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啟動調試期間空氣預熱器著火事故的預防及處理

大容量電站鍋爐一般都採用三分倉式回轉式空氣預熱器(簡稱“空預器”)。

三分倉設計的空預器通過三種不同的氣流, 即煙氣、二次風和一次風, 三種氣流之間各由三組扇形板和軸向密封板相互隔開。

當空預器換熱元件經過煙氣側時, 煙氣攜帶的一部分熱量就傳遞給換熱元件;而當換熱元件經過空氣側時又把熱量傳遞給空氣, 如此周而復始地迴圈, 實現煙氣與空氣的熱量交換。

由於空預器回收了煙氣的熱量, 降低了排煙溫度, 提高了燃料與空氣的初始溫度, 強化了燃料的燃燒, 進一步提高了鍋爐效率,

因而空預器的運行狀態直接關係到鍋爐的穩定性和經濟性。

為降低機組啟動成本, 減少燃油消耗, 近十年來國內新建機組多採用等離子點火或微油點火技術。 國外投產的國產機組, 因設計或業主方的原因, 目前基本仍採用輕、重油槍二級點火方法。

調試階段由於設備故障率高、機組啟停頻繁、低負荷執行時間長等原因, 空預器著火事故時有發生, 造成了設備及工期的損失。

本文針對空預器著火事故高發的調試階段, 對著火的原因進行分析, 對不同的點火方式針對性地提出預防措施, 並對著火事故的處理提出建議。

1 空預器著火原因分析

發生著火的三要素是可燃物、助燃物和一定的溫度。

對於空預器而言,

空預器著火是沉積在空預器蓄熱元件上未燃盡的燃油或煤粉等可燃物經高溫煙氣加熱發生緩慢的放熱反應, 當達到燃點後發生燃燒的過程。

等離子和微油點火技術分別利用高溫電弧和燃油氣化燃燒形成的高溫火焰直接點燃煤粉。 採用輕、重油二級點火方式的機組為節省燃油也會提前投入制粉系統。

由於點火初期鍋爐爐膛溫度低, 燃燒不充分, 未燃盡的煤粉或燃油會被煙氣攜帶至空預器區域。

圖1為某採用微油點火方式的鍋爐在投粉後對飛灰進行取樣分析的結果, 第1次取樣為冷態投粉後約1h, 最後一次取樣是冷態投粉後約8h, 中間每間隔1.5h取樣一次。 取樣結果顯示投粉1h後, 飛灰含碳量仍高達40%。

空預器蓄熱元件由加工成特殊波紋的薄鋼板製成。 為增大換熱量, 增強換熱效果, 這些薄鋼板之間的間隙很小。

如果蓄熱元件因焊渣、焊條、保溫棉、飛灰等造成局部堵塞, 低負荷階段煙氣攜帶的未燃物會在堵塞部位附著、沉積。

當鍋爐負荷升高時, 空預器入口煙溫也會隨之升高,

未燃盡煤粉或燃油等沉積物的放熱分解反應加劇, 從而導致著火。 如果沉積物較多, 燃燒釋放的熱量會燒損和熔化蓄熱元件, 導致事故擴大。

圖2為一起空預器著火事故的運行趨勢, 18:45鍋爐啟動制粉系統, 空預器入口煙溫逐步升高, 沉積在空預器蓄熱元件內的未燃盡沉積物著火, 引起空預器電流波動, 21:25就地發現空預器著火。 因此空預器著火事故多發於機組啟動調試階段。

2 空預器著火的預防措施

通過對空預器著火原因的分析, 防止空預器著火應從減少未燃物的生成、防止未燃物在空預器蓄熱元件沉積、發現異常及時處理等方面入手, 需要做好啟動前、運行中、停機後等全面的預防措施。

2.1 啟動前的檢查

(1)鍋爐首次啟動前應對鍋爐內部、煙風道內部、空預器等位置進行檢查, 對系統內的保溫棉、木板、焊條、焊渣、鐵絲等雜物進行清理, 經製造、施工、業主、監理、調試、運行等各方驗收合格後方可開始啟動。

