劉億鑫，寶音太

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

0 引 言

由于市場經(jīng)濟(jì)因素，我國大部分火電機(jī)組都長期處于低負(fù)荷運(yùn)行，并且隨著煤炭價(jià)格的上漲，燃煤鍋爐成本增加，各個(gè)電廠不同程度摻燒各種劣質(zhì)煤，其灰熔點(diǎn)低、灰分高，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦積灰嚴(yán)重。

鍋爐在高負(fù)荷時(shí)，結(jié)焦積灰速度加快[1]，而鍋爐中潔凈的受熱面表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般為46.5～58.1 W/(m2·K)，發(fā)生結(jié)焦積灰后，其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)迅速下降至0.058～0.116 W/(m2·K)，鍋爐積灰嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出口的排煙溫度升高15～20 ℃[2]，鍋爐效率明顯下降。當(dāng)水冷壁積灰結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，易引起再熱器超溫，導(dǎo)致事故噴水頻繁投入，造成較高品質(zhì)的蒸汽浪費(fèi)，同時(shí)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(fù)荷不均勻，容易造成爆管，當(dāng)漏點(diǎn)蒸汽方向直吹向兩側(cè)管束時(shí)，高溫高壓蒸汽對(duì)相鄰管束沖刷嚴(yán)重，致使周圍管束相繼發(fā)生爆管，泄露面積增大，形成惡性循環(huán)。換熱面上的焦塊積灰容易堵塞煙道，增加風(fēng)阻，使得通風(fēng)電耗增加，吹灰時(shí)掉落的焦塊易引起鍋爐壓力波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可致鍋爐MFT。

在煙氣中，由于氣流脈動(dòng)的影響，細(xì)小的飛灰粒子容易和氣流一起脈動(dòng)，導(dǎo)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(qū)，細(xì)小的顆粒在渦流作用下擴(kuò)散，出現(xiàn)沉積[3]。文獻(xiàn)[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(fā)現(xiàn)煙氣速度通過影響飛灰顆粒的碰撞效率對(duì)沉積產(chǎn)生影響；爐溫通過影響飛灰顆粒的黏附效率對(duì)沉積產(chǎn)生影響。周磊[5]在研究中發(fā)現(xiàn)，高溫?zé)煔舛危?xì)小灰粒在受熱面黏附形成初始灰層，并不斷黏結(jié)飛灰顆粒，在高溫條件下形成致密的黏結(jié)性積灰；中低溫?zé)煔舛?，煙氣中的飛灰顆粒低于灰熔點(diǎn)，灰粒之間不易發(fā)生粘連，從而在受熱面上形成疏松的積灰層；而當(dāng)煙氣或受熱面壁溫達(dá)到酸露點(diǎn)時(shí)，由于硫酸蒸汽在管壁發(fā)生凝結(jié)，促使灰粒在受熱面形成低溫黏結(jié)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(yán)重影響燃煤機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性與安全性。本文通過真實(shí)案例分析，為燃煤鍋爐的運(yùn)行優(yōu)化給予了指導(dǎo)意見。

1 設(shè)備概況

某電廠燃煤鍋爐為DG1932.7/25.4-II8型超臨界參數(shù)、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(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型鍋爐。鍋爐爐膛負(fù)壓共3個(gè)測點(diǎn)，位于爐膛上部，標(biāo)高60米，布置在A側(cè)墻、B側(cè)墻、前墻水平中部，對(duì)應(yīng)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(guān)，三取二延時(shí)3S后MFT保護(hù)動(dòng)作。鍋爐火焰電視監(jiān)視口位于燃燒器平臺(tái)上方，標(biāo)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(tái)，標(biāo)高約30米，在爐膛拱下。

2 事故過程

2018年2月3日4∶50，機(jī)組負(fù)荷從570 MW 降至360 MW。11∶50，機(jī)組負(fù)荷365MW，A、B側(cè)引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)及A、B、D、F磨煤機(jī)行。12∶05，開始進(jìn)行爐膛吹灰，12∶28爐膛負(fù)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(xiàn)象，立即停止吹灰并投A2油槍穩(wěn)燃，燃燒穩(wěn)定后停運(yùn)A2油槍。12∶50恢復(fù)吹灰，在爐膛出口折焰角上方A側(cè)長吹灰器(L07)吹灰時(shí)，13∶24：07發(fā)現(xiàn)火焰電視變暗，爐膛負(fù)壓在+70 Pa至-100 Pa之間波動(dòng)且有增大趨勢，立即投入A2油槍穩(wěn)燃，并進(jìn)行吹灰器退出煙道的操作，操作過程中鍋爐MFT動(dòng)作跳機(jī)。組織對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無異常后，14∶45 鍋爐重新點(diǎn)火，17∶55機(jī)組重新并網(wǎng)。

