超超臨界鍋爐運行維護問題的分析與處理

山東省鄒縣的發電廠。花期為2.1000mw基于濃縮動力的多功能電機。采用三維新技術和秦淮新材料。三級鍋爐采用超級大國和902新材料。霍花硫處理裝置建成后，效率超過95%，設有脫硝裝置接口。該鍋爐由東方鍋爐(集團)股份有限公司與巴布科克-日立公司及東方-日立鍋爐有限公司合作設計并聯合制造。鍋爐為高效超超臨界壓力變壓運行、一次再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型直流鍋爐。鍋爐BRL工況下設計效率為93.8%,排煙溫度為121.2℃。鍋爐配套安裝6臺BBD4360型雙進雙出鋼球式磨煤機,采用一次風機正壓直吹式制粉系統。磨制后的煤粉在磨煤機的兩端經外置式分離器分離后,通過8條〉480mm×10mm一次風管道送入與之相對應的同一層燃燒器。48只燃燒器組成前后墻對沖燃燒方式,燃燒器按3層8列布置,前墻自上而下為E,C,D層,后墻自上而下為F,A,B層。1爐硫系統的缺陷該鍋爐投產以來,一直存在著煤粉均勻度差的問題,且煤粉攜帶有大顆粒原煤進入爐膛,冷灰斗排出的爐渣中夾雜著大量黑色的塊狀焦炭,時常出現爐膛內掉大的結焦塊的問題。出現這些問題除了與煤質及燃燒調整等因素有關外,還與設備的結構及設計、制造理念有關。1.1糧食生產系統的問題1.1.1分離器至風粉管道出口門吹掃2006年11月27日～12月4日,在#7鍋爐168h投產試運過程中,曾發生6次磨煤機出口至燃燒器一次風管道煤粉沉積現象,導致一次風粉管道出口溫度逐漸降低,溫度降至6℃～10℃時,開啟吹掃風門吹掃無效,強制關閉分離器至風粉管道出口門,打開吹掃風門吹掃。試運行中積粉主要發生在B,F層燃燒器,作者認為,上述問題與爐后一次風管道距離、結構和水平管段距離過長有關。2006年12月4日11:18,在#7機組168h滿負荷試運行結束后,敲擊檢查各燃燒器入口一次風管道水平段,發現多數一次風管道內部存在著不同程度的積粉現象,前墻燃燒器一次風管道水平段同樣也存在積粉。打開其中16條一次風管道,發現管道內有大量積粉,最多的積粉厚度接近管道直徑的1/3。依次開啟#7爐吹掃風門,將A4,B1,B2,B3,B5、B6,B7,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D8,C6,D7等一次風管道內沉積煤粉吹掃干凈,直到12月18日鍋爐點火,吹掃花費時間近10h。1.1.2煤粉細度和均勻度#7爐投產初期,由于缺乏經驗,沒有對分離器頂部的折向擋板進行規范調整。經過一段時間的運行,煤粉細度和均勻度方面均出現了問題。2007年3月,在運行中發現煤粉比較粗,而且從鍋爐底部冷灰斗內撈渣機撈出的爐渣中時常發現沒有經過燃燒的原煤顆粒,其直徑大多在15mm以上。1.1.3非驅動端產煤機積煤主流場運行進展2006年12月31日9:50,在#7爐運行中發現B磨煤機驅動端熱風入口的風斗下部鋼板燒紅,隨后還出現過幾次F磨煤機非驅動端以及B磨煤機驅動端和非驅動端熱風入口的風斗下部積煤自燃現象。2007年7月30日～8月6日,連續7次發現#7爐B磨煤機驅動端熱風入口的風斗下部積煤自燃導致鐵板燒紅現象。2007年,#8鍋爐168h投產試運前后,磨煤機入口落煤管上安裝的原煤干燥混合器處多次發生積煤自燃;7月7日1:15,#8爐A磨煤機運行中熱風管道漏風,導致煙感報警,采取降溫措施后報警復位。7月8日19:00,在啟動#8爐B磨煤機時,非驅動端干燥混合器處漏熱風嚴重,被迫停止磨煤機運行。7月9日20:50,啟動#8爐A磨煤機后,就地發現驅動端干燥混合器處積煤著火,緊急停止磨煤機運行。