(2)檢查回轉式空預器出入口煙風擋板, 應能DCS操作且擋板能全開、關閉嚴密。

(3)回轉式空預器消防水泵應啟動備用,以保證空預器消防水系統處於良好的備用狀態,具備隨時投入條件。

(4)檢查空預器吹灰器的行程,重點檢查中心筒及轉子邊緣位置,確保全部蓄熱元件都被吹掃到,無死角。如具備條件,可通蒸汽進行實際觀察。

(5)燃油霧化蒸汽管道進汽前,檢查蒸汽管道至重油管道的吹掃閥是否嚴密,防止蒸汽進入燃油,造成燃油帶水。

(6)按啟動規程進行油洩漏試驗,檢查各油角閥是否嚴密,防止燃油漏入鍋爐。

(7)為提高點火初期煤粉的燃盡率,煤質需達到或優於設計要求。

2.2 運行中的監視及燃燒調整

(1)空預器投運後,密切關注空預器電流、進出口差壓等運行參數。若空預器電流波動過大,需就地檢查,並調整空預器密封間隙。如果發生空預器停轉事故,立即投入氣動馬達裝置。檢查主輔電機停轉原因,儘快恢復正常。如果5min內無法啟動空預器,則應停止同側送引風機運行,關閉空預器進出口煙風擋板,對空預器進行隔離。

(2)維持穩定的輔助蒸汽壓力及溫度。輔助蒸汽需維持在0.7~0.9MPa之間,溫度250℃以上。

(3)鍋爐負荷低於25%額定負荷時應連續吹灰,鍋爐負荷大於25%額定負荷時至少每8h吹灰一次,當回轉式空預器煙氣側壓差增加或低負荷煤、油混燒時應增加吹灰次數。

(4)採用輕、重油二級點火方式的鍋爐,重油油槍投入前,需對重油油罐及爐前重油管道進行放水檢查,確認無水排出後方可投用。重油油槍投入時應保證燃油溫度和油壓在設計範圍內,油槍投入後應就地觀察油槍霧化情況,通過調整二次風擋板開度,使燃燒完全。一旦發現油槍霧化不好應立即停用,並進行清理檢修。

(5)採用等離子或微油點火方式的鍋爐,點火前需投入一、二次風暖風器,儘量提高風溫,待溫度滿足條件後方可啟動相應的制粉系統。點火後維持各粉管較低的一次風速,可保持在18~20m/s。點火後,注意監視並調整等離子或微油點火系統的運行參數在正常範圍。

(6)制粉系統投入後,適時地進行燃燒調整,通過調整煤粉細度、制粉系統出口風粉混合物溫度、合理配風等手段提高煤粉的燃燼率,使鍋爐燃燒狀況最佳。

2.3 停機後的檢查

(1)鍋爐停運後,當空預器入口煙溫降到150℃以下時方可停運空預器。

(2)鍋爐停爐7d以上時必須對空預器受熱面進行檢查,若存在掛油垢或積灰堵塞的現象,應及時清理。

(3)若鍋爐較長時間低負荷燃油或煤油混燒,可根據具體情況利用停爐對空預器受熱面進行檢查,重點是檢查中層和下層傳熱元件;若發現有垢時要堿洗,並進行通風乾燥

2.4 採用靈敏度高的火災報警系統目前仍有很多機組採用熱電偶作為空預器火災報警系統的測溫裝置。

熱電偶安裝在煙氣側出口煙道內,這類火災報警系統結構簡單、投資少,但回應慢,當出現報警時火災已發展到一定程度,錯過了事故處理的最佳時機。

紅外熱點探測系統是採用紅外線測溫技術來測量受熱元件的內部溫度。當紅外探頭測得熱點溫度在150~200℃時,它就觸發報警器報警。這樣就可以在達到金屬著火溫度之前,有時間採取有效的滅火措施,防止蓄熱元件燃燒,確保空預器安全運行。

3 空預器著火後的處理措施

空預器火災報警系統發出報警後,立即安排人員去就地進行檢查,並調取空預器電流、進出口差壓、進出口一、二次風及煙氣溫度等運行參數進行分析。

確認空預器著火後,機組快速降負荷,停運同側送、引風機,關閉進出口擋板及一二次風聯絡擋板,對著火空預器進行密閉隔絕。投入空預器蒸汽吹灰,保持空預器運行。如果排煙溫度繼續上升,就地觀察發現明火時,立即手動MFT,停止送、引風機運行,投入消防噴淋水進行滅火,直至將空預器的內部溫度降低到足夠低的水準。

