超超臨界機(jī)組火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造及效果分析

銅山華潤(rùn)電力有限公司 張建華 王松 李京

1 設(shè)備概述

銅山華潤(rùn)電力有限公司2x1000MW超超臨界機(jī)組，鍋爐由上海電氣集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)，鍋爐型號(hào)SG-3044/27.46-M53X，鍋爐型式為超超臨界參數(shù)、直流鍋爐、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊構(gòu)造、露天布置、單爐膛塔式布置形式，兩臺(tái)機(jī)組于2010年7月開(kāi)始投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。鍋爐的主要參數(shù)如表1-1所示：

表1-1 鍋爐設(shè)計(jì)性能參數(shù)（B-MCR）

火檢冷卻風(fēng)機(jī)主要是冷卻煤粉燃燒器和油槍火檢探頭，由于火檢探頭在高溫爐膛里，為保證探頭的正常使用，需要加裝火檢冷卻風(fēng)機(jī)。為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，鍋爐MFT保護(hù)之一就是火檢風(fēng)喪失，銅山華潤(rùn)電力有限公司運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：火檢風(fēng)機(jī)出口壓力低（低于3.23kPa）延時(shí)120秒，或兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)全停延時(shí)100秒鍋爐MFT；機(jī)組停運(yùn)后為保證火檢探頭的安全，爐膛溫度下降至100℃以下時(shí)方可停運(yùn)火檢冷卻風(fēng)機(jī)。

銅山華潤(rùn)電力有限公司1000MW機(jī)組配備兩臺(tái)離心式火檢冷卻風(fēng)機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。燃燒系統(tǒng)采用的是美國(guó)阿爾斯通能源公司低 NOx 擺動(dòng)式四角切圓燃燒技術(shù)（LNCFS），采用中速磨煤機(jī)一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配置6臺(tái)ZGM133N中速磨煤機(jī)，其中5臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用，每臺(tái)磨煤機(jī)引出4根煤粉管道到爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道又分成兩根管道，分別與兩個(gè)相鄰的一次風(fēng)噴嘴相連，共計(jì)48個(gè)直流式燃燒器，每組燃燒器風(fēng)箱設(shè)有三層進(jìn)退式機(jī)械霧化油槍，六層燃油噴嘴，24個(gè)油槍。

火檢設(shè)備選用的是美國(guó)FORNEY公司的UNIFLAME95型火焰探頭，該探頭是基于微處理器的火焰探頭，采用固態(tài)紅外、紫外和雙通道傳感器，可以檢測(cè)單燃燒器和多燃燒器火焰的強(qiáng)度和有/無(wú)。該型火檢探頭使用溫度范圍為-45℃～65℃，同時(shí)對(duì)冷卻風(fēng)質(zhì)量和流量要求較高：當(dāng)風(fēng)源為清潔、干燥、冷風(fēng)時(shí)，探頭所需要流量不得小于4SCFM（113L/MIN）；當(dāng)溫度達(dá)到探頭操作溫度的上限或使用不潔/含塵燃料時(shí)，探頭所需要的冷卻風(fēng)流量為15SCFM（425L/MIN）。

2 系統(tǒng)改造原因及可行性分析

2.1 系統(tǒng)改造原因

系統(tǒng)的可靠性不強(qiáng)。某電廠機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，因油槍氣動(dòng)角閥漏油，將火檢風(fēng)機(jī)壓力信號(hào)等電纜燒壞，鍋爐MFT動(dòng)作，國(guó)內(nèi)因?yàn)榛饳z風(fēng)機(jī)跳閘引起鍋爐MFT動(dòng)作的事故也時(shí)有發(fā)生。

運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不高。銅山華潤(rùn)電力1000MW機(jī)組兩臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)流量遠(yuǎn)大于火檢探頭所需流量，造成了廠用電的浪費(fèi)。

日常維護(hù)及檢修成本較高。四臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)需要定期檢修，同時(shí)在運(yùn)行中火檢風(fēng)機(jī)多次出現(xiàn)振動(dòng)大的問(wèn)題，浪費(fèi)了大量的人力和物力。

2.2 可行性分析

表2-1：一次風(fēng)機(jī)與火檢風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)比

從表2-1中可以看出，根據(jù)一次風(fēng)機(jī)和火檢風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，冷一次風(fēng)壓力符合火檢冷卻風(fēng)的要求，在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中冷一次風(fēng)母管壓力均在10kPa以上，冷一次風(fēng)溫度全年最高為52℃（火檢探頭使用溫度范圍為-45℃～65℃），完全能夠滿足火檢冷卻風(fēng)要求，而且火檢冷卻風(fēng)量只占一次風(fēng)總風(fēng)量的不到1%，對(duì)一次風(fēng)量不會(huì)有影響。

