超临界机组破坏炉底水封运行操作安全对策研究

0引言

大型燃煤机组锅炉炉底水封系统通过水封槽维持密封,在正常运行中可有效隔离负压炉膛与外部环境,通过冷却、密封、压力调节等多重功能,保障锅炉系统的安全、稳定和高效运行。然而,在水位异常、设备故障或人为操作失误导致水封破坏时,可能引发炉膛负压不稳、燃烧恶化、过热器和再热器超温、可燃气体积聚甚至爆炸风险。超临界机组因容量大、系统复杂,对水封安全性要求更高,需制定严格的运行操作规范。

在处理机组捞渣机导轮、顶部链条与驱动轮脱齿,刮板销断裂、错位等缺陷及外部故障时,常需进行破坏炉底水封的操作。停炉消缺经济损失较大,如出现捞渣机故障无法运行的情况,在保证安全的基础上,如果能不停炉破坏水封消缺,将带来巨大的经济效益[1—3]。

1 系统介绍及背景

某发电公司2号机组锅炉是由上海锅炉厂引进技术制造的国产超临界参数、变压运行、螺旋管圈直流锅炉,是采用单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊Π型结构、露天布置的燃煤锅炉。2024—02—06T12:36,2号炉捞渣机跳闸,经生技部和检修人员初步检查发现两块“四管”防护瓦脱落,卡在捞渣机顶部轮驱动与链条之间,导致链条与凸齿跳槽两节,同时多块刮板销子断裂、脱落导致错位。在调整链条后,试启捞渣机过程中因错位刮板阻挡链条正常行驶轨道,链条和驱动马达再度脱齿。在进一步拆除部分错位刮板后试启捞渣机,仍无法正常连续运转,专业评估积渣可能会造成链条压死,并危及水冷壁安全,需要破坏炉底水封外排渣。

2运行中破坏炉底水封的风险

1)锅炉水封破坏时,如捞渣机液压关断门关闭不严,由于引风机抽吸,炉底大量冷风吸入炉膛,火焰中心上移,烟气流量增加,水冷壁吸热份额减少,炉膛后部过热器、再热器吸热份额增加,导致水冷壁出 口水温降低,过热器、再热器出口汽温将快速上升,排烟温度升高,存在过热器、再热器管壁超温,锅炉“主再蒸汽温度高”保护动作,锅炉MFT风险。

2)水封破坏时,炉底吸入大量冷风将影响炉膛燃烧稳定,导致煤火检波动,存在锅炉燃烧不稳熄火风险。

3)炉底漏风影响炉膛吸热,导致锅炉中间点温度快速下降,锅炉将由干态工况转湿态。

4)因炉底漏风导致烟气量增加、火焰中心上移及相对送风量减少,空预器出口排烟温度快速上升,存在因“脱硫原烟气温度高”保护动作,锅炉MFT风险。

5)因炉底大量漏风,锅炉氧量过剩,导致氮氧化物及粉尘排放浓度超标风险。

水封恢复过程中锅炉汽温参数影响现象正好与水封破坏时相反。

3 第一次破坏水封操作

3.1破坏水封操作前运行方式及参数

2024—02—06T21:00,发电部运行值长联系热控专业退出锅炉主、再热汽温高及脱硫原烟气温度高MFT保护,负荷270MW,锅炉主/再热汽温545/513 ℃,给水流量759t/h,炉膛总风量1205t/h,排烟温度96℃ ,炉膛压力+50 pa,A、B层等离子投入,锅炉送风机手动动叶开度24%,引风机自动动叶开度20%。