1.2燃料設備的問題1.2.1煤粉沉積在一次風系統內一次風系統設備管道表面沒有加裝保溫層,運行中一次風管道多次積粉、堵塞。受冬季環境溫度影響,管道表面溫度11月份降至17℃～19℃,1月份降至6℃～10℃,說明一次風管道內有煤粉沉積。既使不發生煤粉沉積,受環境溫度穎響,各磨煤機后一次風系統的各段溫度也會有不同程度的降低(見表1)。燃燒器出口一次風設計溫度為70℃,該溫度降低會導致噴口著火點遠離,出現火焰監測探頭觀察不到火焰,誤發局部滅火信號等問題。1.2.2油槍霧化噴嘴清理自投產以來,一直存在油槍霧化噴嘴堵塞的現象,導致油槍投入后無火檢信號、油槍投入失敗等信號頻發,影響整個程序的進行(見表2)。由于油槍進油閥泄漏而使油槍霧化噴嘴積碳堵塞(嚴重時從噴嘴至槍管內200mm處都會積碳),致使槍管內產生壓力,導致油槍進油(吹掃)系統軟管終端活結焊縫等處漏油。為了消除系統漏油,更換了因憋壓導致泄漏的全部金屬軟管。為了保證油槍的正常投入,正常運行中視堵塞情況隨時拆下油槍對油槍霧化噴嘴進行清理。現在,基本上每天要清理1層燃燒器(8只)的油槍霧化噴嘴,按照狀態檢修的要求,6層燃燒器油槍每周必須清理1遍,只要停爐,就必須清理全部油槍霧化噴嘴。當鍋爐燃燒不穩定或啟、停磨煤機需要投入油槍時,如油槍不能點燃,不但增加勞動強度,而且會危機鍋爐和人身安全。1.2.3陶瓷脫顆粒除發生上述問題外,燃燒器本身也存在濃淡分離器陶瓷脫落、調節機構卡澀等問題。各燃盡風的調節機構卡澀、就地指示失靈以及二次風擋板連桿轉軸不動等缺陷都將會影響鍋爐的燃燒工況。1.3燃燒事故發生時1.3.1調壓機過程中,折向點出盤數,調轉焦爐底水封;2007年3月22日7:25,就地檢查發現#7爐落大的結焦塊,爐膛負壓雖無明顯變化,但爐底水封槽上部有少量溢水。進入7月份后,因煤質變化,#7爐爐膛內出現結焦。從7月18日起,時常聽到爐膛內掉大的結焦塊的聲音,分別對B,E磨煤機分離器折向擋板進行了調整,效果不明顯反而使掉焦有所加劇;7月21日1:02,#7爐落下大的結焦塊,吸風機電流由182A增大至285A,并發現爐底渣斗北側第3個事故放渣門鼓開,事故放渣門橫擔壓條斷裂,水大量外流,爐底水封失去,導致鍋爐排煙溫度由125℃逐漸上升至175℃,爐膛燃燒不穩。立即投入C,A層油槍穩燃,并臨時從#8爐撈渣機拆借一放渣門壓條及放渣門蓋,對渣門及壓條進行更換,爐底渣斗補水至正常水位,使排煙溫度逐漸恢復正常。7月底又連續出現幾次落大的結焦塊的現象,8月15日對分離器擋板進行再次進行了微調,狀況稍有好轉。1.3.2焦炭塊的制備從鍋爐的排渣狀況看,存在著結焦和渣量大的問題。2007年上半年,發現#7爐冷灰斗內撈出的爐渣中夾雜著許多黑色碳狀焦炭塊,直徑在40mm左右的大顆粒焦炭隨處可見。2007年下半年,#8爐投產后同樣存在上述問題。從焦炭塊的質量和顏色上判斷,結焦應該在燃燒器的負氧區域,一般由火嘴中心區煤粉受高溫加熱或飛邊后粘連而成。該燃燒器的獨特結構是造成焦炭塊形成的主要原因。1.3.3煤渣運走及燃燒試驗研究鍋爐采用濕式除渣系統,每臺鍋爐為1個單元設1套除渣系統,每套除渣系統設1臺出力為20～80t/h的水浸式刮板撈渣機。每臺爐設2座全鋼結構、直徑8m、總有效容積480m3的錐底渣倉,能儲存1臺爐BMCR工況下設計煤種約47h的排渣量和校核煤種約39h的排渣量。鍋爐排出的渣落入冷灰斗后經冷卻水冷卻、粒化后,由刮板式撈渣機撈出,經撈渣機斜升段脫水后,直接排至渣倉內暫存,定期由汽車運走。#7爐投產半年來,鍋爐結焦且排渣量偏大,僅24h就排滿渣倉(嚴重時不到24h),只得改變定期運渣時間。