1 000 MW锅炉火检冷却风源系统改造

徐育伟

(国家电投集团协鑫滨海发电有限公司，江苏盐城 224500)

火检冷却风系统是燃煤锅炉用来冷却火焰监测探头的重要系统。若不能正常提供火检冷却风，将会给机组的安全经济运行带来极大的威胁。为了保证机组的安全稳定运行，笔者通过对某电厂火检冷却风源系统进行改造，增加1路冷一次风至火检冷却风源母管，原火检冷却风机停机备用，以为火电机组提供参考。

1 存在问题

该电厂1 000 MW机组锅炉的型号为HG3077/28.25/605/613-YM4，该锅炉为超超临界参数、变压直流、单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、采用八角反向双切圆燃烧的П形锅炉。

1.1 设备运行风险高

该电厂机组火检冷却风系统采用2台火检冷却风机，1台运行、1台备用，就地吸风。火检冷却风机为离心式风机，电动机功率为22 kW，转速为2 920 r/min，体积流量为6 500 m3/h。锅炉火检冷却风的风量小，风机缺陷发生次数较多，风机在高温环境下运行容易出现火检探头结焦或烧损的问题，使机组的安全经济运行存在隐患。该电厂的锅炉运行规程规定：当火检冷却风机全停或火检冷却风源母管压力过低(小于3 kPa)时，锅炉触发主燃料跳闸(MFT)。由于检修期间火检冷却风机电源接线可能存在错误，极易造成失电或设备主保护失灵等情况，引发不能正常提供火检冷却风进而导致锅炉MFT。

1.2 设备可靠性差

火检冷却风机长周期运行，风机叶轮会发生叶片磨损、机械连接部位松动、地脚支撑刚性不足等问题，进而导致风机振动加剧。该电厂所处位置的每年4月至5月，空气中会出现大量的杨絮。杨絮被吸附在火检冷却风机入口滤网，使火检冷却风机入口出现异物堵塞现象，导致风压低，需要联锁启动另外1台火检冷却风机。火检冷却风机长期运行，出口切换挡板密封部件破损，密封不严导致窜风，进而使备用风机发生倒转。备用风机倒转速度过快会发生无法正常启动等故障。火检冷却风机在长周期运行中可靠性较差。

1.3 设备经济性低

该电厂1号、2号机组在正常运行时，火检冷却风机多次发生故障，需要对备用风机解除联锁备用，切断备用风机电源，清理冷却风机入口滤网等。这会给机组的正常安全稳定运行带来一定风险，增加了检修维护成本，并且火检冷却风机运行使厂用电率居高不下。

2 改造前调研

2.1 改造案例

通过对国内多家电厂进行调研，得出火检冷却风机的改造主要有以下几种方式。

(1)A电厂改造示意图见图1。A电厂自冷一次风源母管水平引出1根Φ159×5(外径为159 mm、厚度为5 mm)钢管，再垂直向上越过A 磨煤机出口2根粉管后，将其水平引入火检冷却风机出口母管。在Φ159×5钢管的垂直管段标高13 m处加装1个闸阀，闸阀后加装逆止阀；在2台火检冷却风机出口各加装1个逆止阀[1-2]。

图1 A电厂改造示意图

(2)B电厂改造示意图见图2。B电厂在锅炉右侧冷一次风源母管上接引DN200管道作为引入风源，并将其与原火检冷却风源母管通过切换挡板相连。从冷一次风源母管引出的风源管道上增加1个滤网，便于过滤杂质，保证火检冷却风的清洁度。滤网前后各设置1个插板阀；另外，在滤网旁路管路上设置1个插板阀[3]。

图2 B电厂改造示意图

(3)C电厂改造示意图见图3。C电厂火检冷却风的风源取风点为锅炉标高12 m平台冷一次风至微油助燃风管道，改造新增的风管采用与火检冷却风源母管相同的管道，同时在管道上增加闸阀和逆止阀。在原火检冷却风机出口母管上加装闸阀和逆止阀。由于逆止阀经常损坏，为便于在线更换或维修，2路管道上的逆止阀前后均装有隔离阀。考虑到冷一次风为室外取风，风源较为干净，如果增加滤网需要增设旁路，使系统复杂化，因此新装管路未增加滤网[4]。

图3 C电厂改造示意图

2.2 优劣分析

A电厂的改造方案较为简单，能够实现风源的基本功能，未考虑火检冷却风对风源洁净度的要求，未在管路上加装滤网，长时间运行后火检探头可能会有堵塞的风险。

B电厂的改造方案是将冷一次风引入原火检冷却风机出口母管，能满足使用功能。冷一次风和火检冷却风共用1根母管，冷一次风源与火检冷却风源无法自由切换，同时无法在线检修火检冷却风机。

