吹灰導致鍋爐MFT事故分析

劉億鑫，寶音太

(1.華電內蒙古能源有限公司，呼和浩特 010020; 2.華電包頭發電有限公司,包頭 014000)

0 引 言

由于市場經濟因素，我國大部分火電機組都長期處于低負荷運行，并且隨著煤炭價格的上漲，燃煤鍋爐成本增加，各個電廠不同程度摻燒各種劣質煤，其灰熔點低、灰分高，導致鍋爐結焦積灰嚴重。

鍋爐在高負荷時，結焦積灰速度加快[1]，而鍋爐中潔凈的受熱面表面傳熱系數一般為46.5～58.1 W/(m2·K)，發生結焦積灰后，其表面傳熱系數迅速下降至0.058～0.116 W/(m2·K)，鍋爐積灰嚴重時，可導致空氣預熱器出口的排煙溫度升高15～20 ℃[2]，鍋爐效率明顯下降。當水冷壁積灰結焦嚴重時，易引起再熱器超溫，導致事故噴水頻繁投入，造成較高品質的蒸汽浪費，同時增加了煙氣中水分的含量，加劇了尾部煙道的腐蝕。受熱面污染使得熱負荷不均勻，容易造成爆管，當漏點蒸汽方向直吹向兩側管束時，高溫高壓蒸汽對相鄰管束沖刷嚴重，致使周圍管束相繼發生爆管，泄露面積增大，形成惡性循環。換熱面上的焦塊積灰容易堵塞煙道，增加風阻，使得通風電耗增加，吹灰時掉落的焦塊易引起鍋爐壓力波動，嚴重時可致鍋爐MFT。

在煙氣中，由于氣流脈動的影響，細小的飛灰粒子容易和氣流一起脈動，導致灰粒穿越氣流的邊界層，在受熱表面附著，從而形成積灰。管子背面有渦流區，細小的顆粒在渦流作用下擴散，出現沉積[3]。文獻[4]通過建立飛灰顆粒沉積與堿蒸氣冷凝相耦合的模型，研究發現煙氣速度通過影響飛灰顆粒的碰撞效率對沉積產生影響；爐溫通過影響飛灰顆粒的黏附效率對沉積產生影響。周磊[5]在研究中發現，高溫煙氣段，細小灰粒在受熱面黏附形成初始灰層，并不斷黏結飛灰顆粒，在高溫條件下形成致密的黏結性積灰；中低溫煙氣段，煙氣中的飛灰顆粒低于灰熔點，灰粒之間不易發生粘連，從而在受熱面上形成疏松的積灰層；而當煙氣或受熱面壁溫達到酸露點時，由于硫酸蒸汽在管壁發生凝結，促使灰粒在受熱面形成低溫黏結灰。焦塊主要由NaCl、MgO、CaSO4、CaCO3和SiO2組成，如圖1所示，積灰物相分析。

因此，燃煤鍋爐受熱面的污染，嚴重影響燃煤機組的經濟性與安全性。本文通過真實案例分析，為燃煤鍋爐的運行優化給予了指導意見。

1 設備概況

某電廠燃煤鍋爐為DG1932.7/25.4-II8型超臨界參數、W型火焰燃燒、垂直管圈水冷壁變壓直流鍋爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、Π型鍋爐。鍋爐爐膛負壓共3個測點，位于爐膛上部，標高60米，布置在A側墻、B側墻、前墻水平中部，對應爐膛壓力低低低1、爐膛壓力低低低2、爐膛壓力低低低3壓力開關，三取二延時3S后MFT保護動作。鍋爐火焰電視監視口位于燃燒器平臺上方，標高約32米，安裝在爐膛四角。鍋爐火焰檢測探頭位于燃燒器平臺，標高約30米，在爐膛拱下。

