600 MW超临界褐煤锅炉RB功能试验及问题分析+超超临界机组锅炉氧化皮问题及防治.docx

600 MW超临界褐煤锅炉RB功能试验及问题分析摘要：介绍了发电有限公司首台国产600 MW超临界褐煤锅炉结构、性能及 辅机配置特点，说明了锅炉RB功能的作用以及开展锅炉RB试验的必要性，并对 试验过程中发现的问题进行了分析，经过优化改进,各问题均得到解决.关键词：600 MW超临界褐煤锅炉 RB 锅炉辅机控制逻辑。引言RB （辅机故障跳闸快速减负荷）是指发电机组某一重要辅机发生故障，导 致锅炉出力低于机组的当前功率时，协调控制系统自动快速降低机组负荷至合适 出力。RB是保证机组安全稳定运行与供电可靠性的一项重要功能1。本文结合600MW超临界褐煤锅炉机组的多次RB试验，分析了试验过程中 发现的问题，并对机组RB功能进行了相应的改进，保证了机组的安全稳定运行。1锅炉设备介绍发电有限公司一期工程装机为2X600MW超临界燃煤发电机组，为首台国产 超临界褐煤机组，锅炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主研发制造。2台机组 DCS的逻辑组态、SIS的成套设计与供货均由和利时公司负责。1.1 锅炉型式锅炉系HG-1913/25.4-HM15型600MW超临界褐煤锅炉，单炉膛、一次中间 再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构 n型燃煤锅炉，采用内置式带启动循环泵的启动分离系统。锅炉设计采用“定一 滑一定”或定压运行方式。炉膛长20402.3mm,宽20027.3mm,高80160mm,在全国同等容量机组中， 该锅炉炉膛设计容积最大（达24759m3） 2o1.2 燃烧器燃烧器采用新型墙式切圆燃烧方式，28只直流燃烧器分别布置在炉膛四角， 主燃烧器分上、下2组布置，并间隔一定距离，以降低燃烧器区域热负荷，有效 减少炉膛的结焦。上层煤粉喷嘴上方7.09m处布置有4层分离燃尽风（OFA）喷 嘴，燃尽风采用水平摆动形式，布置于燃烧器最上部的炉膛四角，气流与燃烧器 煤粉流形成反向大直径单切圆2。主燃烧器采用低NOx的水平浓淡燃烧器，主燃烧器二次风偏离一次风5。进 入炉膛，形成风包粉的布置方式。燃尽风与主燃烧器一起构成低NOx燃烧系统。 该型燃烧器动力工况稳定，受二次风的影响较小2,燃料风配风方式投入自动, 跟踪燃料量进行自动调整，辅助风采用下大上小的配风方法，获得了较好的汽温 控制效果。1.3 给煤系统锅炉配备了由长春发电设备总厂制造的MPS-HP-H型中速辐式磨煤机，设 计燃用宝日希勒露天矿褐煤。每台炉各配置7台磨煤机，BMCR工况需6台磨 煤机运行，在A磨煤机的4个煤粉管上各布置1层新型微油点火装置。每台锅 炉均配置轴流式引风机、轴流式送风机、一次风机和回转式三分仓空气预热器各 2台，各设置双室四电场干式静电除尘器2台，采用密相正压气力输送方式除灰。 锅炉排渣系统采用风冷干式除渣机除渣。渣仓存渣以汽车运输方式排除。2锅炉RB试验2.1 试验目的锅炉RB功能对机组甚至电网的安全经济运行都有很大影响。目前我国新建 机组的容量越来越大，更需要具备完善的RB功能。通过功能优化试验，保证RB的正常投入，可以在机组高负荷运行、协调控制系统投入情况下，当重要辅 机故障跳闸时，机组负荷能自动快速减至单台辅机允许的出力水平并稳定运行， 避免因运行人员操作不当或操作不及时而造成机组停机。