锅炉典型故障分析与识别(2)

3.3锅炉制粉系统故障3.3.1概述制粉系统是电厂锅炉的主要系统之一，其运行状况直接影响锅炉机组的安全可靠性和经济性。一、制粉系统类型制粉系统一般指从原煤仓落下的原煤经磨制成煤粉后输运到锅炉燃烧器的全部工艺流程。其中以磨煤机为核心设备，还有给煤机，给粉机，粗粉分离器，细粉分离器，排粉风机等，与之组成系统还包括相关阀门，管件，管道，以及各转动机械的滑润冷却系统等。电厂制粉系统至少具备以下四项功能：燃料的干燥、磨碎、分离和粉粒传输。制粉系统总体来说有两种类型：中间储仓式和直吹式(一)中间储仓式制粉系统图3-1示中间储仓式、干燥剂送粉制粉系统和热风送粉系统。图３-１中间储仓式制粉系统(a)干燥剂送粉(b)热风送粉燃料从原煤仓由给煤机送入磨煤机磨碎成煤粉颗粒，通入干燥剂（空气预热器来的热风）对煤和煤粉进行干燥，随后干燥剂（热风）携带煤粉离开磨煤机进入粗粉分离器，分离出合格的粗煤粉经回粉管重新返回磨煤机再磨制，合格的煤粉被干燥剂带入细粉分离器，大部分的煤粉在细粉分离器分离出来后通过切换挡板送入煤粉仓或利用螺旋输粉机输送到邻炉的煤粉仓。根据锅炉燃烧的需要由给粉机将粉仓中的煤粉送入一次风管。从细粉分离器出来的乏气带着未分离掉的少量煤粉（约占煤粉总量的10%）进入排粉机送入一次风管，一次风把给粉机（排粉机）送来的煤粉通过燃烧器喷入炉膛燃烧从排粉机出口至磨煤机进口设有再循环管，可让一部分干燥剂回到磨煤机，以提高风速，增大送粉能力。当磨煤机停运时，排粉机还可直接利用热风送粉，以维持锅炉的正常燃烧。为防止气流短路流动，在系统的某些管道上装有锁气器，阻气回粉，在系统中多处设置了防燥门，以保护设备安全。这类制粉系统能耗高，煤粉分离和储存系统着火爆炸的危险性大(二)直吹式制粉系统图3-2示直吹式中速磨制粉系统，与中间储仓式系统的差别就是没有专门的煤粉储存容器（煤粉仓），磨煤机的制粉出力根据锅炉负荷实时需要提供。图3-2直吹式中速磨制粉系统相对来说直吹式制粉系统较简单，其主要设备较少。直吹式制粉系统的磨煤机往往选用中速磨煤机。该制粉系统具有布置简单，调节灵活，维护方便，能够保证与锅炉燃烧负荷良好的匹配性，对煤种适应性较强，磨煤制粉电耗较低、运行寿命长等优点，随着机组容量等级不断增加，对单元大容量机组更多的选用直吹式制粉系统。(三)其他：１.乏气分离式直吹制粉系统２.中储或半直吹系统二、磨煤机类型(一)滚压式中速磨煤机电厂使用外作用力磨煤机已近40年的历史，按其结构性能的不同，可以分为:球环式E型磨煤机，适应于烟煤和贫煤原煤水分≤15%；辊碗式RP（HP）型磨煤机有较强的适应性，可磨水分45%，灰分40~45%的烟煤、褐煤；滚轮式MPS（MBF）型对煤种适应性强，良好的研磨运行特性。这类磨煤机的研磨部件是磨环，磨辊，钢球和磨盘等，燃料进入磨辊下部即形成磨料层和压实层，在磨料层内和接触面积内的磨擦力与辊压力，离心力和流动阻力处于平衡条件下，完成煤的破碎。中速磨煤机制粉出力和煤粉细度稳定，颗粒度均匀，且启动速度快、调节灵活，工作经济可靠，特别适于直吹式制粉系统和单元机组的自控系统。(二)钢球磨煤机（低速）这类磨煤机坚固耐用和易于维护。