2007年5月份,對#7爐磨煤機進行了出力性能試驗,磨煤機的煤粉細度、均勻度及燃燒工度、均勻度及燃燒工況都得到了明顯改善。爐渣中碳的質量分數在治理前為5%～6%,治理后降為2%,飛灰可燃物的質量分數在治理前為2.2%,治理后降為1.2%。2分析與預防措施2.1c磨煤機推動改變的主要原因(1)在投產初期,發現#7爐分離器折向擋板角度都不一致且調整困難,發現分離器內部有較多異物卡澀折向擋板。先后將各磨煤機的分離器折向擋板從90°?調整為45°,從磨煤機分離器中清理出許多雜物(塑料袋、抹布等)。給煤量、風量、料位調整試驗發現,風量是影響大顆粒出現的主因(風量大于95t/h時尤為明顯),為此將各分離器折向擋板調整為50°～60°。(2)分離器的結構存在質量問題。分離器質量問題由磨煤機設備生產廠家分包引起。2007年4月,對#7爐分離器進行了治理,發現分離器下方內錐體周圍的回粉擋板太薄,鋼板厚度只有8mm(設計厚度為10mm),于是先在C磨煤機分離器每個回粉擋板上焊接140mm×60mm×8mm的鋼板作為配重塊,增加回粉擋板的質量,以便其可自由回落。針對A,C磨煤機個別回粉擋板脫落及回粉管堵塞的問題,在恢復回粉擋板的同時,將鋼板更換為10mm厚鋼板。發現回粉擋板與分離器內錐體之間留的距離太大(約60mm),漏風且易卡住煤塊等異物,導致回粉擋板不能自由活動,只好臨時采用加焊密封板的辦法。發現分離器的回粉鎖氣器使用的橡膠板材質太差,運行不了幾天就磨壞漏風,嚴重影響回粉,向廠家提出后全部更換為耐熱、耐磨橡膠板。(3)對制粉系統改進和調整,煤粉細度、均勻度得到了明顯控制,緩解了一次風粉管道的積粉問題,明顯改善了煤粉中攜帶大顆粒的現象。由于煤質問題,在2007年7月18日又對個別分離器折向擋板進行了微調,結果煤粉中攜帶大顆粒原煤的現象又出現了(磨煤機低負荷時尤為明顯)。由此可以判斷,由于該結構的磨煤機采用了原煤提前預混的理念,導致布置上的改變,但沒有采取新的操作方式,所以帶來了運行工況的變化。系統結構變化使氣流短路而導致系統風壓波動;回粉擋板損壞、分離器出粉不均勻,導致風粉氣流瞬間將大的煤粉顆粒攜帶至一次風管道并停留在管道上升段之前(長時間的堆積出現了投產初期的管道積粉);停用磨煤機時,導致大的煤粉顆粒因采用吹掃風而被吹入爐膛。2.2干燥混合器應用不當(1)該磨煤機引用了原煤預混階段提前的設計理念,在給煤機出口的落煤管上安裝了一只原煤干燥混合器。現在看來,由于延長了濕煤的預混階段,雖然有效防止了磨煤機各部位堵煤,但在干燥混合器內提前引入熱風(設計192℃),帶來了各種隱患,導致干燥混合器處多次漏熱風、積煤自燃,嚴重威脅鍋爐的安全運行。目前,人們對干燥混合器使用理念沒有完全理解,對其所在的位置、對磨煤機的影響及使用和維護等仍認識不足。據作者了解,干燥混合器利用不當,會直接影響分離器效果。(2)該鋼球式磨煤機與華電國際鄒縣發電廠Ⅲ期鍋爐選用的美國FWECD-10-D型雙進雙出鋼球式磨煤機分離器采用蝸型內置緊湊式布置的結構不同。Ⅲ期鍋爐制粉系統沒有出現一次風粉中攜帶大顆粒的現象,這可能與現在的制粉系統結構有關。磨煤機的風粉量自動設定信號選自磨煤機入口容量風,一般風與粉的配比為1∶1。作為干燥混合器用的旁路熱風沒有采用自動控制,只能通過值班人員手動調整。當磨煤機高負荷時一般不用旁路風,只有低負荷狀態才投入旁路風。限于該管道的位置,此路熱風雖能調節磨煤機出口溫度,但不能全部參與磨煤機內部的工作,因此會將大的顆粒吹至分離器出口的一次風管道內沉積,當采用吹掃風時,則會將顆粒吹入爐膛內。