劣質煤項目鍋爐裝置運行總結

摘 要：本文介紹了中煤平朔劣質煤綜合利用項目在平朔集團轉型發展中的重要作用，簡單介紹了整套裝置的組成、產量、產能，中煤平朔能源化工公司鍋爐裝置在試車過程中出現除氧器的除氧水含氧量偏高、下雨天氣鍋爐落煤管頻繁堵煤、風機軸承冷卻水回收不了外溢造成電纜溝進水等問題，運行過程中出現鍋爐廠房環境溫度超標、因為給水泵軸封泄漏大而造成除氧器壓力達不到設計要求等問題。對試車和運行中出現的問題的原因進行原因分析，詳細介紹了對上述問題所采取的應對措施。

關鍵詞：除氧器;旋膜區;給水泵

1 裝置情況

中煤平朔劣質煤綜合利用示范項目是平朔公司“十二 五”循環經濟規劃項目之一。該項目利用平朔礦區高硫、高灰、高揮發分、高灰熔點、中低熱值劣質煤為原料，生產合成氨30萬t/a、硝銨40萬t/a，并副產高附加值的液化天然氣1.1億標方/a。項目工程內容包括一套30萬t/a合成氨裝置（副產1.1億標方液化天然氣）、兩套18萬t/a硝酸兩套、兩套20萬t/a硝酸銨裝置，配備鍋爐、空分、供電、水處理、倉庫、行政辦公樓等輔助工程。本工程是中煤平朔公司高標準循環經濟規劃項目之一，設計建成有四臺160t/h循環流化床鍋爐，三開一備用，滿足全廠供汽需求。

2 鍋爐裝置的流程

2.1 鍋爐流程簡述

公司地處晉北地區，配備了四臺太原鍋爐廠生產的次高溫次高壓循環流化床鍋爐，平時三開一備。鍋爐型號TG-160/5.29-M型。本鍋爐為次高溫次高壓，單鍋筒橫置式，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架π型布置。鍋爐設有輕型爐頂，運轉層設置在8m標高。鍋爐主要設計參數見表1。

鍋爐主要由爐膛、絕熱旋風分離器、自平衡回料閥和尾部對流煙道組成。爐膛采用膜式水冷壁，并設6組水冷屏，鍋爐中部是絕熱旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級三組對流過熱器，過熱器下方布置兩組光管省煤器及一、二次風各三組空氣預熱器。

燃燒系統由風帽布風裝置、旋風分離器、U型回料閥、床下點火等系統組成。在燃燒系統中，給煤機將煤送入落煤管進入爐膛，鍋爐燃燒所需空氣分別由一、二次風機提供。一次風機送出的空氣經一次風空氣預熱器預熱后由左右兩側風道引入水冷風室，通過水冷布風板上的風帽進入燃燒室;二次風機送出的風經二次風空氣預熱器預熱后，通過分布在爐膛前后墻上的噴口噴入爐膛，補充空氣，加強擾動與混合。燃料和空氣在爐膛內流化狀態下摻混燃燒，并與受熱面進行熱交換。爐膛內的煙氣（攜帶大量未燃盡碳粒子）在爐膛上部進一步燃燒放熱。夾帶大量物料的煙氣經爐膛出口進入絕熱旋風分離器之后，絕大部分物料被分離出來，經返料器返回爐膛，實現循環燃燒。分離后的煙氣經轉向室、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器、一、二次風空氣預熱器由尾部煙道排出。

鍋爐的給水經過水平布置的兩組光管式省煤器加熱后經導水管進入鍋筒。鍋筒內的鍋水由集中下降管、分配管進入水冷壁下集箱、水冷壁管、上集箱，然后由引出管進入鍋筒。鍋筒內設有汽水分離裝置，飽和蒸汽從鍋筒頂部的蒸汽連接管引至尾部低過進口集箱，經低溫過熱器、一級噴水減溫器、高溫過熱器、吊掛管、集汽集箱，最后將合格的過熱蒸汽引出。主要設備參數見表2。