A、B、C、D磨煤机运行。

3.2破坏水封异常过程

21:30,运行人员开始配合捞渣机检修工作,破坏炉底水封,现场开启放渣门1 min左右,水封破坏、大量冷风吸入炉膛,此时锅炉主、再热汽温开始快速上升,运行人员手动打跳D磨,维持A、B、C三台磨运行,煤火检强度不稳定,C给煤机因失去3个煤火检信号触发C磨煤机急停,监盘人员手动启C给煤机,维持C磨煤机运行,其间锅炉主汽温最高涨至590℃ ,再热汽温最高涨至596℃ 。21:56,机组负荷由6 min前的200 MW快速下降至114 MW,锅炉转湿态。22:02,监盘人员发现空预器出口烟气温度持续上升至160℃ ,即将送风机动叶手动开大至30%,引风机动叶开大至50%。22:10,发现锅炉主、再热汽温再次开始上涨。22:13,将引风机切手动,开始手动减送风机、引风机动叶开度,送、引风调整过程中炉膛出现负压。22:25,主汽温最高涨至595℃ ,再热汽温最高涨至614℃ ,其间锅炉末过、屏过金属壁温发生短时严重超温情况。22:30,将引风机、送风机动叶开度分别降至20%、9%,炉膛压力调整为+320 pa,锅炉主、再热汽温开始下降并趋于稳定,至22:35炉内燃烧工况转好,A、B、C磨火检信号逐渐趋于稳定。23:00,负荷升至200 MW,维持炉膛压力+300 pa运行。23:55,升负荷至250MW,并入A汽泵运行,停运电泵,机组控制模式切至TF模式,锅炉转干态运行。

3.3 主要参数曲线

在机组运行稳定后,技术人员调取了机组参数曲线,如图1所示。

运行人员记录相关数据,对破坏水封前、破坏水封期间、破坏水封后的锅炉相关参数进行比对,如表1所示。

3.4 过程分析

此次操作存在以下不足:

1)捞渣机液压关断门全部无法关闭,破坏水封时大量冷风从炉膛底部进入锅炉,导致火焰中心上移,主、再热汽温上升,排烟温度上升,燃烧不稳。

2)相关专业制定的《2号炉捞渣机水封破坏放渣应急处理措施》不完善,水封破坏后维持炉膛+50 pa的微正压不能有效减小炉底漏风影响。

3)运行调整经验不足,在处置过程中两次送、引风机调整不当,炉膛压力控制不好,增大了炉底冷风吸入,炉膛燃烧恶化,机组负荷下降,锅炉转湿态,增加了运行操作项目及难度,且转湿态后,大量汽水外排,加剧了锅炉主、再热汽温的异常波动。

4 制定运行操作控制措施

针对第一次破坏炉底水封操作中的不足进行认真总结和分析,重新优化、调整破坏水封的应急处置措施。

4.1运行准备工作

1)将机组控制方式切为“TF”模式,手动稳定锅炉煤量,维持A、B、C、D四台磨组或A、B、C三台磨组运行。

2)联系热控专业退出以下联锁保护:锅炉总风量低保护、锅炉主再热汽温保护、脱硫原烟气温度高保护。

3)机组负荷带至310 MW左右,手动开启锅炉启动分离器A、B疏水电动门,做好锅炉转湿态操作预想。

4)检查电泵及锅炉疏水泵处于良好备用状态,为处理过程中发生机组转入湿态做准备。

5)DCS上监控主/再热汽温、螺旋管壁温、分离器出口汽温、炉膛压力、锅炉总风量、给水量等重要参数的变化趋势。

6)投入A、B层等离子运行,强化炉内燃烧,防止水封破坏后引起锅炉燃烧不稳。适当加大下层磨组的制粉系统出力,适当开大运行磨组辅助风,减少冷风从炉底进入炉膛,SOFA及主燃烧器摆角下摆防止火焰中心过度上移。

7)缓慢降低机组主汽压力至14 Mpa,有利于降低饱和温度,使锅炉尽量维持在干态运行,为机组转入湿态做准备,将锅炉主、再热汽温降低至530℃左右,调整给水流量维持中间点过热度在30℃左右。

8)破坏水封前将锅炉送风切手动,引风机动叶自动控制炉膛压力,记录该工况下送、引风机动叶开度。

9)将氮氧化物排放小时均值降至20 mg/Nm3 以下,提前启动一台脱硫浆泵降低粉尘排放浓度。

4.2操作过程控制

1)锅炉运行参数调整稳定后,待值长下令“打开放渣门”开始放渣。

2)炉底水封即将破坏时,将锅炉送、引风机动叶切手动控制,维持当前送风机动叶开度,调整引风机动叶维持炉膛压力300~500 pa,炉底水封破坏后,监控炉膛压力变化,手动调整引风机动叶接近水封破坏前工况时的开度,维持锅炉压力400 pa左右正压燃烧。

3)炉底水封破坏时,密切监视炉膛压力及炉内燃烧情况,安排专人进行磨组运行调整、等离子稳燃及煤火检信号监控,防范锅炉燃烧不稳熄火。

4)在放渣过程中,将给水切手动调整,尽量保持机组在微干态(维持分离器蒸汽过热度在10℃左右)运行,同时加强监视螺旋管圈壁温、启动分离器出口温度及主再热汽温,综合利用各种手段进行温度调节。锅炉干态运行时,重点监视垂直管和螺旋管圈壁温与分离器出口温度,若温度不断上升应首先加大给水量。