(3)干燥混合器處漏風著火,多是法蘭處密封不嚴或螺栓緊固不良所致。單進單出磨煤機多為負壓制粉,雙進雙出磨煤機則為正壓制粉,因施工安裝單位理念沒改變,使磨煤機出、入口管道聯接法蘭安裝工藝較差而漏熱風,導致煤粉自燃,在鍋爐運行中將被迫焊死該法蘭。#7爐C磨煤機驅動端這一不應該發生積煤的部位持續積煤自燃,與該處密封風未投入、系統結構及控制調整不當有關。制粉系統風道上的非金屬膨脹節被鼓開嚴重漏風、粉多由膨脹節錯位、膨脹量不足引起,這多與施工單位安裝質量有關。2.3燃燒系統布置(1)正常運行中,鍋爐點火用燃油母管的壓力為3.5MPa,油槍在沒有投入前槍管內沒有壓力,只有油槍進油門前存在壓力。當油槍投入后,由于燃油經過閥門減壓(霧化壓力也不高),不至于引起系統漏油。但由于油槍進油閥門內漏,漏入油槍桿內的柴油受到燃燒器內部和爐膛的高溫輻射,便在油槍噴嘴處燒結形成碳化顆粒堆積以致堵塞霧化噴嘴,使油槍內的油壓升高,甚至達到工作(霧化)壓力5倍以上。長此以往,不但損壞與之相連系統的接頭、焊口、墊子、軟管、閥門等,由此產生的高壓柴油也會從不嚴密的壓縮空氣閥門竄到壓縮空氣系統內,這是很危險的。油槍吹掃壓縮空氣壓力為0.35MPa,母管壓力也只有0.8MPa。雖然油槍所采用氣動推桿的進退行程達500mm,油槍與火焰檢測系統安裝有一路冷卻風,但其對油槍的冷卻并不理想。(2)鍋爐燃燒器為采用BHK技術設計的新型HT-NR3低NOX旋流式煤粉燃燒器。燃燒器層間距為5819.8mm,列間距為3683mm。上層燃燒器中心線距屏底距離約為23.5m,下層燃燒器中心線距冷灰斗拐點距離約為3.38m,最外側燃燒器中心線與側墻距離為4096.2mm。燃燒系統還布置有20只燃盡風噴口在前、后墻頂層燃燒器上方標高38588.4mm和35124.2mm處,燃盡風噴口距最上層燃燒器中心線的距離為7150.1mm。二次風采用大板風箱配風。爐膛容積熱負荷設計TRL狀態為76kW/m3,在正常運行狀況下鍋爐不應該結大的結焦塊。從結焦狀況看,一是集中在燃燒器的旋口附近,因燃燒不良造成旋口的結焦越結越大,最后超重掉下;二是輻射式屏式過熱器掛焦,屏式過熱器布置在爐膛上部區域,沿爐深方向布置了2排,2排屏之間緊挨著布置,每一排管屏沿爐寬方向布置19片屏,共38片。燃燒器出口一次風溫度低、煤粉顆粒大及水分高等使火焰中心拉長并上移,導致屏式過熱器管屏掛焦。當減負荷或鍋爐吹灰時大的結焦塊掉下。(3)從焦塊的硬度和層狀結構的顏色判斷,結焦位置應該在上層燃燒器以上,通過對掉焦位置觀察分析,發現每次掉焦均在爐膛冷灰斗中部稍微偏A側部位,從時間上看,主要發生在晚上22時以后鍋爐降負荷至次日鍋爐負荷偏低的凌晨。從大的結焦塊掉入冷灰斗內水中產生的沖擊強度看,應該是屏式過熱器管屏掛焦的因素較大。從焦塊表面的凹形管印看,水冷壁管結焦不少,由于前后水冷壁斜坡為55°,下部冷灰斗出渣口的喉口寬1289mm,如果焦塊掉下后落在水冷壁的斜坡上,向下滑落沖至出渣口的喉口然后跌入渣斗水中,因為爐底渣斗事故放渣(人孔)門在水面2m以下,需要強大的沖擊力才會鼓斷事故放渣門,而從水冷壁的斜坡上滑落的焦塊則沒有如此大的沖擊力。(4)按規定,設備表面溫度高于50℃時必須采取保溫絕熱措施。磨煤機兩端的“V”形分配箱、出口煤粉管道、分離器和給煤機的下煤管、干燥器表面溫度達110℃以上,沒有保溫層,尤其是一次風管道若漏熱不但危及人身安全,而且還會降低燃燒器入口一次風粉溫度,使煤粉著火延緩,爐膛火焰中心上移和爐膛結焦。據作者了解,華電國際系統內山東燒煙煤的一些新建電廠和機組,鍋爐磨煤機出口至燃燒器一次風管道普遍存在沒有加裝保溫層