600MW超临界锅炉炉底水封失去处理及防范对策.pdf

第 4 2卷第 4期 2 0 1 1年 7月 锅 炉技术 B0I LER TECHNOLOGY Vo 1 ．4 2 。No ． 4 J u 1 ．，2 01 1 文章编号 C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 1 0 7 0 0 4 9 0 4 6 0 0 MW 超 临界锅炉 炉底水封失去处理及 防范对策 陈斌源 ，刘 洋 ，朱 军 ，刘扬波 广东珠海金湾发 电有 限公 司 ，广东 珠海 5 1 9 0 5 0 摘要 针对炉底水封失 去的危害 ， 通过实例分析超 临界锅炉炉底水 封失去过程 和水封恢 复过程 的现象 ， 总 结相应 的切实可行 的应急策略 ， 并进一步提 出有效 的防范对策 ， 可为 国内同类型机组故 障处理 提供借鉴 。 关键词 超临界锅炉 ；水封 ；捞渣 机 ；对 策 中图分 类号 T K2 2 9 ． 2 文献标识码 B 0 前 言 超 临界 直 流 锅 炉 水 容 积 小 ， 没 有 厚 壁 汽 包 ， 又采 用薄 壁 、 小 直 径 的管 子 ， 因而 其 工 质 与 金 属 的蓄热能力比汽包锅炉小 ， 自行保 持平衡 的能力 较差 l 1 ] ， 对 机 组 参 数 的 变 化 反 应 灵 敏 ， 给 运 行 操 作带来较 大压力。锅炉炉底 水封对 于锅 炉 的安 全运行具有重大意义 ， 然而 ， 由于运行 中对炉底 水 封 的重 视不 足 导致 水 封 失 去 ， 将 严 重 危 及 锅 炉 的正 常运行 。 超 临界 锅 炉运行 中发 生 炉 底 水 封 失 去 时 ， 由 于 引 风机 的 抽 吸 ， 炉 底 大 量 冷 风 进 入 炉 膛 ， 火 焰 中心急剧上移 ， 烟气 流量及流速迅 速增大 ， 炉 内 燃烧 工 况 严 重 恶 化 ， 带 来 极 大 危 害 1 主 汽 温 、 再热 汽温迅速升高至超限导致 锅炉 MF T动作 ， 严重时 ， 由于炉管金属温度变化率过快造成 皮大量脱 落， 堵塞通 流管道 ， 导致锅 炉爆 管； 2 受热面吸热不均 ， 汽水分离器 出口蒸汽温度下降 至低于饱 和温度 ， 锅炉转人 湿态运行 ， 容易 引起 分离器水位高高锅炉 MF T动作 ； 3 炉膛压力 因 失 控 超 限导致 锅 炉 MF T； 4 低 负 荷 时 加剧 炉 内 燃烧不稳定性造成炉膛 火焰丧失 ； 5 炉膛总风 量急剧增加导致引风机电流超 限发生跳 闸， 炉膛 排 烟 温度迅 速 升 高造 成 空 气 预热 器 变 形 加 重 、 空 气预热器电流升高至越限发生跳 闸， 过高 的排烟 温度还可能 引起 尾部烟道二次燃 烧。锅 炉炉底 水封恢 复时 ， 同样会 带 来主再 热汽 温度 急剧 下 降 、 锅炉螺旋水冷壁金属温度及汽水分离器 出口 温度快速升高 、 炉膛压力急剧波动等严重危及锅 炉 安全 运行 的危 害 。 因此， 研究超临界锅炉炉底水封失去时及恢 复过 程 中锅炉 主 要参 数 变 化 规律 ， 并 在 事 故 发 生 时采 取何 种有 效 的控 制 措施 ， 以及 机 组 正 常 运 行 中如何防范炉底水封失去事故 ， 对提高超临界锅 炉运行的安全性 和可靠性、 减少机 组非停次数 ， 具 有 重大 意义 。 1 锅炉概况 广 东 珠 海 金 湾 发 电有 限 公 司 4号 机 组 锅 炉 是超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅 炉， 型号 为 S G- 1 9 1 3 ／ 2 5 ． 4 一 M9 6 o ， 单 炉 膛 ， 一 次 中 间再 热 ， 四角切 圆燃烧方式 ， 平衡 通风 ， 全钢 架悬 吊结构 Ⅱ 型露天布置， 固态排渣。