如锅炉转入湿态运行,应重点监视主、再热汽温,若温度不断上升应首先调小给水流量,适当减少上层燃料量。在处理过程中,若螺旋管出口壁温达到445℃、启动分离器出口汽温达到450℃或主再热汽温达到590℃仍呈上升趋势,四台磨运行则打跳最上层一台磨组,同时配合给水流量调整。

5)炉底水封破坏后,若中间点过热度不断下降,应专人监视分离器水位。若机组转入湿态,应有专人监视启动分离器水位自动调节到正常状态,启动锅炉疏水泵将水回收。

6)锅炉转入湿态后,由于大量的热量损失,导致锅炉产汽量急剧减少,主汽压力迅速降低,此时应及时关小汽机调门降低负荷,降低汽泵转速控制给水流量。锅炉转入湿态,其特性已由直流炉特性改变为汽包炉特性,汽温的调整主要通过燃烧与减温水调整来实现,给水流量调整主要控制螺旋管壁温度与启动分离器出口温度。

7)水封破坏后,如空预器出口排烟温度上升至150℃以上,投入空预器蒸汽连续吹灰。

8)锅炉正压燃烧期间,安排巡检人员对炉本体、尾部烟道进行巡检,检查记录炉膛、烟道冒正压较大部位[4—6],防止正压运行锅炉密封不严密处冒高温炉烟对保温材料造成影响。

9)当检修结束、重新建立水封后,锅炉又将经历一次大的扰动,炉膛漏风减少,炉膛压力由正压变负压,须注意锅炉送、引风机动叶开度的手动跟踪调整。

5 第二次破坏水封操作

2024年2月8日,负荷309 MW,锅炉主/再热汽温543/514℃、炉膛总风量1 385 t/h、排烟温度94℃ ,锅炉送风机手动动叶开度26%,引风机自动动叶开度25%。A、B、C、D磨煤机运行。破坏水封相关参数如图2所示。

表2给出了第二次破坏水封锅炉主要参数变化。

可以看出,第二次破坏炉底水封操作中,整个锅炉燃烧稳定,主、再热汽温波动较小,负荷无异常波动。破坏水封后正压运行期间,经巡检炉本体及烟道运行正常,保证了机组运行安全。

6结论

针对2号机组破坏炉底水封操作中出现的参数波动问题,本文提出了破坏水封期间维持锅炉炉膛正压足够等措施,减少炉底冷风吸入量,控制进入锅炉的总风量稳定,既保证了不停炉消缺,又有效解决了运行中因消除捞渣机系统缺陷需进行破坏水封操作,锅炉参数大幅扰动的问题。

1)机组运行中应严格执行捞渣机液压关断门定期活动试验,确保捞渣机液压关断门能正常开关,以免在运行中出现炉底水封破坏或因检修需破坏炉底水封时,由于捞渣机液压关断门卡涩关不上,增大破坏水封时对锅炉运行的扰动。

2)为避免破坏水封操作中导致环保排放超标的情况,可提前将氮氧化物排放小时均值降至20 mg/Nm3以下,同时根据粉尘排放情况,考虑提前启动一台脱硫浆泵降低粉尘排放浓度。

3)破坏炉底水封操作前,应提前将送、引风机动叶切手动控制,破坏水封瞬间要维持足够的正压(不低于300 pa),尽可能减少炉底冷风吸入,即可保证炉膛燃烧工况稳定[7-10]。

4)运行中应尽量保证负荷在300 MW以上,且维持较高的中间点过热度,跟踪调整主给水确保中间点维持锅炉干态运行,可使锅炉主、再热汽温相对稳定,不致发生严重超温。

5)炉膛正压燃烧时,注意不要维持过高的炉膛正压,高正压长时间运行,容易从炉本体及烟道不严密处冒出高温炉烟,烧坏保温材料,从而危及锅炉本体的安全运行。当炉膛正常超过500 pa时,须加强炉本体巡检,注意检查炉本体及烟道不严密处冒出的高温烟气是否对炉本体保温、钢梁及热控测点电缆等设备造成影响。

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《机电信息》2025年第15期第21篇