机组RB性能试验主要 目的为3,4：（1）考核机组热工自动控制系统的性能；（2）考验未跳闸辅机快速调整出力的能力；（3）考验锅炉快速降低出力时的稳定燃烧能力。（4）根据试验情况对RB功能进行优化改进。2.2试验项目在锅炉机组满负荷下开展了各项RB试验，试验主要项目见表E表1机组满负荷下RB性能试验项目2.3 试验条件试验前，机组需满足以下条件3,4,5：（1）机组正常运行期间，所有辅机运行正常；（2）机组能够带满足试验要求的负荷，并稳定运行；（3）锅炉FSSS逻辑传动正常，锅炉所有主保护均能正常投入；（4）锅炉所有闭环调节均已通过静态调试，所有RB静态检查试验完毕；（5）锅炉各个单项闭环调节系统（在锅炉负荷升至满负荷过程中）均完成 动态试验；自动功能全部投入，且调节品质优良；（6）协调控制系统调试合格，负荷变动试验已完成，且调节品质优良；（7） RB试验内容、要求和时间安排均已获得试验指挥部和电网调度部门的 批准。3试验方法与试验结果3.1送风机RB试验试验方法：就地打闸1B送风机，联跳1B引风机及IF、1G磨煤机，6min 后RB动作完成，试验结束。送风机RB试验结果见表2o表2送风机RB试验结果3.2 引风机RB试验试验方法：就地跳闸1A引风机，联动1A送风机及IF、1G磨煤机跳闸, 7min后RB动作跳闸。试验结果见表3。表3引风机RB试验结果3.3 一次风机RB试验试验方法：手动打闸A一次风机，ID、IE、1F制粉系统跳闸，1B一次风 机动叶开度开至83.5% （电流226A）。试验结果见表4。表4 一次风机RB试验结果3.4 空预器RB试验试验方法：强制1B空预器至跳闸状态，延时60s, 1B引风机、送风机、一 次风机联跳，5min后RB动作完成，试验结束。试验结果见表5。表5空预器RB试验结果3.5 给水泵RB试验试验方法：就地按下1B给水泵事故跳闸按钮，IF、1G磨煤机跳闸，12min 后RB动作完成，试验结束。试验结果见表6o表6给水泵RB试验结果3.6 磨煤机RB试验试验方法：手动打闸IF、1E磨煤机，5min后RB动作完成，试验结束。试 验结果见表7o表7磨煤机RB试验结果上述试验数据显示，机组引（送）风机、一次风机、给水泵及磨煤机的RB 试验结果全部达到了有关标准要求6,7 o4存在的问题及解决办法虽然机组各项RB试验均合格，但在调试、试验过程中仍然发现以下问题。4.1 引风机调节挡板开度上限设定不合理在做1台引风机RB试验时，另1台引风机挡板自动开启时电流超过了额定 值，且发生过1次因引风机电流超过额定值跳闸而引起机组解列的事故（在空预 器故障RB,锅炉燃烧已经稳定的情况下）。后经多次调整，将引风机挡板自动开 启上限值（既维持炉膛负压，又保证引风机电流不超过额定值）调整为80%,解 决了该问题。4.2 炉膛负压剧烈波动在做一次风机RB试验时，由于一次风压瞬间减小造成每层送粉量突降而导 致燃烧恶化，加之进入炉膛的风量瞬间减少，引起炉膛负压的剧烈波动，瞬间最 大负压达到-2012Pa （当负压达-2500Pa时锅炉MFT动作）。后对控制逻辑进行了 改进：在一次风机跳闸时，对引风机调节挡板开度设置了 1个前馈，即当一次风 机跳闸时，在负压变化被调量动作之前将引风机挡板快关3so优化后再次试验 时，炉膛负压瞬间最大负压降至-900Pa,符合了标准要求6,7。4.3 给水量与给煤量调节速率不匹配在进行一次风机跳闸RB试验时，短时间内3台磨煤机连续跳闸、给煤量急 剧下降，而给水量下降速率明显小于给煤量下降速率，造成水煤比严重失调(由 6：1升至12：1),中间点过热度由40急剧下降至5,主、再热蒸汽温度骤 降(15min内，主汽温下降65C,再热汽温下降70)。