3 原因分析

爐膛內(nèi)受熱面大量結(jié)焦積灰，吹灰時(shí)導(dǎo)致發(fā)生垮灰現(xiàn)象，造成爐膛上部滅火，煙氣量急劇減少，導(dǎo)致爐膛壓力低低低保護(hù)動(dòng)作，鍋爐MFT，是機(jī)組跳閘的直接原因。SOE記錄顯示首出原因?yàn)殄仩tMFT“爐膛壓力低低低”保護(hù)動(dòng)作，結(jié)合當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行爐膛出口折焰角上方A側(cè)長吹灰器吹灰，分析事件過程為：進(jìn)行折焰角吹灰時(shí)，發(fā)生了大量垮灰現(xiàn)象，造成A側(cè)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(cè)壓力開關(guān))、低低低3(前墻壓力開關(guān))動(dòng)作，滿足爐膛壓力低低低動(dòng)作負(fù)壓條件，延時(shí)3S 后觸發(fā)MFT，機(jī)組跳閘。MFT動(dòng)作前發(fā)現(xiàn)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?yàn)榛鹧鏅z測器只能檢測燃燒器區(qū)域著火、燃燒情況，因?yàn)楸粻t拱遮蔽，爐膛上部火焰燃燒情況未能識(shí)別到。分析得出鍋爐MFT動(dòng)作是原因垮灰導(dǎo)致爐膛負(fù)壓低，并不是燃燒器區(qū)域著火、燃燒不良，在大垮灰后投運(yùn)油槍只能加強(qiáng)燃燒器區(qū)域著火、燃燒，并不能改變爐膛上部負(fù)壓低的狀況，成功投運(yùn)油槍也無法避免本次事故的發(fā)生。

同時(shí)，爐膛出口折焰角斜坡及水平煙道極易產(chǎn)生積灰，近期機(jī)組長期高負(fù)荷運(yùn)行使?fàn)t膛出口積灰更加嚴(yán)重，為此次事故埋下隱患。燃燒劣質(zhì)煤種，熱值降低、灰分增加致使積灰加快、加劇。運(yùn)行人員在12∶28發(fā)生吹灰過程中垮灰導(dǎo)致爐膛負(fù)壓波動(dòng)后，未做好防止垮灰造成鍋爐MFT 動(dòng)作的預(yù)案仍繼續(xù)進(jìn)行吹灰工作，導(dǎo)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(jù)機(jī)組負(fù)荷、鍋爐結(jié)焦、積灰程度，可有選擇的進(jìn)行分區(qū)域的吹灰。停爐前應(yīng)對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行全面吹灰一次。投吹灰時(shí)運(yùn)行人員必須按時(shí)在ERP和記錄本上，做好記錄，如：通知吹灰班時(shí)間、人員姓名、投運(yùn)開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、投運(yùn)吹灰器臺(tái)數(shù)及不能投運(yùn)原因、設(shè)備故障原因等。吹灰記錄本上當(dāng)班機(jī)組長、值長簽字，本班吹灰結(jié)束吹灰班人員簽字。因特殊原因不能按時(shí)按規(guī)定進(jìn)行吹灰時(shí)，待吹灰投運(yùn)條件具備時(shí)應(yīng)增加吹灰頻次。鍋爐投運(yùn)長吹和短吹時(shí)，應(yīng)先通知吹灰班，運(yùn)行人員在集控DCS畫面監(jiān)控吹灰器運(yùn)行狀態(tài)，由吹灰班人員在吹灰控制室和就地進(jìn)行全過程監(jiān)控。運(yùn)行人員投運(yùn)吹灰時(shí)，原則上一次性吹完，除特殊情況下不允許中間斷斷續(xù)續(xù)，間歇性吹掃，特別是爐膛短吹，正常情況下絕對(duì)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(fù)位。然后跳步重新投運(yùn)。