设计煤种为神府东胜 煤 ， 校核煤种为晋北煤 。 除 渣系 统设 计为 灰 渣 分 除 系统 ， 石 子煤 采 用 水力喷射器输送 方式 ， 底渣 系统 由刮板捞渣 机、 碎渣机 、 缓冲渣仓、 管式皮带机 、 渣仓、 渣浆 泵房 组成 。锅炉燃烧产生 的渣和水力喷射器输 送来 的石 子煤 一 同至 刮板 捞 渣 机 混合 后 ， 输 送 至 缓 冲 渣仓 ， 然 后 经 过 管 式 皮 带 机 输 送 至 渣 仓 ， 从 渣 仓 卸至 灰场 管式 皮 带机 ， 输 送 至灰 场 堆放 。每 台锅 炉有 2个 渣井 ， 每 个 渣井 对 应 1个 排渣 口。渣井 上部 与锅 炉下 联箱 水 封板 连接 ， 下 部 与 渣 井关 断 门相连， 保证其密封。渣井支承方式采用独立支 撑 吊式， 钢结构 的设计允许刮板捞渣机从一侧拉 出。渣井水封槽 能有效地配合锅 炉水冷壁垂直 和水平方向的膨胀量 ， 且水封槽的设 计 已考虑 了 下联箱下降支管 保温后 的膨胀量， 水封槽 中设 收稿 日期 2 0 1 1 一O 22 3 作者简介 陈斌源 1 9 8 1一 ， 男 ， 硕士 ， 工程师 ， 毕业于华南理工大学 ， 主要从事电厂锅炉安全 控制与优化运行工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 锅 炉技术 第 4 2 卷 有 冲洗 排 污 措 施 。渣 井 的水 封 槽 沿 渣 井 四周 布 置 ， 由连 续溢 流 的密 封水 维 持槽 内 的水 位 和渣 斗 密 封 ， 并 在 渣 井 内按 需 要 配 置 冷 却 水 喷 淋 装 置 ， 以限制外 表 的温 度 不 大 于 6 0℃ ， 并 相 应 配 置 喷 淋冷却的观察窗和通渣孔。 2 炉底水封失去过程现象分析及应对策略 某 日 1 2 0 0 0 0 ， 4机 组 C C方 式 运 行 ， AGC 负荷指令由 5 3 0 Mw 减至 4 3 0 MW， 在机组减负 荷过程 中， 发现盘面相关重要参数 开始失控 ， 操 作员根据盘面主参数 的反常变化 见 图 1 、 图 2 ， 迅速判断出炉底水封失去故障， 立 即通知灰控值 班 员到 捞渣机 水 封槽 就 地 检查 炉 底 水 封水 位 ， 并 进 行机 组 相 关 参 数 的调 整 。经 确 认 是 捞 渣 机 水 封槽 水 位过低 引 起炉 底 水 封破 坏 ， 立 即 手 动 打开 捞 渣机水 封槽 补 水 阀对 水 封 槽 进 行 强 补 ， 至 1 2 1 4 O 0 ， 水封 开始恢 复 至正常 。 图 1 炉底水封失去处理过程主参数变化趋势 风烟系统 囊 、 ～ } |≯ “ I 6 姑 ／ 图 2 炉底水封失去处理过程主参数变化趋势 启动系统 2 ． 1水 封失去 过程 风烟 系统 现象 及处 理 从 炉 底 水 封 开始 出 现异 常 至 水 封 破 坏 最 严 重时刻， 尽管 只有 短暂的十几分钟 ， 但 由于短时 间内大量冷风从炉底进入炉膛 ， 使炉内温度 降低 和火 焰 中心 迅 速 上 移 ， 燃烧 工 况 恶 化 ， 锅 炉 各 受 热面出现吸热严重不均 ， 锅炉相关重要参数变化 异常 。 由图 1可 以看 出 ， 在 风 烟 系统 侧 ， 在 水 封 失 去 过程 中 图 1 A、 B阶段 ， 炉膛 压 力 开始 明显 上扬 压 力 设 定 ～ 1 2 0 P a ， 最 高 升 至 正 压 6 9 ． 2 8 P a后 由于 引 风 机 出力 的 增 大 而 回调 ； A／ g引 风 机出力持续增大， 电流分别 由正常运行 的 2 3 3 A 和 2 3 0 A上 升至 最 高 2 7 6 A 和 2 7 4 A； 省 煤器 出 口氧 量 由正 常运 行 的 3 ． 