2.2 煙氣脫硝區（SNCR+SCR）工藝流程

自氨水儲罐接出的20wt%氨水溶液經過高壓離心泵送入爐區和除鹽水在管道中混合至5wt%左右經過分配模塊分配至各層各個噴槍最終噴入合適的溫度區域。氨水的注入量控制是由SNCR初始NOx濃度值、鍋爐負荷、過氧量和氨氮比（NSR）等來控制的。

在合適溫度區域內噴入的還原劑氨水迅速分解為氨氣和煙氣中的NOx發生反應生成N2和H2O從而達到脫硝的目的，未反應的NOx和氨氣流入至下游催化劑層繼續進行脫硝反應。

SCR反應器操作溫度可在320℃～420℃，SCR反應器內置于上級省煤器和下級省煤器之間，溫度測量點位于SCR反應器前的進口煙道上，出現320℃～420℃溫度范圍以外的情況時，溫度信號將自動連鎖關閉相應氨水溶液入口電動開關閥MV-1101和MV-1201（2、3、4#爐以此類推）。

反應生成的水和氮氣隨煙氣進人下游設備并隨煙囪排入大氣。在SCR出口的尾部煙道設置NOx、O2和NH3濃度監視分析儀。NH3濃度監視分析儀監視NH3的逃逸濃度小于10ppm，超過則報警。SCR內設置聲波吹灰器，其可防止催化劑的堵塞。

脫硫采用爐內噴鈣+煙氣氨法脫硫協同工藝。

2.3 鍋爐補水系統

從水處理車間來的20℃、0.9MPa的脫鹽水經φ219× 6送到鍋爐車間界區以后分成三路：第一路是經φ108×4管道通過LV-0271液位調節閥進入除氧器作為正常的除氧器補水;第二路是送至鍋爐側的疏水箱里作為鍋爐上水。第三路是通過φ194×5冷渣器冷卻水母管進入各臺冷渣器回收爐渣的熱量，從冷渣器出來的85℃、0.9MPa熱水管又分成φ159×4.5和φ108×4兩條管路，φ159×4.5作為冷渣器熱水母管把水分配到各臺運行的除氧器，其中φ108×4管道的熱水返回化工區低壓除氧器。除氧器設備參數見表3。

鍋爐在全公司化工裝置開起來以后，要接受由化工區變換系統來的145℃、0.5MPa（g）、400t/h的化工工藝熱水作為除氧器主要水源。

3 試車節點簡述

3#、4#鍋爐于2014年6月16日8點開始上水打壓升壓速度0.3MPa/min，12時結束打壓，最高壓力7.28MPa。1#、2#鍋爐于2014年7月29日10點上水打壓，升壓速0.3MPa/min，12時結束打壓，最高壓力7.28MPa。

1#鍋爐于2016年5月11日18：00點火開始煮爐，5月14日10：05停爐檢修。5月20日再次點火進行管道吹掃，24日進行了安全閥整定工作，24日17：17停爐檢修。6月23日22：38，1號爐點火投運，由于蒸汽指標不合格（硅含量超標），7月15日1號爐并網運行。截止9月底累計運行1448h。

2#爐于2016年1月12日18：30點火開始煮爐，15日煮爐結束，直接進行管道吹掃工作，1月22日進行安全閥整定工作，1月29日2號爐并網運行。之后間斷運行至今，截止9月底累計運行4996h。

3#爐于2015年11月6日19：13點火開始煮爐，11月9日7：15分開始管道，當日13：19因西側水冷壁泄漏，3號爐停車消缺。11月24日01：10重新點火，開始管道吹掃工作，12月1日完成安全閥整定工作后，投入連續運行，截止9月底累計運行5551h。

2016年4月28日，3號鍋爐進行滿負荷試驗，當負荷升至150t/h，二次風機電機線圈超溫（86℃），超電流（41.2A），排煙溫度略高（142℃），停止提負荷，后經過處理達到滿負荷。

4#爐于2015年10月4日首次點火成功，10月7日完成鍋爐煮爐工作后停爐消缺。10月11日再次點火，完成鍋爐吹管及安全閥整定工作，10月14日停爐消缺。10月21日點火進行鍋爐72h穩態運行（未達額定負荷），期間進行廠區管路吹掃工作，一直連續運行至12月17日上午10點25分，鍋爐上水冷壁右側集箱與汽包連接管發生爆管事故。4號爐累計運行1344h。

