600 MW超超臨界鍋爐水冷壁爆管防治措施

夏學(xué)敏

(遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司，遼寧 鐵嶺 112000)

1 機(jī)組概況

遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司二期工程安裝2臺(tái)(#5，#6機(jī)組)600 MW超超臨界機(jī)組，分別于2008年7月、12月投產(chǎn)發(fā)電,同步安裝脫硫和電除塵設(shè)備。鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、制造，三菱重工業(yè)株式會(huì)社提供技術(shù)支持。該鍋爐為HG-1795/26.15-YM1型超超臨界、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π形變壓直流鍋爐。采用低NOx主燃燒器分級(jí)燃燒技術(shù)和MACT型低NOx分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、反向切圓燃燒方式；爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱；調(diào)溫方式除煤/水比外，還采用煙氣分配擋板、燃燒器擺動(dòng)、三級(jí)減溫水調(diào)整等方式。制粉系統(tǒng)選用中速磨煤機(jī)一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)，每個(gè)鍋爐配置6臺(tái)MPS235HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)，最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下5臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用，磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度R90為18%；同時(shí)還在A層制粉系統(tǒng)配備了等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，以最大限度減少啟動(dòng)和助燃用油。鍋爐配有2臺(tái)32-VI(T)-1950-SMR型半模式、雙密封、三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，立式布置，煙氣與空氣以逆流方式換熱[1-3]。

2 水冷壁爆管原因分析

該公司2臺(tái)600 MW鍋爐自投產(chǎn)以來(lái)多次出現(xiàn)水冷壁爆管泄漏事件，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。超臨界以上高參數(shù)燃煤發(fā)電機(jī)組單位發(fā)電煤耗降低，節(jié)能效益顯著，但出現(xiàn)了相較于亞臨界自然循環(huán)鍋爐多的鍋爐爆管，特別是水冷壁區(qū)域爆管，原因可簡(jiǎn)單分為兩方面：(1)水冷壁鋼材耐高溫高壓指標(biāo)不合格，水冷壁管內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)過(guò)程中水冷壁鋼管受熱不均勻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；(2)投產(chǎn)后，局部超溫超壓導(dǎo)致金屬變形，溫度變化過(guò)快產(chǎn)生交變應(yīng)力。從這些基本理論出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及電力科學(xué)研究院的化驗(yàn)結(jié)果，綜合分析得出爆管泄漏原因主要為：局部超溫、水冷壁管內(nèi)結(jié)垢造成水冷壁管內(nèi)特別是節(jié)流孔圈堵塞及不可控制的水冷壁管原始缺陷。

3 解決措施

針對(duì)近年來(lái)實(shí)際運(yùn)行情況，該公司從運(yùn)行角度制訂了有針對(duì)性的措施并嚴(yán)格執(zhí)行,主要內(nèi)容如下。

(1)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，增加水冷壁入口節(jié)流孔圈反沖洗工藝。鍋爐啟動(dòng)上水時(shí)，當(dāng)分離器水位正常后，停止給水泵運(yùn)行，通過(guò)前后爐膛入口聯(lián)箱放水至渣池，對(duì)水冷壁入口節(jié)流空圈反沖洗30 min，防止節(jié)流孔堵塞。

(2)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中提高并加強(qiáng)水質(zhì)控制。熱態(tài)沖洗時(shí)，將分離器貯水箱疏水水質(zhì)中Fe的質(zhì)量濃度合格標(biāo)準(zhǔn)由200 μg/L提高到100 μg/L；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)蒸汽中Fe的質(zhì)量濃度合格要求由10 μg/L提高到5 μg/L。

(3)嚴(yán)格控制啟停爐及正常運(yùn)行時(shí)鍋爐負(fù)荷變化速率，保證鍋爐各受熱面壁溫不超限，壁溫變化速率及相鄰管之間壁溫在正常范圍內(nèi)，防止鍋爐膨脹不均或受限。機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，熱態(tài)沖洗完成后，控制鍋爐主蒸汽升溫速率≤3 ℃/min，升壓速率≤0.15 MPa/min。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，控制升負(fù)荷速率≤3 MW/min，升溫速率≤2 ℃/min，升壓速率≤0.10 MPa/min。

(4)機(jī)組低負(fù)荷階段，充分暖機(jī)、暖爐，保證鍋爐本體、水冷壁膨脹均勻、充分，防止水冷壁拉裂。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，在30，60，90，120 MW負(fù)荷節(jié)點(diǎn)各暖機(jī)30 min，并嚴(yán)格自動(dòng)帶初負(fù)荷。