8 左 右 上升 至水 封 失去 最严 重时 的 8 ． 3 3 ； A／ B空气 预 热器 由于烟气 流 量和 流速 的急 剧 增 加 以及 进 口烟 温 上 涨 造 成 本 体变形 的加重， 马达电流 由 3 1 ． 5 A 和 2 9 ． 3 A上 升至最 高 值 4 9 ． 3 A 和 5 5 ． 8 A； 由于炉 膛 风量 控 制 中“ 氧量控 制 ” 在 自动 设 定 值 4 ， 当 炉膛 测 量氧 量超过 设定 值 时 ， 氧量 修 正“ 送 风控 制 ” 回路 开始作 用 于 减 少 送 风 量 ， 炉 膛 总 风量 测 量 值 不 含炉底 漏 进 炉 膛 的风 量 在 轻 微 上 涨 之 后 开 始 下降 。 根据盘面现象及参数的变化趋势 ， 判断出炉 底水封失去故障， 立即通知灰控值班员对捞渣机 水 封槽 进 行 紧 急 补 水 ， 这 是 事 故 处 理 成 功 的 关 键 。同时 ， 操作 员 果 断 采 取 相 应 应 急 措 施 ， 减 缓 风烟 系统参 数 的恶 化 。在 炉 底水 封 失 去 过程 中 ， 紧急 处理措 施 如下 1 将炉膛压力控制设定值 由一1 2 0 P a 提高 至 3 0 P a ， 保 持 炉 膛 微 正 压 状 态 ， 减 少 炉 底 漏 风 量， 必要时将炉膛压力控制切手动 ； 2 将 “ 氧 量 控 制 ” 切 手 动 ， 通 过 “ 送 风 控 制 器” 手 动偏 置减 少 炉 膛 总 风 量 ， 减 缓 由于 炉 底 大 量漏 人冷风 对燃 烧 工况 的影 响 ， 同时 可 以稳定 和 降低引风机出力 ， 防止引风机过流跳闸； 3 迅速 将空气 预热 器漏 风控制 装 置 的扇形 板提 升至最 大位 置 ， 防 止 空气 预 热器 因排 烟 温度 升高变形加剧与扇形板产生摩擦损坏 ， 同时可以 降低 空气 预热器 主 马达 电流 ， 防止 空 气 预 热 器 马 达过 流跳 闸 ； 4 投入空气预热器冷、 热端吹灰器进行吹 灰， 防止因空气预热器进 口烟温 升高、 空气预热 器波纹板积聚可燃物引起空气预热器着火 。 2 。 2水 封 失去 过程启 动 系统 现象 及处 理 由 于 炉 底 水 封 的破 坏 ， 恶 化 了 炉 膛 燃 烧 工 况 ， 也直接引起了锅炉各受热面及 主再热蒸汽温 度大幅度波动。由图 2可以看 出， 在锅炉启动系 统 及金 属受 热 面侧 ， 在 水封 失 去 过 程 中 图 2 A、 B 阶段 ， 参 数 变 化 最 明显 的 是 以对 流 传 热 为 主 和 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 陈斌源 ， 等 6 0 0 Mw 超 临界锅炉炉底水封失去处理及 防范对策 对 炉膛 火焰 中心 反 应 敏 感 的再 热 器 区域 ， 从 图 2 曲线 3和 曲线 6可 以看 出 ， 从 A 阶段 的 轻微 漏 风 开始 ， 末级再热器金属壁温和末级再热器蒸汽温 度 已 出现上 涨趋 势 ， 壁 温 由平 稳 区的 5 5 3℃ 开 始 缓 慢上 涨 、 在 水 封 破 坏 严 重 时 刻 快 速 涨 至 5 9 9 ℃ ， 再 热汽 温 超 温 最 为严 重 ， 末 级 再 热 蒸 汽 温 度 由 5 4 1 o C最 高 涨 至 5 9 8℃ 此 时 ， 再 热 器 减 温 水 已接近 全 开 ； 末 级 过 热 器 延 折 焰 角 布 置 于 末 级 再热器之后 ， 在分隔屏和屏过汽温大幅度下降的 情 况下 ， 由于炉膛 风 量 的 大量 增 加 使 水 平 烟道 受 热面对流传热 的增强 ， 主蒸 汽吸热 明显增强， 主 汽 温 出现 较 快上 涨 ， 而 末级 过 热 器 金 属 壁 温却 出 现大幅下 降趋 势 ； 