(3)回轉式空預器消防水泵應啟動備用,以保證空預器消防水系統處於良好的備用狀態,具備隨時投入條件。

(4)檢查空預器吹灰器的行程,重點檢查中心筒及轉子邊緣位置,確保全部蓄熱元件都被吹掃到,無死角。如具備條件,可通蒸汽進行實際觀察。

(5)燃油霧化蒸汽管道進汽前,檢查蒸汽管道至重油管道的吹掃閥是否嚴密,防止蒸汽進入燃油,造成燃油帶水。

(6)按啟動規程進行油洩漏試驗,檢查各油角閥是否嚴密,防止燃油漏入鍋爐。

(7)為提高點火初期煤粉的燃盡率,煤質需達到或優於設計要求。

2.2 運行中的監視及燃燒調整

(1)空預器投運後,密切關注空預器電流、進出口差壓等運行參數。若空預器電流波動過大,需就地檢查,並調整空預器密封間隙。如果發生空預器停轉事故,立即投入氣動馬達裝置。檢查主輔電機停轉原因,儘快恢復正常。如果5min內無法啟動空預器,則應停止同側送引風機運行,關閉空預器進出口煙風擋板,對空預器進行隔離。

(2)維持穩定的輔助蒸汽壓力及溫度。輔助蒸汽需維持在0.7~0.9MPa之間,溫度250℃以上。

(3)鍋爐負荷低於25%額定負荷時應連續吹灰,鍋爐負荷大於25%額定負荷時至少每8h吹灰一次,當回轉式空預器煙氣側壓差增加或低負荷煤、油混燒時應增加吹灰次數。

(4)採用輕、重油二級點火方式的鍋爐,重油油槍投入前,需對重油油罐及爐前重油管道進行放水檢查,確認無水排出後方可投用。重油油槍投入時應保證燃油溫度和油壓在設計範圍內,油槍投入後應就地觀察油槍霧化情況,通過調整二次風擋板開度,使燃燒完全。一旦發現油槍霧化不好應立即停用,並進行清理檢修。

(5)採用等離子或微油點火方式的鍋爐,點火前需投入一、二次風暖風器,儘量提高風溫,待溫度滿足條件後方可啟動相應的制粉系統。點火後維持各粉管較低的一次風速,可保持在18~20m/s。點火後,注意監視並調整等離子或微油點火系統的運行參數在正常範圍。

(6)制粉系統投入後,適時地進行燃燒調整,通過調整煤粉細度、制粉系統出口風粉混合物溫度、合理配風等手段提高煤粉的燃燼率,使鍋爐燃燒狀況最佳。

2.3 停機後的檢查

(1)鍋爐停運後,當空預器入口煙溫降到150℃以下時方可停運空預器。

(2)鍋爐停爐7d以上時必須對空預器受熱面進行檢查,若存在掛油垢或積灰堵塞的現象,應及時清理。

(3)若鍋爐較長時間低負荷燃油或煤油混燒,可根據具體情況利用停爐對空預器受熱面進行檢查,重點是檢查中層和下層傳熱元件;若發現有垢時要堿洗,並進行通風乾燥

2.4 採用靈敏度高的火災報警系統目前仍有很多機組採用熱電偶作為空預器火災報警系統的測溫裝置。

熱電偶安裝在煙氣側出口煙道內,這類火災報警系統結構簡單、投資少,但回應慢,當出現報警時火災已發展到一定程度,錯過了事故處理的最佳時機。

紅外熱點探測系統是採用紅外線測溫技術來測量受熱元件的內部溫度。當紅外探頭測得熱點溫度在150~200℃時,它就觸發報警器報警。這樣就可以在達到金屬著火溫度之前,有時間採取有效的滅火措施,防止蓄熱元件燃燒,確保空預器安全運行。

3 空預器著火後的處理措施

空預器火災報警系統發出報警後,立即安排人員去就地進行檢查,並調取空預器電流、進出口差壓、進出口一、二次風及煙氣溫度等運行參數進行分析。

確認空預器著火後,機組快速降負荷,停運同側送、引風機,關閉進出口擋板及一二次風聯絡擋板,對著火空預器進行密閉隔絕。投入空預器蒸汽吹灰,保持空預器運行。如果排煙溫度繼續上升,就地觀察發現明火時,立即手動MFT,停止送、引風機運行,投入消防噴淋水進行滅火,直至將空預器的內部溫度降低到足夠低的水準。

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