直流爐水煤比失調的主要原因分析及處理

張洪彥

摘 要：文章對直流爐的工作原理進行了介紹，同時結合內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司（簡稱托電）五期2臺直流爐的主要特點，對直流爐水煤比失調的主要原因進行分析。水煤比嚴重失調可能會導致鍋爐受熱面壁溫超限、機組非停，甚至造成汽輪機安全事故。文章對每項可能引發水煤比失調的原因提出了針對性處理方法，以保障機組能夠安全運行。

關鍵詞：直流爐;水煤比;過熱度;過熱汽溫

中圖分類號：TK229.2 文獻標識碼：A

直流爐過熱器蒸汽溫度的平穩表征著鍋爐的運行工況是否穩定，過熱汽溫的變化主要受鍋爐燃燒及中間點溫度變化的影響，而影響中間點溫度的一個重要因素就是水煤比。簡言之，水煤比是否適合，直接影響到鍋爐運行工況的穩定。直流爐水煤比不是一個固定的值，其與鍋爐燃料的發熱量有著直接關系。以托電五期鍋爐為例，五期直流爐為東方鍋爐廠生產，設計主蒸汽1878t/h，主汽溫度為605℃，再熱蒸汽溫度為623℃，中間點溫度保護定值460℃。額定負荷時，鍋爐設計煤種煤量為291t/h，水煤比一般在5.5～6.5之間，汽動給水泵、一次風機均為單列布置。正常運行中，在鍋爐負荷及燃料品質穩定的情況下，大幅減小水煤比可能會引發水冷壁超溫，甚至中間點溫度高引發鍋爐滅火;大幅提高水煤比會導致過熱器汽溫突降，嚴重時造成過熱汽溫10min下降50℃以上，威脅到汽輪機的安全運行[1]。

1 直流爐原理介紹

直流爐靠給水泵提供的循環動力壓頭，使機側給水依次通過鍋爐省煤器、水冷壁、過熱器，并全部變為過熱蒸氣。水的加熱、蒸發和水蒸氣的過熱都在受熱面中連續進行，不需要在加熱中途進行汽水分離。因此，直流爐蒸發區的循環倍率為1。直流爐在省煤器受熱面、蒸發受熱面和過熱器受熱面之間沒有固定的分界點，隨鍋爐負荷變動而變動，故直流爐中間點溫度不是一個定值，其隨負荷及運行調整的變化而改變。隨著電站鍋爐容量的不斷增大，直流鍋爐已成為我國電站鍋爐的主流發展方向。為了提高直流鍋爐對負荷變化的適應能力，以適應電力市場的低負荷調峰需求，直流鍋爐水冷壁下部為螺旋水冷壁，上部為垂直水冷壁，螺旋上升管圈對爐內熱偏差的敏感性最小，管子間不存在兩相流體分配問題，具有良好的低負荷運行特性。

2 水煤比失調主要原因

水煤比，在理想情況下，是由當前負荷下鍋爐的給水量與燃煤量的比值計算而來。然而，由于鍋爐的燃煤進入磨內制成煤粉，再送入爐膛燃燒存在一定的滯后性，所以在計算水煤比的熱工邏輯中存在一定的修正。直流爐給水量和燃煤量的匹配與否，對汽溫、汽壓控制有較大地影響。正常情況下，水煤比在一定范圍內，能夠維持汽壓和汽溫的穩定，但是一旦出現給水系統或制粉系統等異常，將導致水煤比失調，超出協調自動調整范圍。手動再干預不當，將會導致異常擴大。造成水煤比失調的主要影響因素分析如下。

2.1 對給水系統造成大幅擾動的主要因素

2.1.1 給水泵故障

在升降負荷時，小機MEH控制系統發生遙控切除、轉速自動切除或低調閥卡澀等故障，如果處理不及時，將造成水煤比大幅波動。如果發生在升負荷時，將造成水煤比大幅降低，將引起過熱汽溫超限，嚴重時可能造成鍋爐受熱面壁溫超限，中間點溫度高引發非停事故;如果發生在降負荷時，將使過熱汽度降低，汽溫下降，嚴重時造成儲水罐滿水、蒸汽帶水等事故。

2.1.2 高加投停

正常運行中高加退出，將導致鍋爐給水溫度大幅降低，在給水量不變的情況下，將造成鍋爐水冷壁內介質吸熱量增大，爐膛出口煙氣溫度降低，過熱汽溫降低。同時，高加抽汽退出后還會造成主汽壓力升高，過熱度進一步降低，水煤比失調，應及時進行干預調整;高加投運過程與退出過程相反。

2.1.3 高加泄漏

高壓系統發生泄漏后，將導致高壓給水從管道漏點進入高加汽側疏水，汽側疏水通過高加正常疏水或事故疏水，排至除氧器或凝汽器內部。由于部分高壓給水進入高加汽側疏水，將導致省煤器入口給水流量降低，水煤比減小，在鍋爐負荷穩定時，將造成中間點溫度升高，過熱汽溫升高。若高加泄漏較大且發生在高負荷，將可能導致受熱面壁溫超限，中間點溫度高，引起機組非停。

2.2 對制粉系統造成大幅擾動的主要因素

2.2.1 給煤機皮帶打滑

機組正常運行中，發生給煤機皮帶打滑事故，將導致鍋爐實際給煤量遠小于顯示的煤量。若保持當前方式運行，看似水煤比不變，其實鍋爐的燃料量與給水量已經出現了嚴重的失調。給水量遠大于當前鍋爐燃燒的熱負荷需求量，造成過熱度下降，過熱汽溫降低，嚴重時可能造成汽溫10min下降50℃以上，威脅汽輪機的安全運行。