4 試車中出現的問題及應對措施

4.1 除氧器除氧水溶解氧不合格（40～80μg/L）

溶解氧含量超標原因分析：

①設計要求除氧器運行方式為定壓運行，目前處于調試階段，對蒸汽量調整頻繁，導致鍋爐補水量及除氧器加熱蒸汽流量不穩定。快速補水及加熱蒸汽壓力低、流量小導致除氧器內補水不能迅速達到飽和狀態，溶解氧含量波動比較大;②原設計除氧器主要進水為從化工區低壓除氧站來的熱水（設計進水量為400t/h，溫度145℃），這股水進入鍋爐裝置高壓除氧器的進水口設置在除氧器旋膜區內[1]，在此區域內蒸汽與進水能夠充分傳熱傳質，除氧效果最理想。化學補充水（脫鹽水冷水）僅作為系統補充水調整除氧器液位使用，此管路進入高壓除氧器的進水口也布置在除氧器旋膜區內。目前供水系統沒能經過以上兩趟管路，而是采用冷渣機回水管路，此管路進入高壓除氧器的進水口布置在除氧器旋膜區下方，與加熱蒸汽傳熱效果較差，造成目前除氧器的加熱蒸汽達不到有效的除氧效果，進入除氧頭很快便從上部排氣口排出，不僅浪費大量蒸汽而且減緩了水箱內溶解氧的排出;③單臺冷渣機運行的設計冷卻水量為44t/h，單臺爐正常開車冷渣機所需理論冷卻水量為88t/h，但實際運行情況所需冷卻水量要高于設計值，且鍋爐平均負荷在100t左右，所以通過化學補充水作為主要進水口目前仍不具備條件。

確認原因后，經過同總調、生產技術部研究決定施行技術改造，將冷渣機回水管路并至化工區來水管路，讓除氧器補水進入旋膜區內，強化旋膜區的傳質傳熱，經過技改后鍋爐給水溶解氧指標達標（<15μg/L）[2]。除氧器改造見圖1。

4.2 下雨天，給煤機落煤管頻繁堵塞

由于鍋爐燃煤筒倉一直沒有投用，使用臨時存煤場來儲存燃煤。當時正值雨季，雨天原煤水分含量較大，試運期間出現2次因堵落煤管造成鍋爐停爐事故。燃煤主要靠汽車拉運，煤的來源地不固定，燃料煤的水分波動大，也經常堵塞落煤管，給運行帶來極大地困難。經過車間技術人員討論，決定在煤倉及落煤管處安裝輸送裝置，編制了出現堵煤情況后的應急預案，使操作人員能夠更好、更快的解決堵煤問題。

4.3 鍋爐風機軸承冷卻水回收不了

從公司循環水系統來的循環水送到鍋爐界區供裝置使用。鍋爐的風機軸承冷卻水系統上水和回水管線都是φ108×4管線，上水壓力0.4MPa，冷卻水經過軸承以后進入各自的漏斗匯集到無壓回水管線，然后匯集進入循環水收集池，再用循環水泵打回循環水系統。因為是無壓回水，回水管線又長，導致漏斗大量循環水外溢進入鍋爐房零米。但鍋爐房零米無排水系統，冷卻水滲入電纜溝，電纜長期泡在水里，造成重大安全隱患。雖然后期設計院將部分回水技改成有壓回水，但是又帶來觀察水量不方便、檢修隔離困難等問題。最后不得不重新鋪設回水明管到循環水池，才解決了這一簡單又棘手的問題。

4.4 4號鍋爐爆管事故

4#鍋爐是2015年10月4日點火啟動，一直連續運行至12月17日上午10點25分時水冷壁西側上聯箱至汽包導汽管爆管事故。經專家取樣鑒定得出結論：爆管是由于短期過熱造成的，屬短期過熱爆口。在鍋爐和附屬管路的吹管期間，汽包及水冷壁（屏）受熱面出現過嚴重缺水和干燒，是導致水冷壁、導汽管及聯箱短期過熱失效和損傷主要原因。4號鍋爐經過請專業人員、專業隊伍修復以后與2018年元月投入使用，運行情況良好。

