运行中锅炉灭火是否跳机问题的探讨

水晶之恋 · 发表于 2008-1-10 16:31:53

运行中锅炉灭火是否跳机问题的探讨       锅炉灭火是火力发电厂的频发事故。燃烧调整不合理、煤种突变、保护装置误动等众多原因  都可能导致锅炉灭火事故的发生。尤其是大机组均采用单元制设计，灭火将直接影响汽轮机  的安全运行及使用寿命的消耗。 1　机电炉的两种连锁模式 　　第一种模式是锅炉灭火后汽机即跳闸、发电机与电网解列。这时，现场处理又有两种结果：  一是灭火原因很清楚，可以马上进行通风、点火，在汽轮机惰走阶段即重新挂闸、冲转、并  列、接带负荷，经过一段时间机组达到灭火前状态。二是锅炉灭火后不能很快点火，汽机跳  闸后，投入盘车装置，待锅炉异常消除后汽机从静止状态下启动。 　　第二种模式是锅炉灭火后汽机不跳闸、发电机仍然并列运行。运行人员以较快的速度将  机组有功减至适当水平，维持机组带负荷运行。待锅炉点火后，机组很快恢复至灭  火前状态。 2　陡河发电厂机炉连锁模式 　　陡河发电厂的3、4号机组原设计连锁为第一种模式--炉灭火后汽机跳闸。根据近20年的运  行经验，发现引起锅炉灭火的绝大多数原因是正、负压保护及汽包水位异常保护装置动作，  灭火原因较明确、易判断。鉴于这种情况，于1996年陆续对3、4号机组的机炉连锁回路进行  了改造，改造后的连锁为第二种模式--炉灭火后汽轮机不跳闸、电气仍并列运行模式。 　　其它机组的机炉连锁设计均为第二种模式。故目前我厂8台机组的连锁均为锅炉灭火后汽机  不跳闸、电气不解列模式。 3　锅炉灭火对汽轮机的影响 　　无论哪种连锁模式的机组，在锅炉灭火后的处理过程中，由于汽温的降低及进汽量的减  少都会引起缸温的下降，换句话说--将引起汽轮机的强制冷却。这样，会产生3  个方面的问题： 　　(1)  金属材料的温降速率； 　　(2)  金属材料的温降幅度； 　　(3)  汽缸上下缸温差。 　　汽轮机低周疲劳寿命消耗取决于金属材料的温度变化率及温度变化幅度。也就是说，汽轮机  每  次温度变化引起的寿命消耗取决于它的温度变化率及温度变化幅度，温度变化率及温度变化  幅度越大，转子内部引起的热应力也越大，循环寿命消耗的百分数也越大，必将缩短汽机的  使用寿命。　　　　 　　汽轮机上下缸温差及内外壁温差过大，将引起汽缸变形而导致通流部分动静间隙发生变化，  当温差增大到一定程度使动静间隙消失，造成动静摩擦事故发生。另外，金属温差增大到一  定程度使内部热应力超过其屈服极限时，汽缸或转子将发生永久变形。 4　4号机组连锁改造前后几次灭火情况比较 　　表1列出了4号机组自1993年以来发生的4次灭火事故中高压缸金属温度的变化情况(分为锅炉灭火后汽机跳闸与不跳闸两种情况)。 表1　事故中高压缸金属温度变化情况　　℃   项目  日期  处理过程 中汽缸温 降幅度  并列带负 荷后汽缸 温降幅度  上下 缸最大 温差  汽温 下降 幅度   跳闸  1993.04.06  115  90  76  43   1993.07.28  118  90  76  46   1995.10.30  115  82  77  45   不跳闸  1996.03.24  51  36  47  42   1996.08.06  75  59  52  44   　　表中“上下缸最大温差”一项，该机设计进汽采用联合进汽方式，在启动及低负荷时全弧进  汽，而高负荷时切换至偏弧进汽。目前，由于1、3号调速汽门十字头磨损严重，造成油动机  行程较小时上下缸进汽量偏差较大，故在灭火处理过程中上下缸温差较大。 4.1　汽轮机跳闸时过程分析 　　当锅炉灭火汽机跳闸时，一般情况下(指灭火原因清楚，通风后即可点火)自跳闸至再次冲转  约需10  min，这一段时间内，由于切断了汽机进汽，只有少量轴封蒸汽对汽轮机进行冷却，  故汽缸温度只有小幅降低。上表中3次事故情况下这一阶段缸温降幅度只有15℃左右，同  时，上下缸温差也很小。 　　开始冲转时，由于蒸汽温度已有一定程度的降低，冲转时调速汽门开度又很小，经过调速汽  门节  流后进入第一级叶栅的蒸汽温度大幅度降低，并且冲转阶段在第一级叶片上的焓降较大(实  践证明，此时第一级出口的蒸汽温度较主汽温度降低约  100～150  ℃)，造成汽机自冲转至  定速阶段缸温的下降幅度约45℃，平均温降率为3℃／min。 　　在发电机并列后，机组带半负荷以前，尽管进汽量增加，主汽温度不再降低，但是调速汽门  的节流仍然较大(该机设计在40%负荷以前是全弧进汽)，且第一级叶片的负荷分配较重，由  于  大量低温蒸汽的冲刷，汽缸温度变化剧烈，这一阶段的缸温降幅度达55℃，温降率达4℃／m  in。在此阶段汽缸上下缸产生最大温差达70℃。 　　汽轮机如此大的金属温度变化幅度与温降率，必然加大低周疲劳寿命消耗。