2 事故過程

2018年2月3日4∶50，機組負荷從570 MW 降至360 MW。11∶50，機組負荷365MW，A、B側引風機、送風機、一次風機及A、B、D、F磨煤機行。12∶05，開始進行爐膛吹灰，12∶28爐膛負壓由-50 Pa突然上漲至500Pa后降至-500 Pa，顯示鍋爐有較大垮灰現象，立即停止吹灰并投A2油槍穩燃，燃燒穩定后停運A2油槍。12∶50恢復吹灰，在爐膛出口折焰角上方A側長吹灰器(L07)吹灰時，13∶24：07發現火焰電視變暗，爐膛負壓在+70 Pa至-100 Pa之間波動且有增大趨勢，立即投入A2油槍穩燃，并進行吹灰器退出煙道的操作，操作過程中鍋爐MFT動作跳機。組織對機組進行全面檢查，確認無異常后，14∶45 鍋爐重新點火，17∶55機組重新并網。

3 原因分析

爐膛內受熱面大量結焦積灰，吹灰時導致發生垮灰現象，造成爐膛上部滅火，煙氣量急劇減少，導致爐膛壓力低低低保護動作，鍋爐MFT，是機組跳閘的直接原因。SOE記錄顯示首出原因為鍋爐MFT“爐膛壓力低低低”保護動作，結合當時正在進行爐膛出口折焰角上方A側長吹灰器吹灰，分析事件過程為：進行折焰角吹灰時，發生了大量垮灰現象，造成A側上部滅火，煙氣量急劇減少，造成爐膛壓力急劇上升，爐膛壓力低低低1(A 側壓力開關)、低低低3(前墻壓力開關)動作，滿足爐膛壓力低低低動作負壓條件，延時3S 后觸發MFT，機組跳閘。MFT動作前發現火焰電視變暗系垮灰后影響電視采光；火焰檢測充滿度未見異常，這是因為火焰檢測器只能檢測燃燒器區域著火、燃燒情況，因為被爐拱遮蔽，爐膛上部火焰燃燒情況未能識別到。分析得出鍋爐MFT動作是原因垮灰導致爐膛負壓低，并不是燃燒器區域著火、燃燒不良，在大垮灰后投運油槍只能加強燃燒器區域著火、燃燒，并不能改變爐膛上部負壓低的狀況，成功投運油槍也無法避免本次事故的發生。

同時，爐膛出口折焰角斜坡及水平煙道極易產生積灰，近期機組長期高負荷運行使爐膛出口積灰更加嚴重，為此次事故埋下隱患。燃燒劣質煤種，熱值降低、灰分增加致使積灰加快、加劇。運行人員在12∶28發生吹灰過程中垮灰導致爐膛負壓波動后，未做好防止垮灰造成鍋爐MFT 動作的預案仍繼續進行吹灰工作，導致吹灰過程中再次大量垮灰。

4 防范措施

將鍋爐吹灰納入日常定期工作，根據機組負荷、鍋爐結焦、積灰程度，可有選擇的進行分區域的吹灰。停爐前應對鍋爐受熱面進行全面吹灰一次。投吹灰時運行人員必須按時在ERP和記錄本上，做好記錄，如：通知吹灰班時間、人員姓名、投運開始時間、結束時間、投運吹灰器臺數及不能投運原因、設備故障原因等。吹灰記錄本上當班機組長、值長簽字，本班吹灰結束吹灰班人員簽字。因特殊原因不能按時按規定進行吹灰時，待吹灰投運條件具備時應增加吹灰頻次。鍋爐投運長吹和短吹時，應先通知吹灰班，運行人員在集控DCS畫面監控吹灰器運行狀態，由吹灰班人員在吹灰控制室和就地進行全過程監控。運行人員投運吹灰時，原則上一次性吹完，除特殊情況下不允許中間斷斷續續，間歇性吹掃，特別是爐膛短吹，正常情況下絕對不允許無任何原因“中斷”位置停留，如“中斷”超過5分鐘，必須復位。然后跳步重新投運。