研磨部件就是钢球（直径为20~70mm之间）和耐磨的园柱形筒体，利用钢筒旋转（工作转速为15.6r/min），钢球落下的动能破碎原煤。用于低挥发和高灰分的贫煤，无烟煤，中等水份低挥发分的烟煤。现已发展为双进双出式钢球磨煤机系统。原煤从两头通过与筒体同转的螺旋输煤机送入磨煤机内，干燥气体通过两头的内管进入研磨室，并逆着原煤进口方向将煤粉送入分离器。为了保证磨煤机两头原煤（煤粉）和干燥气体均匀送入，采用了复杂的控制系统。(三)高速风扇磨煤机和锤击磨煤机研磨水分高达70%，灰分高达40%的软质或硬质褐煤，特别当其出力高达200t/h时，采用有很大自身通风能力的风扇磨煤机比较有利。风扇磨煤机可将烟气的NOx含量控制在200mg/m3排放限值以下。研磨硬煤、褐煤和泥炭宜采用无自身通风能力的锤击磨煤机。锤击磨煤机的出力远低于风扇磨煤机。3.3.2制粉系统故障由于制粉系统和磨煤机的类别繁多，实际出现的故障及故障部位多种多样，诊断识别必须按类别，轻重不同进行。按故障部位类别可分三种，即运动机械的故障、器件（包括粉仓）故障及系统故障。一、运动机械的故障这指给煤机、磨煤机、给粉机、螺旋输煤（粉）机、排粉风机等运动机械本体及其辅助系统（润滑油、冷却水系统）出现的故障。(一)磨煤机１.机体振动大２.磨损严重（钢球、磨环及磨辊磨盘等）３.润滑不佳：冷油器水侧堵塞；漏油、油质质量差４.轴承故障：轴瓦温度居高不下，轴承破损５.中速磨煤机磨辊不转，液压加载无力，“四块”（煤、石、木、铁）问题敏感６.传动齿轮损坏，减速箱漏油７.电动机故障：定子线圈烧坏，鼠笼条断裂，轴承质量差(二)给煤机１.皮带拉紧装置损坏２.皮带驱动滚筒损坏３.轴承或支撑损坏４.皮带为木棒、钢丝绳、铁皮等异物损坏５.刮板给煤机垫煤、卡链、断链。(三)给粉机轴套漏粉，轴套卡涩(四)排粉风机１.磨损严重，叶轮寿命短２.进口调节挡板开度不足，节流损失大二、器件及容器故障主要包括粗粉分离器，细粉分离器、螺旋输煤器（双进双出磨煤机）、离心式可旋转、可调导流片的分离器、原煤仓及相关的热风隔绝门、锁气器、磨煤机出口排除伐、防爆门等的故障。基本包含三种类型：(一)煤、煤粉的漏泄(二)煤、煤粉的堵塞(三)气粉流动造成的磨损三、制粉系统的故障着火（自燃）、阴燃和爆炸3.3.3制粉系统的着火与爆炸煤粉的着火和爆炸，既造成损备损坏，增加维修成本，又严重威胁人身及电厂生产的安全，还对生产环境造成污染。一、煤粉着火爆炸机理(一)着火爆炸的产生煤粉以一定浓度分散在容器或系统中，一旦遇到点燃能就会着火燃烧，导致不可控制的连续快速燃烧反应，压力骤然升高，造成强大冲击力，即发生煤粉爆炸。沉积不流动的煤粉，经一段时间后往往会自燃。煤或煤粉在缺氧情况下燃烧叫“阴燃”，由于制粉系统含氧浓度较低，煤粉自燃着火后即转为阴燃，阴燃的煤粉是煤粉发生爆炸的主要引火源。(二)煤粉爆炸的三要素煤粉必须同时具备可燃物浓度，氧浓度和点燃能三个条件才能发生爆炸1.煤粉的浓度煤粉的爆炸浓度有一个范围，它在高限浓度和低限浓度之间。这个范围与煤种、初温、初压等多个因素有关。2.氧气的浓度热风、冷风以及漏风中均含有一定量的氧气，氧气浓度达到一定数值时，才可能发生爆炸。