C电厂的设计方案中新增的风源管道尺寸与原火检冷却风源母管尺寸相同，阀门可以通用，便于检修，但是自动化程度较低，需要人工操作。

3个电厂改造方案的优劣分析见表1。

表1 3个电厂改方案的优劣分析

3 改造方案

3.1 具体改造方案

该电厂的改造要求是既要保证新增风源的洁净度能够满足火检冷却风的要求，又要使新增的冷一次风源与原火检冷却风源独立设置，同时要使2种风源能够互为备用，并且还要实现2种风源的远程操作。图4为火检冷却风源系统改造图。

图4 火检冷却风源系统改造图

为实现以上功能，参考其他电厂的改造经验并结合现场实际位置和设备运行状况，最后采用的改造方案为：

(1)将火检冷却风源从扩建端侧冷一次风源母管引出，与原火检冷却风源母管连接，只有在启停机的情况下，使用火检冷却风机。机组正常运行过程中使用冷一次风作为冷却风，原火检冷却风机停备。

(2)用Φ219×8(外径为219 mm、厚度为8 mm)钢管制作新增的冷一次风管道，将其与原火检冷却风机出口母管相连接。

(3)在原火检冷却风出口母管加装手动阀(常开状态)，并且在手动阀前加装手动蝶阀，防止机组启停时发生抢风现象；在原火检冷却风出口母管手动阀后加装隔离阀，防止火检冷却风机停运后倒转。

(4)为保证冷一次风的清洁度，在冷一次风引出口处加装滤网(见图5)。滤网前加装手动排污管道，反吹扫滤网后以进行排污。

图5 过滤结构

(5)机组点火前启动火检冷却风机，将2台一次风机运行且一次风机出口压力大于7 kPa作为火检冷却风源向冷一次风源切换的条件。

3.2 控制逻辑说明

(1)机组启动前，运行人员手动启动火检冷却风机。

(2)将火检冷却风源切换为冷一次风源的条件是至少1台火检冷却风机运行。

(3)机组正常运行后，运行人员投入火检冷却风机和冷一次风源联锁切换按钮。

(4)任意1台火检冷却风机运行时，联锁打开火检冷却风机出口气动阀。2台火检冷却风机全停时，联锁关闭火检冷却风出口母管气动阀。

(5)火检冷却风源从火检冷却风机风源切换至冷一次风源的条件为：炉膛烟气温度低于50 ℃；火检冷却风源母管压力大于8 kPa且冷一次风至火检冷却风母管出口气动阀保持开启状态。以上2个条件满足其中1个即可。

(6)火检冷却风源丧失时主机保护控制策略为：火检冷却母管压力低于3 kPa延时10 min触发MFT；一次风机和火检冷却风机全停，所有冷却风源丧失，延时10 s触发MFT。

4 改造效果

在1号、2号机组临时停机期间，分别对1号、2号机组锅炉火检冷却风源进行改造。改造后分别在500 MW、600 MW、700 MW、800 MW、900 MW、1 000 MW负荷进行风源切换试验。表2为1号、2号机组火检冷却风源系统改造后的运行参数。

由表2可得：改造后1号、2号机组火检冷却风源压力最低为8.38 kPa，滤网前后压差最高为0.48 kPa，可以保证机组安全运行。

表2 1、2号机组火检冷却风源系统改造后的运行参数

在保证冷却风源压力的情况下，解决了火检探头高温运行下结焦、烧损的问题，并且减轻了火检冷却风机滤网定期清理的工作，节约检修费用，在节能降耗的同时可以提高机组安全性[5]。

5 改造评价

5.1 技术创新

(1)该电厂的改造方案施工成本低、施工方便，可保障设备安全运行、提高生产效率，同时减少维护火检冷却风机的工作量。

(2)该电厂的改造方案实用性较强，适用于各种锅炉火检冷却风源系统改造。

(3)设计了一种滤网可拆卸清洗的滤网，并将其安装在冷一次风源母管上，可解决火检冷却风管道异物堵塞的问题。

5.2 经济性和安全性

(1)通过将原火检冷却风源系统与新加装的冷一次风源系统并联，使2套系统互为备用，消除了火检冷却风机存在隐患时无法备用的风险，节约检修费用，在节能降耗的同时可以提高机组安全性。

(2)目前，国内大部分电厂锅炉火检冷却风源由独立的2台火检冷却风机提供。该电厂的改造方案适用于所有配置火检冷却风机的电厂，并且改造费用低。改造火检冷却风源系统后，原火检冷却风机在机组正常运行期间停运。以该电厂为例，火检冷却风机电动机功率为22 kW，度电成本按照0.5元/(kW·h)计算，每年可节省电费96 360元，经济效益显著[6]。

6 结语

对某电厂火检冷却风源系统进行改造，达到了预期的改造效果，并且改造方案结构简单、投资费用低，可消除运行过程中因火检冷却风机故障带来的安全隐患。改造后原火检冷却风机可停运，节约风机运行能耗，同时降低周围环境噪声。火检冷却风源系统的改造对火电厂的绿色、节能、环保、安全运行等有重要的意义。