正常情況下，鍋爐爐膛短吹灰器每天保證全面吹灰2次。吹灰時間：每天上午班和前夜班執行。如果機組500 MW以上大負荷連續運行，執行每班投運爐膛短吹一次。 正常運行工況下，鍋爐本體長吹按定期工作要求，每天全面吹灰一次。爐長吹：按下列規定依次進行吹掃：省煤器6臺長吹下午全面吹掃一次，省煤器6臺聲波吹灰器連續投運。如果脫硝入口煙氣溫度高，匯報專業改變省煤器吹灰方式。末級再熱器和末級過熱器的8只聲波吹灰器連續投運?？疹A吹灰在爐長吹、爐短吹前后必須進行。鍋爐投油或等離子運行時連續吹灰。脫硝吹灰器投運要求：脫硝耙式蒸汽吹灰器每周投運2次，每周二、周五上午班投運一次；脫硝聲波吹灰器連續運行。

鍋爐運行時，應按上述規定定期對受熱面進行吹灰。發現吹灰器報警時，應及時通知吹灰維護人員到就地檢查吹灰器運行狀態，發現異常及時處理。鍋爐短吹投運過程中，不允許長時間在“中?！睜顟B，防止吹灰系統設備長期處于工作狀態。吹灰中斷時，應及時通知吹灰維護人員到就地檢查相關吹灰器，確認無異常或異常消除后，才能繼續吹灰。吹灰結束后，通知吹灰班人員就地檢查吹灰器是否正常退出。否則就地手動將吹灰器手動搖至退出位置，吹灰器退出之前不能中斷蒸汽，防止吹灰槍被燒壞。鍋爐運行時，嚴禁吹灰器在無蒸汽情況下伸入爐內。發生吹灰器卡澀時，吹灰器在爐內無法退出時，應關閉吹灰器汽源，防止吹損受熱面，由檢修人員繼續處理。同時將該吹灰器跳步，保證其它吹灰器的正常投運。吹灰器在吹掃結束退出運行后或停運期間，吹灰班維護人員應檢查確認吹灰器閥門關閉嚴密，否則應立即處理。事故情況下應停止吹灰，鍋爐低負荷、打焦、燃燒不穩時嚴禁吹灰。吹灰時禁止打開鍋爐各檢查孔、人孔門。當MFT時，吹灰程序會自動中斷，退出所有吹灰器并切斷汽源，通知吹灰班人員檢查吹灰器退出情況。吹灰器投運過程中，運行、吹灰班值班員必須密切監視吹灰壓力運行是否正常。

5 不同吹灰技術的對比

目前，國內外常見的商用吹灰技術有，蒸汽吹灰、水力吹灰、燃氣吹灰、聲波吹灰、氣體激波吹灰。蒸汽吹灰是利用高溫高壓的蒸汽沖掃換熱面，使焦塊脫落；水力吹灰是利用帶有一定壓力的水，利用溫度突變使焦塊龜裂脫落；燃氣吹灰使用易燃氣體的爆燃效果，使得受熱面表面附著的焦塊被先壓后拉，從而掉落；聲波吹灰使用壓縮氣體或者高壓蒸汽驅動聲波發生器，產生低頻高強度的聲波使焦塊脫落；氣體激波吹灰使用一定壓力的氣體在特殊結構的激波發生器中瞬間釋放，產生持續時間大于100 ms、強度為2～5馬赫的激波，通過沖擊管噴口作用于受熱面，激波自噴口射出后，在空間內作球面擴散，擴散后的激波在被吹受熱面發生反射和折射，并通過折射層導入，激波的壓力脈沖波在對積灰進行壓拉的同時產生一定等級的聲波，最終積灰在激波和聲波的共同作用下破碎并與受熱面分離，被煙氣帶走[7]。對于不同的受熱面，根據實際情況選用不同的吹灰器。

表1 各種吹灰器的優缺點對比

6 結束語

通過對本次吹灰導致的鍋爐MFT事故整個過程的系統性分析，提出了相應的防范措施和相關建議。一方面防止因鍋爐受熱面積灰結焦嚴重而導致限負荷甚至非停事故的發生，為燃煤機組安全經濟運行提供了保障；另一方面為燃煤鍋爐的優化運行提供了寶貴的經驗。為火電廠的運營者，做好事故預想、加強技術管理、落實防范措施提供了參考。