó)家目前沒(méi)有冷態(tài)試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)程或?qū)t，國(guó)際上也沒(méi)有類似ASME的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致國(guó)外項(xiàng)目業(yè)主對(duì)于冷態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容提出很多要求。試驗(yàn)單位可以嘗試將國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)向外方業(yè)主進(jìn)行耐心解釋，說(shuō)明冷態(tài)試驗(yàn)的目的和內(nèi)容，很多業(yè)主給予了理解和支持，但說(shuō)服印方業(yè)主的難度很大。

某印度項(xiàng)目采用四角切圓燃燒方式的鍋爐，印方擔(dān)心爐膛出口水平煙道及尾部煙道存在氣流偏差而導(dǎo)致鍋爐受熱面出現(xiàn)磨損，于是要求調(diào)試人員在冷態(tài)試驗(yàn)時(shí)對(duì)水平及尾部煙道多個(gè)截面（如圖3）測(cè)量煙氣流速，并要求各處風(fēng)速偏差＜±15%；若偏差超出此范圍，則需布置擾流板對(duì)煙氣流速進(jìn)行調(diào)整，直到風(fēng)速偏差滿足要求。如果按業(yè)主要求進(jìn)行試驗(yàn)，若風(fēng)速不滿足要求，將進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量和調(diào)整，試驗(yàn)難度大。中方同鍋爐廠進(jìn)行了溝通，由鍋爐廠發(fā)正式文件向業(yè)主解釋鍋爐在設(shè)計(jì)過(guò)程中控制風(fēng)速偏差采取的措施以及在運(yùn)行過(guò)程中調(diào)整煙溫偏差的方法，當(dāng)前設(shè)計(jì)可確保鍋爐受熱面安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)多次解釋后，業(yè)主最終認(rèn)可了中方冷態(tài)試驗(yàn)。

1.4 燃煤煤質(zhì)變化大

圖3 冷態(tài)試驗(yàn)風(fēng)速測(cè)量截面Fig.3 measuring sections of cold state test

如1.1節(jié)所述，鍋爐是基于設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行設(shè)計(jì)的。國(guó)外項(xiàng)目采購(gòu)流程不嚴(yán)謹(jǐn)，因政局不穩(wěn)或自然災(zāi)害等原因，業(yè)主采購(gòu)的燃煤會(huì)與設(shè)計(jì)煤種存在很大差異。例如，某廠設(shè)計(jì)煤種是高灰分低熱值的印度煙煤，采用直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)。試運(yùn)行后期因煤礦罷工，印度煤產(chǎn)量受影響，于是業(yè)主從印度尼西亞進(jìn)口了高揮發(fā)分的印度尼西亞煤。調(diào)試單位多次取原煤樣進(jìn)行分析，經(jīng)計(jì)算，印度煤的煤粉爆炸性指數(shù)Kd[3]范圍在2.0～3.5，印度尼西亞煤的煤粉爆炸指數(shù)范圍在8.9～9.4，印度尼西亞煤屬于極易爆炸的煤種。從設(shè)備及人員安全角度出發(fā)，調(diào)試單位建議慎重使用印度尼西亞煤，可以嘗試按10%的比例逐步加量混燒印度尼西亞煤。對(duì)于調(diào)試單位的建議，總包和印方業(yè)主沒(méi)有引起重視，他們認(rèn)為“是煤就能燒”。在試運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生兩次制粉系統(tǒng)爆炸事故，因鋼球磨煤機(jī)煤粉存儲(chǔ)多，爆炸能量大，導(dǎo)致磨煤機(jī)出口粉管及燃燒器嚴(yán)重受損。

為保證機(jī)組試運(yùn)期間的安全穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)試單位需要求燃料供應(yīng)部門定期提供入爐煤發(fā)熱量、水分、揮發(fā)分、灰分等分析報(bào)告，運(yùn)行人員需及時(shí)根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)整制粉系統(tǒng)、鍋爐運(yùn)行參數(shù)。若煤質(zhì)超出鍋爐設(shè)計(jì)煤種的范圍，建議進(jìn)行摻燒試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定摻燒比例，切不可在未掌握燃煤特性的情況下，大范圍使用新煤種。

1.5 可靠性運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)

對(duì)于國(guó)內(nèi)300 MW及以上的機(jī)組，連續(xù)滿負(fù)荷試運(yùn)行考核的時(shí)間是168 h（7 d）[4]。國(guó)外項(xiàng)目機(jī)組可靠性運(yùn)行的時(shí)間基本在項(xiàng)目總合同中約定，印度尼西亞項(xiàng)目大多為168 h；越南項(xiàng)目為360 h（15 d）或720 h（30 d）；印度項(xiàng)目為336 h（14 d）。國(guó)外項(xiàng)目的可靠性運(yùn)行時(shí)間是國(guó)內(nèi)的數(shù)倍，這對(duì)中方調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)人員提出了更高的要求，中方各單位要協(xié)同配合，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，及時(shí)處理。試運(yùn)期間要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備重要保護(hù)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)視，出現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行邏輯強(qiáng)制并處理。對(duì)重要設(shè)備的事故按鈕設(shè)專人24 h進(jìn)行監(jiān)護(hù)，防止閑雜人員誤動(dòng)。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于機(jī)組進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)也存在差異。國(guó)內(nèi)機(jī)組在完成滿負(fù)荷試運(yùn)及相關(guān)的涉網(wǎng)試驗(yàn)后可申請(qǐng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。在印度，機(jī)組只需完成3 d連續(xù)滿負(fù)荷試運(yùn)并進(jìn)行負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)后即可申請(qǐng)商業(yè)運(yùn)行許可。因此有印度業(yè)主要求中方先進(jìn)行3 d滿負(fù)荷試運(yùn)并進(jìn)行負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，在取得商業(yè)許可后會(huì)故意延長(zhǎng)中方的試運(yùn)行工作，印方可以在試運(yùn)期間獲得發(fā)電的收益。中方可以利用業(yè)主急于進(jìn)行3 d滿負(fù)荷的心理，同印方進(jìn)行相關(guān)技術(shù)方面的談判來(lái)保護(hù)中方利益。

2 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)國(guó)外燃煤電站項(xiàng)目鍋爐調(diào)試過(guò)程中的主要技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題，從鍋爐設(shè)計(jì)、燃油系統(tǒng)、冷態(tài)試驗(yàn)、燃料煤質(zhì)、可靠性試驗(yàn)等方面進(jìn)行了分析，提出了解決問(wèn)題的途徑和方法，希望能給國(guó)外電站項(xiàng)目調(diào)試人員提供參考和幫助。國(guó)外項(xiàng)目對(duì)調(diào)試人員要加強(qiáng)項(xiàng)目合同、國(guó)內(nèi)外技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)，對(duì)于差異要同業(yè)主保持積極的溝通，以促進(jìn)調(diào)試工作的順利開(kāi)展。

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