按照日立公司提  供的汽轮机寿命管理曲线，当汽轮机金属温降幅度80℃、平均温降速率3℃／min时，其循环  的低周疲劳寿命消耗达0.01%。这样一来，将缩短汽轮机的使用寿命。况且过程的局部金属  温降率大于3℃／min，汽缸及转子的局部热应力很大。　　　 　　对于3、4号机组来说，当上下缸温差达70℃启动时，很容易造成轴振动的增大，此时通流部  分可能已经发生了动静碰磨。对于国产  200  MW汽轮机，经验证明当上下缸温差超过50℃时  转车是危险的。 4.2　汽轮机不跳闸时的处理过程分析 　　1996年3月24日(机炉连锁改进后)，发生锅炉正压保护装置动作灭火事故。事故前，机组带  负荷230  MW，汽机各参数运行稳定。灭火后，值班人员快速将负荷降至15  MW，等待锅炉点  火，这段时间内，上缸温度下降  15  ℃，下缸下降50  ℃，上下缸温差最大  42  ℃。经  11  m  in，锅炉点火  成功，6  min后开始升负荷，又经过  16  min后，机组恢复到事故前状态。升负荷阶段，缸温  下降  36  ℃，最大温差  57  ℃，局部最大温降率  3  ℃／min，事故过程历时  33  min。 　　1996年6月6日的一次灭火事故处理情况与上述过程类似。具体见表1。 4.3　锅炉灭火汽机跳闸与不跳闸情况下的对比 　　(1)  汽机不跳闸带一定负荷运行时，由于避免了汽机冲转阶段的冷却过程，而汽机跳闸与不  跳闸在升负荷阶段缸温的降幅基本相当，主汽温度的降幅也基本相当，因此汽机不跳闸时汽  缸总的温降幅度较小。 　　(2)  汽机跳闸后，要再次冲转、升速，汽轮发电机组要通过临界转速，增大了轴系故障的  可能性。尤其是国产  200  MW机组，由于先天不足，热态启动容易出现异常。 　　(3)  汽机不跳闸带一定负荷时，蒸汽对汽轮机进行不间断的冷却，避免了冲转时蒸汽的突然  冷却。 5　锅炉灭火汽机不跳闸时，影响汽机金属温度的因素 5.1　降负荷速度 　　锅炉灭火后，由于汽轮机热负荷完全靠锅炉本体的蓄热来维持，所以，在事故处理时降负荷  速度宜快不宜慢，否则将加大主汽压力、温度降幅及速率，最后，造成汽轮机的过度冷却，  同时又影响点火后的恢复，延长事故处理时间。 5.2　最低负荷 　　锅炉灭火后机组所带低负荷的高低决定了锅炉蒸发量，也决定了冷却汽轮机的蒸汽量。如负  荷过高，将加大主汽压力、温度降幅及速率。同时，这一负荷又不能过小，否则，由于鼓风  将引起汽轮机排汽温度的升高。根据我们的经验，最低负荷以额定负荷的  5%～10%  为宜。 5.3　汽缸各段抽汽的影响 　　汽轮机各段抽汽均与下汽缸连接，低负荷运行时，各段抽汽均有一定的低温蒸汽对下缸进行  冷  却，增大上下缸温差。因此，建议发生锅炉灭火后，及时将各段抽汽停止(尤其是高压抽汽)  。 5.4　点火后升负荷速度 　　升负荷速度影响着汽机金属温度最终的变化情况。理论上在高温下应尽量减少低负荷运行时  间，否则将引起缸温的大幅度降低。现场处理事故时，只要锅炉燃烧调整能跟上，应尽快接  带负荷，同时，有利于主汽温度的回升。 5.5　蒸汽的升温升压控制 　　点火后，要按照升温升压曲线控制蒸汽参数，否则，不利于事故恢复甚至对汽轮机的安全构  成威胁。 6　两次实际处理中存在的问题 　　在两次实际事故处理中，低负荷时间稍长，升负荷速度稍慢，造成汽缸温降较大，不仅如  此，还延长了处理时间。所以，此时锅炉值班人员应加强燃烧调整，及时增加燃料投入量。  另外，汽机值班人员应根据情况及时增加负荷。 7　锅炉灭火事故处理中的几个问题 7.1　灭火后应尽快进行通风、点火 　　锅炉点火时间拖延越长，主汽压力、温度降幅越大，必将造成汽轮机金属温度的大幅度下降  及上下缸温差的增大。 7.2　灭火后最低汽压、汽温限制 　　根据实际经验，最低的汽压不应低于额定汽压的60%，温度以运行规程为准。低于上述数值  而锅炉点火不成功时，应果断进行停机处理。 7.3　点火后升负荷依据 　　点火成功后，蒸汽参数便开始回升，但此时汽机缸温仍处于下降趋势，随着参数的升高及调  速汽门的开大，当通流部分蒸汽温度与缸温相适应时，缸温将停止下降，之后，缸温将开始  回升。 　　因此，升负荷的主要依据就是缸温的变化趋势。缸温下降时，加快升负荷速度；缸温升高时  ，减缓升负荷速度，控制金属温度变化率不超过规定值。 8　结论 　　(1)  灭火后汽机不跳闸对汽机运行较为安全。 　　(2)  灭火后汽机不跳闸方式下的事故处理时间短。 　　(3)  灭火后汽机不跳闸时，只要机炉协调好，主汽压力、温度可维持在  8  MPa、500℃的水  平。

gxrdz · 发表于 2008-9-15 14:55:46

谢谢

crazy0101001 · 发表于 2008-10-9 21:24:35

学习

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