4.5 輸渣系統增加除塵裝置

調試初期，除渣系統的輸渣皮帶裸露在外，揚塵非常大，人工清理渣溝浪費大量的人力，整個鍋爐零米環境衛生極差。要求設計院安裝除塵裝置后，效果不太明顯。揚塵情況得到控制，但目前渣溝仍有散落的爐渣，每班需要專人進行清理。2020年4月對輸渣皮帶溝頂部利用瓦楞鐵板進行封閉，利用引風機的吸力把渣溝飄起來的灰塵吸走。改造以后現場環境有一定的改觀。

5 運行中出現的問題及應對措施

5.1 鍋爐房上部環境溫度高

鍋爐本體熱損失大，部分表面溫度超過100℃（鍋爐廠要求不能超過50℃），鍋爐外表面溫度超標。鍋爐頂部散熱不暢，不僅操作環境十分惡劣，也使得電動閥門元器件工作狀況變差，給事故發生留下隱患。鍋爐房散熱主要通過開窗戶散熱。后來經過協商：EPC承包方給房頂加裝排風扇，但是因為功率太小，環境狀況改善不大。目前散熱主要還是通過窗戶散熱（目前單臺爐運行頂部溫度超過45℃）。

5.2 除氧器達不到設計工作壓力

本裝置配備五臺電動給水泵供正常使用，另外配備一臺柴油給水泵供廠用電中斷情況下給汽包供水。運行中發現除氧器的工作壓力最高只能提到0.23MPa，除氧器水溫度在130℃。再往上升壓給水泵的軸承溫度就會一直上升超過75℃（設計值），造成軸瓦損壞。與鍋爐給水設計溫度158℃相差28℃，大約每小時浪費627.2㎏標煤，鍋爐按三開一備用計算，每年運行8000h，多用標煤15000t。經過討論，大家認為：本給水泵采用填料密封，填料泄漏比較大，并且為熱水。軸承填料冷卻水為循環水，在溫度高的時候容易結垢，堵塞上水管更進一步加劇軸承溫度的上升。現在準備把填料密封改為機械密封，然后在進一步提高除氧器壓力。

5.3 化工區低壓除氧站來的熱水pH無法監視

化工區來的熱水（400t/h，145℃，1.7MPa）進入鍋爐裝置的高壓除氧器，同冷渣器來的水匯合后經過除氧器、給水泵升壓供給鍋爐。從試車至今共發生5次不明原因的爐水pH降低事件，最低pH達到4，每次都是按照《蒸汽》進行處理，但是爐水指標恢復至正常最快也用8個小時，給鍋爐造成了嚴重的傷害，也帶來了巨大的設備隱患。通過調取DCS趨勢、實測取樣可以排除從水處理車間來的化學水pH低的可能性。從化工區來的熱水主要是由機組冷凝液、工藝冷凝液組成，由于熱水管線上沒有在線儀表監視電導、pH等指標，平時只是定時取樣檢測，監視手段相對滯后。為此我車間打技術改造報告：要求增加在線電導儀，隨時監視熱水電導。如有異常立即將熱水切除，避免損害鍋爐裝置。

6 尚待解決的問題

目前，鍋爐裝置運行中還存在：①鍋爐給水溫度低、自動化程度不高、備品備件不能及時供應等問題，有些設備就是在等備件，給裝置穩定運行帶來了隱患，如何實現其穩定高產及長周期運行，還有大量工作要做;②設備安裝、設計缺陷還需要不斷修正或完善，例如，一二次風機、引風機軸承振動普遍偏高。雖然機動部門一直在想辦法處理但是效果不明顯;一二次風風道由于設計強度不足經常出現裂紋，威脅安全穩定運行等等;③操作人員操作水平還需要不斷提高。今后我們仍然需要不斷探索與總結，對裝置持續進行優化改進，以實現裝置的安、穩、長、滿、優運行。

參考文獻：

[1]華東電業管理局編.汽輪機運行技術問答[M].北京：中國電力出版社，2012.184-187.

[2] GB/T12145--2016.火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2016： 1-9.

作者簡介：

蘇金祥（1973- ），男，工程師，主要從事鍋爐、汽輪機裝置的安全生產管理工作，研究方向：鍋爐、汽輪機運行管理。