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(shí)間：每天上午班和前夜班執(zhí)行。如果機(jī)組500 MW以上大負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，執(zhí)行每班投運(yùn)爐膛短吹一次。 正常運(yùn)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(guī)定依次進(jìn)行吹掃：省煤器6臺(tái)長吹下午全面吹掃一次，省煤器6臺(tái)聲波吹灰器連續(xù)投運(yùn)。如果脫硝入口煙氣溫度高，匯報(bào)專業(yè)改變省煤器吹灰方式。末級(jí)再熱器和末級(jí)過熱器的8只聲波吹灰器連續(xù)投運(yùn)?？疹A(yù)吹灰在爐長吹、爐短吹前后必須進(jìn)行。鍋爐投油或等離子運(yùn)行時(shí)連續(xù)吹灰。脫硝吹灰器投運(yùn)要求：脫硝耙式蒸汽吹灰器每周投運(yùn)2次，每周二、周五上午班投運(yùn)一次；脫硝聲波吹灰器連續(xù)運(yùn)行。

鍋爐運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按上述規(guī)定定期對(duì)受熱面進(jìn)行吹灰。發(fā)現(xiàn)吹灰器報(bào)警時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知吹灰維護(hù)人員到就地檢查吹灰器運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。鍋爐短吹投運(yùn)過程中，不允許長時(shí)間在“中停”狀態(tài)，防止吹灰系統(tǒng)設(shè)備長期處于工作狀態(tài)。吹灰中斷時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知吹灰維護(hù)人員到就地檢查相關(guān)吹灰器，確認(rèn)無異?；虍惓Ｏ螅拍芾^續(xù)吹灰。吹灰結(jié)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(dòng)將吹灰器手動(dòng)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(yùn)行時(shí)，嚴(yán)禁吹灰器在無蒸汽情況下伸入爐內(nèi)。發(fā)生吹灰器卡澀時(shí)，吹灰器在爐內(nèi)無法退出時(shí)，應(yīng)關(guān)閉吹灰器汽源，防止吹損受熱面，由檢修人員繼續(xù)處理。同時(shí)將該吹灰器跳步，保證其它吹灰器的正常投運(yùn)。吹灰器在吹掃結(jié)束退出運(yùn)行后或停運(yùn)期間，吹灰班維護(hù)人員應(yīng)檢查確認(rèn)吹灰器閥門關(guān)閉嚴(yán)密，否則應(yīng)立即處理。事故情況下應(yīng)停止吹灰，鍋爐低負(fù)荷、打焦、燃燒不穩(wěn)時(shí)嚴(yán)禁吹灰。吹灰時(shí)禁止打開鍋爐各檢查孔、人孔門。當(dāng)MFT時(shí)，吹灰程序會(huì)自動(dòng)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(yùn)過程中，運(yùn)行、吹灰班值班員必須密切監(jiān)視吹灰壓力運(yùn)行是否正常。

5 不同吹灰技術(shù)的對(duì)比

目前，國內(nèi)外常見的商用吹灰技術(shù)有，蒸汽吹灰、水力吹灰、燃?xì)獯祷?、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?xì)獯祷沂褂靡兹細(xì)怏w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(qū)動(dòng)聲波發(fā)生器，產(chǎn)生低頻高強(qiáng)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(jié)構(gòu)的激波發(fā)生器中瞬間釋放，產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間大于100 ms、強(qiáng)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(nèi)作球面擴(kuò)散，擴(kuò)散后的激波在被吹受熱面發(fā)生反射和折射，并通過折射層導(dǎo)入，激波的壓力脈沖波在對(duì)積灰進(jìn)行壓拉的同時(shí)產(chǎn)生一定等級(jí)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(duì)于不同的受熱面，根據(jù)實(shí)際情況選用不同的吹灰器。

表1 各種吹灰器的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

6 結(jié)束語

通過對(duì)本次吹灰導(dǎo)致的鍋爐MFT事故整個(gè)過程的系統(tǒng)性分析，提出了相應(yīng)的防范措施和相關(guān)建議。一方面防止因鍋爐受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重而導(dǎo)致限負(fù)荷甚至非停事故的發(fā)生，為燃煤機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障；另一方面為燃煤鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。為火電廠的運(yùn)營者，做好事故預(yù)想、加強(qiáng)技術(shù)管理、落實(shí)防范措施提供了參考。