(5)機(jī)組低負(fù)荷、鍋爐爐水由濕態(tài)(水冷壁出口的工質(zhì)是汽水混合物，需要汽水分離器分離蒸汽和水)轉(zhuǎn)換到干態(tài)(水冷壁出口的工質(zhì)全部是蒸汽)階段，加強(qiáng)調(diào)整給水量及啟動(dòng)循環(huán)泵出力，保證水冷壁升溫速度均勻且不超溫。

(6)改變鍋爐原有啟動(dòng)方式，加強(qiáng)水冷壁壁溫控制。在原鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐采用A磨煤機(jī)等離子點(diǎn)火，磨煤機(jī)投運(yùn)順序?yàn)椋篈→B→C→D→E→F。日本三菱公司MHI垂直管圈水冷壁的典型設(shè)計(jì)是把最下層的磨煤機(jī)作為備用磨煤機(jī)，這與國(guó)內(nèi)大多數(shù)電廠把最上層磨煤機(jī)作為備用有所不同，其目的在于防止水冷壁出口溫度出現(xiàn)較大偏差，盡可能讓水冷壁吸熱均勻。為防止鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中爐膛熱負(fù)荷中心過(guò)低，造成水冷壁吸熱增強(qiáng)，水冷壁出口溫差過(guò)大，將啟動(dòng)過(guò)程中機(jī)組啟動(dòng)點(diǎn)火投入燃燒器順序改為：?jiǎn)?dòng)A磨煤機(jī)→啟動(dòng)B磨煤機(jī)→投入AB層油槍，停A磨煤機(jī)→啟動(dòng)C磨煤機(jī)→AB層油槍逐漸切換至CD層油槍→啟動(dòng)D磨煤機(jī)→啟動(dòng)E磨煤機(jī)→停止CD層油槍→啟動(dòng)F磨煤機(jī)→啟動(dòng)A磨煤機(jī)。

(7)修改機(jī)組滑壓曲線。根據(jù)熱力學(xué)知識(shí),超臨界壓力水的比熱隨著溫度升高而升高，而蒸汽的比熱卻隨著溫度的升高而降低。在相變區(qū)工質(zhì)的比熱最大，而汽化潛熱等于零，此工況下水冷壁壁溫出現(xiàn)突升，即發(fā)生了類膜態(tài)沸騰。根據(jù)這一特性，為了避免水冷壁工作在此壓力區(qū)域，查找機(jī)組運(yùn)行滑壓曲線中負(fù)荷、主蒸汽壓力與水冷壁壓力關(guān)系，對(duì)原機(jī)組滑壓曲線進(jìn)行了修改，使水冷壁在此工況進(jìn)行壓力階躍，形成新的滑壓曲線。升負(fù)荷過(guò)程中，386.69～406.17 MW區(qū)間閉鎖壓力增加；減負(fù)荷過(guò)程中，406.17～386.69 MW區(qū)間閉鎖壓力降低，盡量減少在此工況的時(shí)間。調(diào)整后的升、降負(fù)荷曲線分別如圖1、圖2所示。

(8)停爐過(guò)程中，嚴(yán)格按照停爐降溫降壓曲線操作，控制鍋爐壁溫，避免受熱面急劇冷卻，減小熱應(yīng)力。由于停爐后水冷壁壁溫在300 ℃以上，而給水溫度在100 ℃左右，停爐后補(bǔ)水將使水冷壁急劇冷卻，會(huì)造成水冷壁局部拉裂，因此，鍋爐停爐后嚴(yán)禁補(bǔ)水。鍋爐停爐熄火、爐膛吹掃后，鍋爐燜爐。鍋爐熄火24 h后，方可打開(kāi)煙風(fēng)系統(tǒng)有關(guān)擋板、風(fēng)機(jī)動(dòng)/靜葉，使鍋爐自然通風(fēng)冷卻,并符合水冷壁降溫速度≤0.25 ℃/min的要求，防止水冷壁局部拉裂。

圖1 升負(fù)荷曲線

圖2 降負(fù)荷曲線

4 結(jié)論

采取以上措施后， 2015年下半年該電廠只有#5鍋爐發(fā)生過(guò)一次非運(yùn)行原因的水冷壁爆管泄漏事件。自2016年至今，公司2臺(tái)600 MW鍋爐未發(fā)生水冷壁爆管泄漏事件，并實(shí)現(xiàn)了全年“零非停”。按照以前平均每年2臺(tái)機(jī)組因水冷壁泄漏而非計(jì)劃停運(yùn)共6次、每次非計(jì)劃停運(yùn)8 d、日負(fù)荷率80%計(jì)算，影響可調(diào)度電量=600×24×8×6×0.8×10-3=552.96 (GW·h)，按照度電邊際貢獻(xiàn)0.06元計(jì)算，折合人民幣3 317.76萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。