從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)布置來(lái)看，冷一次風(fēng)母管和火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)位置較近，采用冷一次風(fēng)提供火檢冷卻風(fēng)，可以節(jié)省大量管道費(fèi)用，投資少，改造簡(jiǎn)單方便。

3 系統(tǒng)改造內(nèi)容

根據(jù)銅山華潤(rùn)1000MW機(jī)組實(shí)際情況，本次改造方案是從冷一次風(fēng)管道上引出冷風(fēng)，作為火檢風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)源，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)或者停運(yùn)過(guò)程中，火檢冷卻風(fēng)由原冷卻風(fēng)機(jī)提供，其運(yùn)行和備用方式與改造前相同；當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐火檢冷卻風(fēng)由冷一次風(fēng)提供，火檢冷卻風(fēng)機(jī)做備用，當(dāng)出現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)跳閘或者火檢冷卻風(fēng)壓力低至聯(lián)啟風(fēng)機(jī)值時(shí)，火檢風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng)，保證火檢冷卻風(fēng)壓力正常。改造后的火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)如圖3-1所示。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造

從鍋爐冷一次風(fēng)母管接出一路管道，該管道根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)道和電纜橋架的位置進(jìn)行布置，該管道內(nèi)冷一次風(fēng)作為火檢冷卻風(fēng)的風(fēng)源。

由于一次風(fēng)機(jī)入口位于鍋爐廠房?jī)?nèi)，一次風(fēng)含塵量相對(duì)較多，考慮到FORNEY公司的UNIFLAME95型火焰探頭對(duì)冷卻風(fēng)品質(zhì)要求較高，在冷一次風(fēng)至火檢冷卻風(fēng)管道上布置了一個(gè)火檢風(fēng)過(guò)濾器，同時(shí)在過(guò)濾器前后加裝了型號(hào)為Z71H-10C的隔離門(mén)和旁路門(mén)，以隔離系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾器濾網(wǎng)清洗。過(guò)濾器安裝有就地差壓表，當(dāng)出現(xiàn)一次風(fēng)壓與火檢風(fēng)壓偏差＞1kPa時(shí)，開(kāi)啟冷一次風(fēng)管至火檢風(fēng)母管旁路手動(dòng)門(mén)，關(guān)閉濾網(wǎng)前后手動(dòng)門(mén)，聯(lián)系檢修進(jìn)行濾網(wǎng)清理。

新增的火檢冷卻風(fēng)源與原火檢風(fēng)接口采用翻板式切換閥形式，正常運(yùn)行時(shí)，翻板將完全封閉火檢風(fēng)機(jī)的出口管道，保證無(wú)風(fēng)量泄露，滿足火檢冷卻風(fēng)風(fēng)壓要求。

3.2 控制邏輯修改

火檢冷卻風(fēng)結(jié)構(gòu)改造完畢后，針對(duì)機(jī)組啟機(jī)時(shí)，一次風(fēng)機(jī)未運(yùn)行，火檢冷卻風(fēng)由火檢冷卻風(fēng)機(jī)提供；機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，冷一次風(fēng)能夠滿足火檢冷卻風(fēng)要求等情況，對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行了修改：

A、B火檢風(fēng)機(jī)分別作為主備用與輔備用，主輔備用可切換。

聯(lián)鎖啟動(dòng)主備用電機(jī)條件：A、B側(cè)出口風(fēng)壓任一低信號(hào)≤5000Pa延遲2S，且火檢風(fēng)機(jī)備用開(kāi)關(guān)已投。

聯(lián)鎖啟動(dòng)輔備用電機(jī)條件（或的關(guān)系）：火檢風(fēng)機(jī)備用開(kāi)關(guān)已投，主備用啟動(dòng)后15S且A、B側(cè)出口風(fēng)壓任一低信號(hào)(≤5000Pa)仍在；火檢風(fēng)機(jī)備用開(kāi)關(guān)已投，主備用啟動(dòng)失敗且A、B側(cè)出口風(fēng)壓任一低信號(hào)(≤5000Pa)仍在。

火檢風(fēng)機(jī)允許停條件（或的關(guān)系）：MFT；另外一臺(tái)運(yùn)行冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行或任一一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行且A、B側(cè)出口風(fēng)壓均不低(＞5000Pa)。

圖3-1 改造后的火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)圖

“火檢風(fēng)源喪失”MFT條件：冷卻風(fēng)壓力低低(≤3000Pa)，延時(shí)40S (三取二 )。

4 系統(tǒng)改造后的操作

系統(tǒng)改造后，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)或停運(yùn)中，火檢冷卻風(fēng)由火檢冷卻風(fēng)機(jī)提供，運(yùn)行或備用與改造前相同，以確保機(jī)組正常啟動(dòng)與停運(yùn)。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)由冷一次風(fēng)提供，火檢冷卻風(fēng)機(jī)作為備用，一旦出現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)跳閘或火檢冷卻風(fēng)壓低至聯(lián)動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)聯(lián)啟，保證火檢冷卻風(fēng)壓正常。運(yùn)行人員需要就地進(jìn)行冷一次風(fēng)和火檢風(fēng)機(jī)風(fēng)源的切換操作，為保證火檢冷卻風(fēng)壓力正常，具體切換操作如下。