在锅炉启 动系统 中， 受炉膛火 焰 中心影 响最 明显 的是 汽 水 分 离器 出 口汽 温 即 中间点温度 ， 从 A 阶段的 4 2 3 o C开始 的出现 明 显 下 跌 ， 在 水 封破 坏严 重 时及 炉膛 火焰 中心 被 抬 至最高点时 ， 中间 点温度最低跌 至 3 8 8℃， 此时 中间点温度已接近饱和温度 ， 汽水分离器轻微见 水 ， 锅 炉 随时 可能 出现 在 负荷 4 7 0 Mw 附 近 由干 态转入湿态运行的危险工况 ； 而以辐射吸热为主 的螺 旋水冷 壁 和垂 直 水 冷 壁 ， 则 由 于 炉膛 风 量 的 大量 增加 和 火 焰 中 心 的 上 移 ， 吸 热 量 明显 减 少 ， 金属壁温下降 。 针 对各 主 参数 的 变化 趋 势 ， 操 作 员 也 采 取 了 相应措施 ， 减缓锅炉主参数 的恶化。在炉底水封 失 去过 程 中 ， 紧急处 理措 施如 下 1 迅速 投 入 两 侧再 热 器 事 故 减 温 水 ， 减 缓 再 热汽 温 的快速 上涨 ； 2 调整燃 烧 器摆 角 ， 尽 量 将 摆 角 下 调 至 最 低位置一2 5 。 ， 一方 面可 以降低再热汽温 ， 另一方 面 提高 中 间 点 温 度 ， 防止 锅 炉 转 入 湿 态 运 行 ， 也 为水封建立之后的主汽温控制提供保 障； 3 稳定水煤 比， 尽量减少对 给水控制 和燃 料控 制 的干 预 ， 汽 温调 节采 用减 温水 。 2 ． 3 水封 恢 复过 程现 象及应 对 策 略 经过 捞 渣机 水封 槽 的 紧急 补水 ， 在 1 2 1 3 0 0 左 右 ， 炉 底水封 开始缓 慢建 立 ， 炉底 漏 风量 缓慢 减 小， 炉膛火焰中心下降， 机组参数开始出现大幅度 波动， 且参数变化趋势与水封失去时的变化正好 相 反 ， 如 图 1 、 图 2中的 C 和 D 阶段 。首 先 ， 炉 膛 负压出现跳跃式下降 ， 炉膛总风量、 省煤器出口氧 量及 2台引风机 电流开始下 降， 末级过热汽温和 末级再热汽温开始 回落 ， 同时中间点温度开始 回 涨 。在炉底水封完全建立 时刻 ， 机组参数 出现突 变现 象 ， 变化 最为 明显 的是 中间 点温度 出现 飞涨 、 炉膛 负压 出现 大 幅 度 突 降 。1 2 2 9 0 0 ， 中间 点 温 度 由 4 0 0℃ 突涨至 4 4 0℃ ， 炉膛 负压 突降 至 一3 4 4 P a ， 给机 组 的操作 调节 带来极 大的压力 。 炉底 水封 恢 复过程 的处 理 1 严 密监 视 炉 膛 负 压 ， 必 要 时 将 引 风 机控 制切 手 动 ， 手 动调 节 炉膛 压 力 ， 同时 ， 根 据 机 组 实 际负荷对应 的炉膛 总风 量 ， 缓慢增 加送 风机 出 力 ， 防止水 封 建立 时 由 于炉 底 漏风 的骤 然 减少 造 成炉 膛 总风量 过低 ， 燃 烧不 充分 ； 2 主 、 再热 汽温 的控 制 ， 以调整 减 温水 量 和 燃烧器摆角为 主， 在水封恢复过 程 中， 再热汽 温 有较 大 幅度 的下 降 ， 主汽 温 则 是在 大 幅度 波 动后 趋于下降， 此时， 应注意减少减温水量、 适当抬高 燃烧 器摆 角 ， 维持 主 、 再 热汽 温稳 定 ； 3 水封恢复过程中， 变化最 明显 的是 中间 点温 度 ， 在 水 封 完 全 建 立 时 ， 由 于 炉 膛 火 焰 中心 的迅 速下 移 ， 中间 点温 度 不 可避 免 的 有 一个 飞涨 的过 程 ， 此 时应 严 密监 视 螺 旋水 冷 壁 金 属 温度 的 上升 情况 ， 可 通 过 提 高 燃 烧 器 摆 角 、 适 当调 整 水 煤 比、 增加炉膛 总风量 等手段进行控制 ， 防止螺 旋水冷壁金属温度高高造成锅炉 MF T动作； 4 由于主 汽温 随着 中间点 温度 的 变化 具有 延迟性， 随着中间点温度的飞涨， 应提前采取措施 ， 防止 出现 主蒸 汽温度及末 过金属温度 超限运行 。 