后对给水流量的下降速 率进行了调整，加快了一次风机RB试验时给水流量的下降速度8。调整后，一 次风机RB试验时水煤比保持稳定，主、再热蒸汽温度骤降问题得到了解决。4.4 给水泵RB时制粉系统解列数量设计不合理发生给水泵RB时，原设计只跳1套制粉系统。但给水泵跳闸时给水量急剧 下降，而给煤量降低速率较慢(不能跟随给水量的下降速度)，造成水煤比严重 失调(由6： 1降至3： 1),分离器过热度由15c急剧上升至50C,导致垂直水 冷壁大面积超温。而后对控制逻辑进行了改进，将给水泵RB时跳1套制粉系统 改为跳2套制粉系统，以加快给煤量下降速度9。再次试验时，水煤比保持稳 定，垂直水冷壁不再超温。5结语根据有关规程的要求10,发电有限公司进行了 2台600MW超临界褐煤锅 炉机组所有重要辅机的RB试验，对试验过程中发现的各种问题，通过进行参数 优化和运行方式调整，使得机组各项RB功能都得到了保证，投产至今再没有发 生过因辅机故障而引起的机组“非停' 保证了机组的长周期、安全、稳定运行， 也标志着首台国产600MW超临界褐煤锅炉RB试验项目取得了成功。参考文献1朱晓星，王伯春,徐湘沪.国产600 MW超临界机组RB功能控制策略J.中国电 力,2007,40(10):57-59.2黄必重，郝宝乾.哈锅高海拔、高灰分烟煤660 MW超临界锅炉的设计J.锅炉 制造,2011(2):6-9,18.3葛智平.机组全协调方式下RUNBACK优化控制策略的探讨与应用J.甘肃 电力技术,2007(4):36-39.4蔡云贵，徐占胜.350 MW直吹式锅炉RB性能试验研究J.中国电 ,2004,37(6):69-70.5尹峰,朱北恒，项瑾，等.火电机组全工况自动RB控制策略的研究与应用J.浙 江电力,2008(4):5-8.6电力行业电力规划设计标准化技术委员会.DL/T 54282009火力发电厂热 工保护系统设计技术规定网.北京:中国电力出版社,2009:43-46.7国家电网公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求M.北京:中国电 力出版社,2000:23-30.8王立军，李晓敏.适应电网新模式的超临界机组协调控制系统工程优化J.陕 西电力,2012,40(8):85-89.9陈起,陈世慧，王彪，等.分散控制系统可靠性影响因素分析及测试技术J.电力 技术,2013,31(6):43-46.10电力行业火电建设标准化技术委员会.DL/T 54372009火力发电建设工程 启动试运及验收规程S.北京:中国电力出版社,2009:26-31.超超临界机组锅炉氧化皮问题及防治图1加化皮生成分布图图1加化皮生成分布图图2 M化皮生成曲线图1 co k 化 sag摘 要：随着近年发电机组容量的增加，不断引入超超临界机组，与此同时, 新材料也开始应用，对提高机组热效率意义重大。但从实际来看，锅炉运行中易 出现金属氧化皮现象，造成爆管。因此，需加大锅炉氧化皮问题的研究力度，并 制定有效措施防治。关键词：超超临界机组；氧化皮；问题；防治近年来，锅炉四管泄漏事故，一直都是影响发电机组正常运行的危险因素。 数据调查显示，锅炉四管泄漏停运事故占机组非计划停用事故的38.0%,少发电 量占全部事故的50.0%,且随着机组容量的增加、运行时间的延长，从某种程度 影响着发电机组的运行。