某电厂350MW超临界CFB锅炉紧急给水系统问题分析

某电厂350MW超临界CFB锅炉紧急给水系统问题分析

刘源

江苏庞沃电力工程有限公司  江苏  徐州   221006

【摘要】近几年，国内350MW级CFB锅炉技术发展迅猛，本文从必要性和经济性对350MW级超临界CFB锅炉是否设置紧急给水系统和容量等安全问题进行简要分析，提出了一些建议，可供同类型机组参考。

【关键词】超临界  CFB锅炉  给水系统

某公司2台350MW级CFB超临界变压运行直流锅炉，采用单炉膛、单布风板、M型布置、平衡通风、一次中间再热、全钢构架、全悬吊结构、循环流化床燃烧方式，采用高温冷却式旋风分离器进行气固分离。炉膛水冷壁采用全焊接的垂直上升膜式管屏，给水系统设置2台50%容量的汽泵和1台30%容量的全压电泵。

根据国内大量CFB锅炉运行经验，紧急补水系统对CFB锅炉而言，并不是十分必要的，而且其初期投资以及运行费用极高，因此，我公司锅炉没有设置紧急补水系统。主要原因如下：

1、全厂失电或锅炉给水突然失去现象发生的几率

随着锅炉自动化控制技术的发展，国内各电厂的锅炉等设备都已经配置有各种控制系统，以预防和监测电厂各系统在运行时可能出现的各种意外情况，并对出现的意外情况及时判断，做出反应并报警。锅炉运行实践表明，电厂安装的自控系统对锅炉等设备系统的安全运行提供了重要的保证，成功的避免了多种事故的发生。

此外，在电厂各系统的设计中，一些重要的系统等，其配置都有备用手段，如锅炉给水泵的台数，容量等，即使其中一台泵故障停运，其他的给水泵也能够满足锅炉一定负荷甚至满负荷出力的要求，不会发生锅炉全部给水突然失去的情况。

2、锅炉给水突然失去后水冷系统发生干烧现象的几率

即使运行过程中发生了锅炉给水全部失去的情况，现有的设计和运行中及时动作的保护性措施，可以保证CFB锅炉的安全。

CFB锅炉由于选用薄型耐磨耐火材料，使锅炉的蓄热量大大减少。给水突然中断后，锅炉吸热引起的蒸发量相对大大降低。同时，由于取消了外置式换热器，使给水突然中断后，仅炉内布置的屏过和屏再受到有蓄热床料的部分辐射热，其强度也大大低于大蓄热的外置式换热器的辐射加热。

对锅炉给水全部失去的工况进行了分析计算，结果如下：

锅炉正常运行时，水冷系统容积约60m3，省煤器容积约79m3，总容积约139m3，按水冷壁管平均温度计算，水冷系统的总存水量约为84吨。锅炉给水突然失去后，在前20分钟内蒸汽损失量最大，随着炉内物料大量放热后蒸汽损失量逐渐降低。经计算，锅炉断水后20分钟内蒸汽的损失量为25吨，在此期间内如能及时进行动作保护，水冷系统不会发生干烧现象。同时，循环流化床锅炉烟温水平较低，炉膛至尾部竖井包墙的距离长，也不必担心辐射热引起包墙上部管子壁温上升。因此，按照系统停电期间和以后恢复正常运行的操作程序，加上必要的设计保证，可以实现对受热面的保护。

通常情况下，发生全厂失电时可能发生干烧爆管的部位是炉膛水冷壁上部和尾部竖井受高温烟气直接辐射的部位，某工程尾部竖井包墙采用的是水包墙结构，全厂失电，锅炉解列后，包墙水位最先蒸干，没有介质冷却，加上同时受到烟气冲刷，情况最为危险。而该公司锅炉尾部竖井包墙采用的是汽冷墙结构，即使发生紧急情况，炉内存水蒸干前汽包墙内有连续不断的蒸气流过，对管壁进行冷却，情况大有改善。超临界CFB锅炉集中下水管位置低于省煤器，省煤器的存水可以补充水冷系统的蒸干量。

3、 配置紧急给水系统的经济性分析

从电厂初投资和运行的经济性角度考虑，电厂系统的完善性（如双回路设置）使全厂失电或锅炉给水泵全部失效的工况几乎不存在。

为这种电厂几乎不会发生的极其偶然的工况增设的紧急给水系统，系统配置包括一台大功率的柴油机，带一个容积为4000升的柴油箱，一套高压头低流量的水泵，一个体积为1000m3的除盐水箱，以及传动设备，阀门管路系统，控制系统等，初期投资在500万元以上。此外，为保证在紧急情况下紧急给水泵能够及时、可靠投运，泵组要求每周至少检测一次，测试时间不少于1小时，每月的测试时间不得少于12小时，泵组的运行成本非常高。为一个几乎不会发生的工况，花费如此大的人力、物力和财力，得不偿失。

4、 对全厂掉电的设计考虑和处理措施

通过以上分析可以看出，设计紧急补水系统并不是必须的。对锅炉在全厂掉电时的保护，不仅是在锅炉设计上考虑足够的蓄水量和材料特性，更应在统筹规划整个电站系统安全保护时统一考虑。根据CFB锅炉特点，对全厂掉电时的注意事项提出参考建议如下：

一般而言，在全厂失电情况下，对于CFB锅炉，可能存在下述情况：

A 外部电源仅余120VAC~125VDC不间断电源（UPS）

B 不能投运任何辅机

C大量的床料堆积在燃烧室中

一方面，大量的床料和耐火耐磨材料的蓄热会造成炉内的汽水混合物及水被不断加热，通过对空排汽或汽机旁路蒸发；而另一方面，主给水泵不能投运使损失的水得不到补充。随时间的增加，炉内存水（包括汽水混合物）将不断减少。如受热面不能及时冷却，将可能造成受热面超温损坏。

锅炉需重点保护部位为水冷壁上部和尾部包墙。炉内各受热面材料的最高使用壁温为：水冷壁管≤ 515℃，过热器管≤ 619℃，再热器≤ 683℃。

为掉电时尽量保护锅炉，减少损失，建议采用如下措施：

1)保证MFT各项措施在掉电后均能到位（如旁路阀开启；燃料、石灰石切除等）。

2)为维持炉膛压力不超标，所有鼓风机挡板掉电后应关闭，并保持炉膛烟气通道的畅通。如有可能，引风机应尽量保持运行。

3)保证减温器在掉电后保持关闭，减少炉内的水损耗。

4)在保证汽水系统不超压的前提下，尽量减少过热器对空排气阀门开启，减少锅内蒸汽损耗。