3 炉底水 封失去原 因分析 捞 渣 机 设 有 一 个 自动 补 水 系 统 ， 补 水 水 源 来 自低压 水 泵 如 图 3所 示 。当 上 槽 水 温 超 过 6 0℃或水位低于设定值时， 电动补水阀自动打开， 上槽补水 ； 当水温低 于 5 O℃或水位 回复正 常后 ， 电 动补水 阀 自动关 闭 。另外 系统 还设 有 一个 手动 补 水 阀 ， 以备 紧急 补水 时 用 。经 事后 检查 发 现 ， 在 捞 渣机上槽 水位低 于设 定值时 ， 由于水位限位开关 故 捞渣机供水母管 至冲链水手 动阀 图 3 捞渣机 系统示意 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 锅 炉 技术 第 4 2 卷 障无 法触发水位低 报警 ， 造成捞 渣机水封补水 电动 阀不 会联锁 自动 打开 ， 导致炉底水 封失去 。 4防范对 策 由 于捞 渣 机 捞 渣 槽 在 机组 运 行 过程 中须 不 间断 补充 冷 却 和 密 封 水 ， 如 捞 渣 槽 水 位 低 ， 会 造 成 炉底 水封 失去 ， 严 重 影 响机 组 安 全 运 行 。为 防 止捞渣槽水位低 ， 采取以下防范对策 1 每班 加强 对 捞 渣 机 捞 渣槽 水 位 的巡 视 ， 检查捞渣槽保持一定溢流 ， 捞渣槽及水封槽补水 手 动 阀保持 一定 开度 ， 在 捞 渣 槽上 观 察 捞 渣 槽 手 动 补水 管道 有水 流 出 ； 用 手 触 摸水 封 槽 补 水 阀后 管道 ， 如有一定温度并有 明显的节流声音则可判 断 有水 流过 。 2 每 个月 进行 一次捞 渣槽 水位 低 及捞 渣槽 水温高联锁开捞渣槽 电动补水 阀的定期试验 ， 并 定 期清 理捞渣 槽水 位开 关结 垢 。 3 若 发生 石 子 煤 斗 冲洗 母 管 堵 塞 ， 进行 拆 管 疏通 时 ， 在 拆 管 前 检 查 石 子 煤 斗母 管 末 端 捞 渣槽 内 真 空 破 坏 口无 堵 塞 ， 杜 绝 由 于虹 吸作 用 将 捞渣槽 内的水抽 走 。 4 若低压水泵全停进行消缺时， 严格控制 检 修 时间 ， 接 驳 临 时补 水 管 对 捞 渣 槽 进 行 补 水 。 正常运 行 时注 意监 视低 压 水母 管 压 力不 低 于 0 ． 5 MP a ， 渣浆泵反 冲洗结束注意冲洗水 阀关闭 到位 ， 不 内漏 ， 确保 有 足够 的水压 给捞 渣槽 补水 。 5 若 C RT来捞 渣槽 水封 低水 位报 警 时 ， 进 行 3个 方 面 处 理 第 一 ， 汇报 值 长 及 主机 操 作 人 员 。检查低 压水 母管 压 力 是 否 正 常 ； 如母 管 压 力 低 ， 手动启动备用低压水泵 ； 并马上进行 相应机 组 的石 子煤 斗 冲渣 。第 二 ， 检 查 捞 渣槽 电 动补 水 阀是否联锁打开 ， 不能正常打开 时就地 打开， 同 时就地开大低压水 至捞渣槽补水 手动阀进 行补 水 。第三 ， 就 地 观 察 捞 渣 槽 水 位 是 否 正 常 ， 捞 渣 槽上 槽放 水 阀是 否关 严 、 是 否 有 明显 的漏 点 。如 捞渣 槽存 在 较 大 的漏 点 ， 补 水 无 效 时 ， 机 组 立 即 进行 减 负荷 ， 关 闭 捞 渣 机 液 压 关 断 门 ； 如是 水 封 低水位开关误动 ， 则通知热控检修人员处理。 6 若 C RT来捞 渣 槽 上槽 水 温 超温 报 警 时 ， 进行 2 个 方 面操 作 第 一 ， 汇 报 值 长及 主 机 操 作 人员 。