机组容量越大，温度越高，就越容易出现氧化皮现象, 造成锅炉爆管泄漏。下面，本文将从以下几点综述超超临界机组锅炉氧化皮问题 及防治措施。1氧化皮的危害导致管子传热减弱，壁温升高使氧化加剧；氧化皮层状脱落，导致管壁变薄, 强度下降；脱落的氧化皮堵塞管道，易导致爆管；对汽轮机通流部分造成颗粒度 冲蚀，主再热汽门易造成卡涩，关不不严，引发汽轮机超速事故。2超超临界机组锅炉氧化皮的产生(1)氧化皮生成分布图，如图1所示。因铁的氧化物种类相对较多，且能 在不同条件下产生氧化物，使高温、管材中的水蒸汽、铁发生反应：Fe+H2O一 +H2 T(2)实际运行中，锅炉投入运行初期所产生的蒸汽中有着大量氢，但随着 锅炉运行时间的延长，将逐渐降低氢含量，该现象表明金属表面已形成氧化皮。 可以说，金属氧化属于自然现象，开始时的氧化速度快，一旦形成氧化皮，将减 缓氧化过程。实践证实，当Fe3O4温度高于450c时，因各种因素作用，无法形 成相对密集的保护膜，导致铁、水蒸汽不能发硬；目前机组主汽温度提高至 600 再热汽温达620,根据研究500-700氧化性达到最大，当金属壁 温570时,Fe、Cr离子外渗，加剧氧化,会生成FeO,加快反应速度;而FeO 晶格缺陷多，结构疏松，一旦氧化皮厚度超过一定程度，将造成氧化皮脱落。(3)影响氧化皮生成速度因素：1)温度越高，氧化皮生成速度越快。2) 材料的抗氧化性好，氧化皮生成速度减慢。氧化皮生成曲线，如图2所示。3锅炉氧化皮的防治措施3.1 合理选材，优化调整，减缓氧化皮生成(1)大容量高参数机组选用高Cr含量系列的奥氏体钢，18%Cr系列常用牌 号有TP304、SUPER304、TP347H种；20%-25%系列常用牌号主要是HR3C；另 外高Cr高Ni材料主要为SAE25型；(2)选用金属材料晶粒越细，抗氧化性能越好；(3)表面处理技术，目前针对汽温600 , 620高参数锅炉中使用SUPER304. HR3c钢进行喷丸处理，许用温度可以提高至670C、700o(4)严控超温，减缓氧化皮的生成，锅炉实际运行中，需密切监测锅炉蒸 汽温度的变化情况，并适当调整燃烧，首先清楚锅炉两侧的温度差，禁止锅炉在 超温状态下运行，通过燃烧的调整，保证锅炉运行时蒸汽温度处于可控范围内， 一般而言，温度差不能超过5度、10度。同时，还需根据温度高点来把控蒸汽 温；在任何情况下，尤其是低负荷状态下，需保证水冷壁有着质量足够的流动速 度，这样能有效预防传热恶化引发的类膜态沸腾现象。(5)加氧运行。实践证实，超超临界机组加氧运行中，曾在金属管道表面 形成不易脱落的氧化膜，以减缓氧化皮的脱落。一般来讲，加氧运行是否成功， 和这几个方面相关：第一方面，加氧运行前需彻底清除管道内壁腐蚀物、氧化皮; 第二方面，强化锅炉水质的把控。(6)机组投入运行前，需进行锅炉内壁的清除处理，比如：使用络酸盐溶 液在300度的条件下循环2天，这样能在锅炉内壁表面形成一层强有力的保护膜。 该氧化膜能预防氧气扩散，降低金属的氧化速度。并且，还能稳定其化学性质， 防止氧化皮剥落。3.2 加强受热面检查、管理(1)超温是导致金属出现氧化的主要因素，而锅炉超温又是热偏差引起的, 发生原因和锅炉不均衡燃烧、空气流动异常、受热面结焦、氧化层厚度基础不均 匀等相关。针对这种情况，可增加锅炉壁温度测量点，针对易超温的管段，也可 增加壁温点，保证其全面、合理的布置，以清晰、直观的反映各管段壁温情况。 