4.1 火檢冷卻風(fēng)由火檢冷卻風(fēng)機(jī)帶倒至冷一次風(fēng)帶操作

就地檢查火檢風(fēng)機(jī)控制柜上各電源指示燈顯示正常，控制方式在“遠(yuǎn)方”位置；確認(rèn)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，冷一次母管風(fēng)壓不低于8kPa；確認(rèn)火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，出口母管火檢冷卻風(fēng)壓力不低于8kPa；就地確認(rèn)冷一次風(fēng)至火檢冷卻風(fēng)管路閥門(mén)均關(guān)閉狀態(tài)，濾網(wǎng)前一次風(fēng)壓力大于8kPa。

全開(kāi)冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器前手動(dòng)門(mén)；緩慢全開(kāi)冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器后手動(dòng)門(mén)，直至濾網(wǎng)前壓力≥火檢風(fēng)母管壓力；繼續(xù)開(kāi)大過(guò)濾器后手動(dòng)門(mén)，確認(rèn)火檢風(fēng)翻板換向閥切至冷一次風(fēng)側(cè)；檢查風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖投入，投運(yùn)任一臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)主備用聯(lián)鎖；停火檢冷卻風(fēng)機(jī)；檢查火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，風(fēng)壓穩(wěn)定，各投運(yùn)燃燒器火檢狀態(tài)良好，冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器前后差壓正常。

4.2 火檢冷卻風(fēng)由冷一次風(fēng)帶倒至火檢冷卻風(fēng)機(jī)帶操作

確認(rèn)兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，冷一次風(fēng)母管風(fēng)壓不低于8kPa；確認(rèn)火檢冷卻風(fēng)母管壓力不低于8kPa；確認(rèn)冷一次風(fēng)至火檢冷卻風(fēng)過(guò)濾器前后手動(dòng)門(mén)全開(kāi)，旁路門(mén)全關(guān)；緩慢關(guān)小冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器后手動(dòng)門(mén)，直至火檢冷卻風(fēng)翻板換向閥后壓力降至8kPa。

啟動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)；檢查風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常，聲音、振動(dòng)等均正常，出口風(fēng)壓為不低于8kPa；檢查確認(rèn)火檢冷卻風(fēng)翻板換向閥切至火檢冷卻風(fēng)機(jī)側(cè)；確認(rèn)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，翻板換向閥后壓力穩(wěn)定，各投運(yùn)燃燒器火檢狀態(tài)良好；關(guān)閉冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器后手動(dòng)門(mén)；關(guān)閉冷一次風(fēng)至火檢風(fēng)過(guò)濾器前手動(dòng)門(mén)；投入火檢冷卻風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖和主輔備用聯(lián)鎖。

5 改造后的效果

5.1 機(jī)組可靠性

火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后，冷一次風(fēng)作為火檢冷卻風(fēng)的工作風(fēng)源，兩臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)作為備用風(fēng)源，如表5-1改造前后火檢風(fēng)壓的對(duì)比數(shù)據(jù)所示，在機(jī)組負(fù)荷及磨組運(yùn)行變化情況下，火檢冷卻風(fēng)壓在改造后均在8.5kPa以上，完全符合火檢冷卻風(fēng)的要求，同時(shí)在系統(tǒng)中加裝了翻板式切換閥，可以實(shí)現(xiàn)冷一次風(fēng)風(fēng)源和火檢風(fēng)機(jī)風(fēng)源的自動(dòng)切換，從根本上消除了因火檢冷卻風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致鍋爐MFT事故的發(fā)生的隱患，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

表5-1 改造前后火檢風(fēng)壓的對(duì)比

5.2 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后，火檢風(fēng)機(jī)只在機(jī)組啟停過(guò)程中使用，正常運(yùn)行時(shí)處于備用狀態(tài)，按照銅山華潤(rùn)單臺(tái)機(jī)組2016年平均運(yùn)行300天，火檢冷卻風(fēng)機(jī)功率為11KW，單臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省廠用電79200kW·h，增加效益3.2萬(wàn)元，而單臺(tái)機(jī)組火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造費(fèi)用僅為2萬(wàn)元，同時(shí)大幅度減少了火檢冷卻風(fēng)機(jī)的維護(hù)和檢修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)束語(yǔ)

此次對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)的改造，將機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的火檢冷卻風(fēng)由冷一次風(fēng)提供，完全能夠滿足火檢冷卻風(fēng)的要求，顯著提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，降低了維護(hù)和檢修成本，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了“小改造、大收益”，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。