检 查低 压水 母 管压 力 是 否正 常 ； 如母 管 压 力低 ， 手 动启 动 备 用 低 压 水 泵 ， 马上 进 行 相 应 机 组的石子煤斗冲渣。第 二， 检查捞渣槽电动补水 阀是否联锁打开 ， 不能正常打开时就地 打开， 同 时 就地 开 大低 压 水 至 捞 渣槽 补 水 手 动 阀 进 行 补 水 降温 ， 就地 观察 捞 渣槽 水 位 是 否正 常 。如捞 渣 槽上 槽 水 温 开 关 误 动 ， 则 通 知 热 控 检 修 人 员 处理 。 5 结束语 超 临 界 直 流 锅 炉 由于其 自身 结 构 特 点 和 运 行特 性 ， 在 发 生 炉 底 水 封 失 去 故 障 时 ， 炉 内燃 烧 工况 急 剧 恶化 ， 机 组 参 数 反 应 更 为 敏 感 和 强 烈 ， 严 重危及 机组 安全 运行 。通 过珠 海 金湾 电厂 6 0 0 MW 超 临界 直 流 炉 炉 底 水 封 失 去 处 理 成 功 案 例 分 析 ， 以及事 故发 生 后采 取 的积极 有 效 的防 范对 策 ， 可 为 国 内 同类 型 机 组 运 行 控 制 提 供 借 鉴 作 用 。 参考 文献 E l i陈 庚 ．单 元 机 组 集 控 运 行 [ M]．北 京中 国 电 力 出 版 社 ， 2 0 0 1 ． P r o ce s s a n d Co u nt er me a s u r e s on L os i n g W at er Se a l i n 6 0 0 MW Su p e r cr i t i c al Bo i l e r CHEN Bi n y u a n， LI U Ya n g， ZHU J u n，LI U Ya n g b o Gu a n g d o n g Z h u h a i J i n wa n Po we r Ge n e r a t i o n C o ．，Lt d ．，Z h u h a i 5 1 9 0 5 0，Ch i n a Ab s t r a c t I t i s d a n g e r o u s wh e n t h e b o t t o m o f b o i l e r l o s i n g wa t e r s e a 1 ．Ba s e d o n a n a l y z i n g t he phe no me no n o f s up e r c r i t i c a l b o i l e r wh i l e t h e wa t e r s e a l l os i ng a nd r e c o v e r i n g． Thi s pa p e r s u mm a r i z e s t he c o r r e s p on di n g f e a s i bl e c o nt i n ge nc y s t r a t e gy ． S ome e f f e c t i v e c ou nt e r me a s ur e s a r e p r op o s e d ．Th e r e s ul t s i n t hi s r e s e a r c h c a n p r ov i d e e vi de n c e f o r d ome s t i c s i m i l a r u ni t s f a u l t t r e a t me nt ． K ey w o r ds s u pe r c r i t i c a l bo i l e r； wa t e r s e a l ； a s h c o nv e yo r ； c ou nt e r m e a s u r e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m