在屏式过热器中至少每隔2-3屏应设一测点，对流受热面每隔一米左右设置一测 点；为了加强全面管理和监测应全屏加装测点更有利于受热面的全面监管。(2)超超临界机组由春检、秋检过渡至状态检修是当前电力企业的发展趋 势，故强化锅炉受热面管理是预防锅炉氧化皮形成的关键措施。这就要求发现温 度异常后，及时调整燃烧，以预防超温现象，抑制氧化皮形成。日常工作中，锅 炉运行人员需认真、详细的执行吹灰制度，密切监视煤粉细度，并及时检查燃烧 器着火。另外，机组运行时，还需根据实际情况调整层磨煤机台数配合，以更好 降低锅炉出口温度。3.3 限制温度变化速度，控制剥落据有关研究说明金属管壁氧化皮厚度达到0.1mm时容易脱落，超超临界机 组启动时，因运行状态的变化，极易使锅炉过热管壁温度变化，导致氧化皮、金 属材料的膨胀量存在较大差距，造成金属热应力过度变化，氧化皮脱落；冷热交 替也是造成氧化皮脱落的因素，故机组运行、启停时，需严格把控温度及变化率 是有效减缓氧化皮的剥落。(1)正常运行，过热器出口蒸汽温度偏差3±5；屏式过热器出口蒸汽温度 偏差3±10;再热器蒸汽温度出口蒸汽温度偏差&H0C;升降负荷速率不超过 10MW/min (且维持汽温波动)。(2)启动过程中：并列前的温升速度控制不高于3/min；并列后的温升速 度控制不高于2/min；热态启动时35%BMCR风量吹扫5min后立即点火。机 组启动低负荷状态下先不使用磨煤机，而用油枪，这样能减少温度波动，随着负 荷量的增加，蒸汽流量将趋于最大，这时再投入减温系统、制粉系统，不但能使 蒸汽温度处于稳定状态，还能从根本上预防氧化皮剥落。(3)停运过程中：正常滑停蒸汽温度变化率不高于2C/min；紧急停机炉膛 通风lOmin后立即停止送引风机并关闭风门挡板锅炉密闭；确保冷却时降温速率 不大于3/min,减缓壁温的冷却时间，从减缓氧化皮的剥落。3.4 及时清理可选用专用的检测仪器对弯头部位进行现场的检测处理，确认垂直管道底部 弯头处是否出现氧化层碎片堆积现象，并根据实际情况进行割管清除处理；与此 同时，评估管材寿命，及时更换严重氧化的管材。针对已形成的氧化皮，可借助化学方法彻底清除。当氧化皮的厚度在0.1mm 以上时，可优先化学清洗，清洗液以乙酸为主，清洗时间为12小时。每次清洗 时，尽最大限度的去除锅炉氧化皮，禁止出现残留物留在管道弯头现象。启动期间应尽快投入合适的旁路系统，并提高蒸汽流量，从某种程度上增强 蒸汽的携带能力，对过热器、再热器受热面氧化皮的沉积物进行吹扫清除。4结语超超临界机组锅炉受热面氧化皮产生、剥落原理相对复杂，氧化皮的产生危 害也比较大，从某种程度上降低机组运行效率。因此，锅炉制造厂、发电厂，需格外重视锅炉氧化皮的产生因素，并强化机 组检修、运行的管理力度，以减缓氧化皮形成、剥落速度；机组停运后强化过热 器、再热器的现场检测，及时清除管内堆积的氧化皮脱落物，消除爆管、超温等 安全隐患。另外，锅炉制造厂还需在选材、设计时重视金属氧化皮，制定行之有效的防 治措施，以在预防因高温氧化皮形成造成停运事故的同时.，提高机组的运行效率。参考文献1王具宝，黄浩，姜磊，等,超(超)临界机组电站锅炉氧化皮脱落的原因 分析与防治J.锅炉技术,2015, 46 (z2)： 40-44.刘鸿国.新型耐热钢用于超超临界机组锅炉出现的问题分析及对策J .电 力建设，2012, 33 (2)： 56-59.3黄国辉，王钢，郑莉，等,超超临界锅炉氧化皮的防治J.清洗世界，2015, 31 (1 )： 7-9.endprint