630 MW超临界锅炉启动初期给水流量控制的探索

王小军

(中国华电集团贵港发电有限公司，广西 贵港 537138)

0 引言

超临界锅炉(不带炉水循环泵)在启动初期由于给水流量的限制，过热器在启动1周内会频繁发生超温爆管。本文分析此类事故原因，并将防止同类事件的发生作为生产管理的一项重要工作。

1 设备概况

某电厂一期工程为2×630 MW超临界燃煤机组，锅炉为引进技术制造的超临界参数、变压运行、螺旋管圈直流锅炉，为单炉膛、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П型结构、露天布置的燃煤锅炉。2007年2月28日#1机组投运，2007年6月28日#2机组投运，自投运至2017年10月，锅炉受热面没有进行过升级改造，也没有进行过酸洗。

锅炉给水经省煤器受热面吸热后进入螺旋管水冷壁和垂直管水冷壁继续吸热，然后进入汽水分离器进行汽水分离；从分离器出来的水进入大气扩容器，通过疏水泵排往汽轮机凝结器；从分离器出来的蒸汽则进入过热器。

2 过热器超温爆管事故

投产以后，根据电厂的运行规程及厂家的说明书要求，锅炉在启动过程中启动给水流量始终不得低于574 t/h(即给水低流量保护)。此时，主蒸汽温度(以下简称主汽温)、过热器壁温温升速率过快(超过1.5 ℃/min，有时甚至超过3 ℃/min)且超温频繁，难以控制。为控制主汽温、过热器壁温温升速率，启机需要8～10 h，有时高达12 h。根据统计，该电厂2009—2011年共启机32次，发生过5起锅炉启动1周内过热器超温爆管的停炉事故。停炉后检查发现事故均为氧化皮堵塞过热器流通截面所致。

3 原因分析

3.1 过热器氧化皮的生成及特性

过热器管内氧化皮(Fe3O4)的生成是金属在高温水汽中发生氧化的结果[1]，

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑。

由于母材与氧化层之间热胀系数的差异，当垢层达到一定厚度，在温度发生变化,尤其是发生反复或剧烈的变化时，氧化皮很容易从金属本体剥离。

3.2 锅炉启动初期给水流量过大带来的不利因素

锅炉在启动初期给水流量不能低于保护定值(574 t/h)，但在此过程中炉膛温度较低、燃烧不充分、给水温度低且欠焓大。要使给水产生足够的蒸汽量以保证主汽温、过热器壁温不超温就需要吸收更多的热量，此时操作员会采用增大燃料量的办法来提高炉膛的温度。但由于燃料燃烧不充分，炉膛温度提升不显著，炉膛的辐射换热、水冷壁的吸热不会明显增加。且由于给水流量过大，进入汽水分离器的水是未饱和水，热量随水从汽水分离器中分离出来并在凝结器中损失，更增大了水冷壁的吸热损失。增加燃料量还会大量增加烟气量，过热器的对流换热会因此明显加强，容易引起主汽温、过热器金属温升过快，甚至超温并形成恶性循环。由于过热器管材与管内氧化皮的膨胀系数不一致，导致氧化皮在升温较快的过程中脱落[1]。

4 锅炉启动初期给水流量的控制及停炉后防磨防爆措施

通过长期的总结和研究分析，在锅炉启动期间采取了以下措施控制给水及氧化皮脱落[2-3]。

(1)通知热控人员退出锅炉给水流量低保护，在机组并网后及时投入。同时严密监视给水在水冷壁吸热情况，防止水冷壁超温爆管。

(2)锅炉启动初期手动控制汽动给水泵或电动给水泵转速，锅炉的给水流量≥350 t/h，并确保锅炉水冷壁、过热器、再热器汽温和管屏温升均不超过1.5 ℃/min。

(3)通过控制燃料和给水，尽量减小汽温的波动。

(4)锅炉在转干态以前，严禁使用减温水。

(5)每次停炉备用或检修时，必须对水冷壁进行全面检查，确认是否有因启动初期给水流量过低而发生部分管道超温鼓包的现象，对过热器弯头进行检查，确认是否有脱落氧化皮堆积过多现象。

5 效果评估

对该电厂2012年1月—2017年10月的启停情况进行统计，发现在此期间共进行了51次启动，在采取措施后没有再次发生锅炉启动1周内因氧化皮脱落造成过热器超温爆管或水冷壁爆管的事故，且每次停炉后检查均未发现水冷壁受热面因启动初期给水流量低于574 t/h造成水冷壁管超温鼓包现象或过热器管弯头处堆积氧化皮现象。

该电厂2017年6月6日#1机组启动的相关参数控制趋势如图1所示。

在电厂冷态启动过程(锅炉从点火至机组并网、带负荷到195 MW、锅炉由湿态转为干态)中，从01:00:00锅炉点火至08:15:00机组并网，总时长为7 h15 min。在机组并网之前锅炉给水流量一直控制在350～574 t之间，并呈逐渐增加的趋势；水冷壁由30.0 ℃一直升至345.0 ℃，平均温升速率0.7 ℃/min；末级过热器壁温由30.0 ℃升至447.0 ℃，平均温升速率1.0 ℃/min，09:45:00机组负荷带至195 MW，锅炉由湿态转为干态，过热器一、二级减温水一直未投(0 t/h)。从启动曲线看，锅炉水冷壁、分隔屏及末级过热器壁温没有发生大幅变化。

图1 2017年6月6日 #1机组启动的相关参数控制趋势

6 结论

该电厂通过5年多的运行实践证明，对于不带炉水循环泵的超临界630 MW锅炉在启动初期给水流量控制在350～574 t/h之间是可行的。这不仅可以有效地控制锅炉受热面的温升速率，还可以缩短机组的启动时间，同时还有效地解决了锅炉启动1周内频繁爆管的问题。该电厂的这种给水控制措施在超临界锅炉启动初期值得进行推广。