2.2.2 磨煤機堵粉

磨煤機發生堵粉時，將導致鍋爐當前燃燒熱負荷下降。在維持當前煤量與給水流量不變時，將造成鍋爐實際燃燒熱負荷與給水流量不匹配，引發過熱度下降，過熱汽溫降低。同時，若磨煤機堵粉經過在線吹掃被吹通后，在維持當前煤量與給水流量不變時，將造成鍋爐實際燃燒熱負荷增強，引起過熱度升高，過熱汽溫升高。

2.2.3 磨煤機跳閘

機組在協調方式下運行時，發生單臺磨煤機保護動作跳閘，磨煤機風粉瞬間被阻斷，同時其他磨煤機煤量將自動增大，給水量變化較小。因原煤燃燒有一定的滯后性，將導致短時鍋爐熱負荷降低，汽溫降低。經過短時間后鍋爐燃燒強度會再次增強，將會緩解汽溫的下降趨勢，甚至可能會導致汽溫升高。具體要考慮單臺磨煤機的最大出力，跳閘磨煤機為底層磨還是上層磨，燃煤發熱量是優質煤還是劣質煤等因素，這些都需要結合具體實際情況進行考慮。

2.2.4 一次風機故障

一次風機能將所磨制的煤粉順利攜入爐膛并保持一定的剛性，如果一次風機發生動葉突關、連接機構脫落等導致一次分壓突降的故障，將導致一次風機攜粉能力下降，爐膛內風粉濃度降低，導致汽溫、汽壓降低。若運行人員干預較晚，維持當前總煤量和給水量不變，將會導致鍋爐實際產生的熱負荷與給水量之比嚴重失調，導致過熱度下降，過熱汽溫大幅降低。

2.2.5 油槍投停

有些電廠投油槍時的燃油量未折算到總燃料中，這就導致在鍋爐燃燒不穩投油助燃或者定期工作試投油槍時，尤其是多支油槍同時投入或撤出時，鍋爐熱負荷值會突增或突降。在保持當前煤量與給水流量不變的情況下，由于油槍投入、撤出對爐膛熱負荷的影響，過熱度及過熱汽溫也會發生相應變化。

3 水煤比失調后的處理

正常運行時，對給水系統加強監視，發現給水主控跳閘時，應立即穩定當前負荷，查明原因后投入。如果發生小機低調閥突開或突關，需立即降低機組負荷，同時啟動電泵并入給水系統，緩慢關閉小機汽源供汽門，調整汽泵流量，盡量維持水煤比穩定，將故障汽泵退出系統，停運后進行檢修。

運行中投運高加系統時，應根據規程要求緩慢開啟各級抽汽電動門。同時，在投運過程中，根據中間點、主汽壓力、過熱汽溫、壁溫等參數，緩慢增加水煤比，根據經驗值水煤比增加1。比如，高加退出前水煤比為5.5，則投運后大約為6.5左右;高加退出時，按反向進行控制。

高負荷時高加系統泄漏，將會導致中間點溫度快速升高。此時應及時降低機組負荷，同時增加水煤比，注意防止超壓、超負荷。如果汽泵出力已沒有裕量，可以通過快速減煤、打磨等方式減少鍋爐熱負荷，維持水煤比穩定，避免機組因中間點溫度高造成非停。

給煤機發生皮帶打滑時，應快速降低故障給煤機煤量后停運，增加其余磨煤機出力，盡量維持當前負荷煤量。如果無法維持當前負荷煤量，應及時解除燃料主控，手動增加其余磨煤機出力至最大，保持鍋爐燃燒強度與給水流量穩定，保持汽溫穩定，注意防止其他磨煤機堵磨。

發生磨煤機堵磨或者一次風壓故障，導致一次風壓突降異常時，會使爐內實際燃用煤量偏低于顯示煤量。此時不能依據正常運行時的水煤比情況進行調整，而需要依據過熱度變化情況調整給水量。如果短時間一次風壓無法恢復，需要及時降低機組負荷，關閉備用磨煤機一次風通風。如果風壓仍無法恢復，則投入燃油增強燃燒，防止出現過熱度長時間過低、汽溫無法控制的情況。調整過程中，需要防止磨煤機突然吹通大量粉到爐膛中，導致超壓、超溫的情況。

低負荷四臺磨煤機運行時，出現任一磨煤機跳閘，立即將等離子磨拉弧（等離子磨正常運行的情況）投入。如果其他磨煤機火檢模擬量出現大幅擺動，應將該磨煤機對應油槍投入運行。投油后注意及時調整給水，保持水煤比穩定，按每支油槍折算成3t煤量的經驗值進行調整。同時，檢查其他磨煤機的運行情況，防止煤量增大后造成堵磨。

4 結語

如果直流爐水煤比失調由給水泵組故障引起，應根據情況啟動電泵，通過調整電泵出力、泵組再循環等手段調整給水量，盡量保持水煤比的穩定。如果水煤比大幅波動，引起汽溫、汽壓大幅波動，應密切注意鍋爐受熱面壁溫及汽輪機振動、軸向位移、上下缸溫等參數的變化，以免導致事故擴散。如果高負荷制粉系統發生給煤機皮帶打滑、跳磨、堵磨等故障，應及時解除燃料主控。根據情況，也可將汽機主控解除，將協調切至基礎方式。在處理過程中，應密切注意其他磨煤機出力情況，防止造成其他磨煤機堵磨、火檢不穩跳閘等事故，防止事故擴散。

參考文獻

[1] 大唐托克托發電公司五期集控運行規程.2018修訂版[S].呼和浩特：大唐國際托克托發電公司，2018.