排粉风机前的含氧浓度一般应控制在16%以下（高挥发分，高温干燥剂情况应为11~13%以下）3.点燃能（引爆源）煤粉混合物必须在有高于最小、最低可爆的点燃能时才能发生爆炸。最小、最低的点燃能与多个因素有关，但主要决定于煤粉爆炸反应本身活化能的大小。煤粉中掺入少量可燃气体比纯空气的混合物更能降低煤粉爆炸的最小、最低点燃能。初温初压对点燃能有明显的影响，初温初压越高，发生爆炸所需点燃能就越小。煤粉自燃（阴燃），木屑，及其他易燃物的燃烧，机械摩擦产生的火花等系统外来的火源会形成爆炸的点燃能，一定浓度的风粉气流吹向自燃点，不仅加剧自燃，还会引起燃烧，随时会发生爆炸。烟煤、褐煤着火温度低，不仅容易点燃，而且极易自燃（阴燃），因此褐煤和高挥发分烟煤是易爆煤种。(三)影响着火爆炸的主要因素1.挥发分Vˊ10%时一般无自燃爆炸的危险Vˊ20%时这是着火温度低的煤，容易自燃，有爆炸的危险。烟煤、褐煤的Vˊ均大于此值。煤的阴燃温度与其挥发分成反比关系，煤的挥发分越高，其阴燃温度越低，（详见表3-9）2.气粉混合物浓度煤粉浓度过高或过低，都不会发生爆炸，不同的煤种有不同的爆炸危险浓度。烟煤气粉浓度只在0.32~4kg/m3范围内才会发生爆炸，而在1.2~2kg/m3范围发生爆炸的危险性最大。3.煤粉细度通常煤粉粒度较大不易发生爆炸，粒度愈小俞易发生爆炸。烟煤当量粒径dp1000m时，一般没有爆炸危险；dp833m时的煤粉与微粒共存时会发生爆炸；dp74m的煤粉的爆炸危险性非常大。电厂所用煤粉细度都在爆炸危险区域内4.灰分燃料中含灰分越小，爆炸倾向性越大5.煤粉中的含氧量及干燥剂种类燃烧烟煤时，含氧量低于14%，肯定不会发生爆炸；粉尘中若含CH4等可燃气体时，煤粉爆炸极限会降低，即使含氧量小于10%，也会发生爆炸；向干燥剂中掺入惰性介质（如烟气、CO2、N2、水蒸汽等），煤粉的爆炸危险性就会减少。6.煤粉中的水分显然，水分愈高愈不易着火爆炸7.通风量通风不良时，爆炸的危险程度增大8.磨煤机出口的气粉温度只有到达着火温度气粉混合物才会燃烧，一般此处远低于着火温度，故不会发生着火爆炸。但遇到点火源或特殊工况（启动、停运或突然断煤）或漏入热风使气粉温度达到100℃以上时，容易引起沉积煤粉着火爆炸9.煤粉沉积状态堆积状态比浮悬状态煤粉的着火温度低。譬如当Vˊ20%时，悬浮状态的着火温度为630℃，而堆积粉尘的着火温度降为220℃；当Vˊ=40%时，悬浮状态的着火温度为580℃，而堆积粉尘的着火温度降为170℃。二、防爆与探测(一)制粉系统着火爆炸的预防１.保持原煤斗出口有足够高度的密封煤柱一定高度的煤柱可防止热空气通入给煤机，使机内压力高于磨煤机的出口压力，避免热空气窜入煤斗２.加强吹扫消除积粉原则上说，制粉系统各处都有着火爆炸的危险性，但爆炸多发生处为煤粉仓，磨煤机入口，磨煤机再循环管道，排粉机一次风箱，粗粉分离器，细粉分离器，给煤机，中速磨煤机磨碗上部、下部及排出阀、一次风机，分离器出口，磨盘边缘死角，煤粉管道的水平弯头下部及石子煤箱等处。正常停炉时应将煤粉仓内的煤粉烧尽，紧急停炉时利用放粉设施将煤粉放掉３.消除漏风煤粉仓密封差引起漏风，致使粉仓内含氧量加大，易发生着火爆炸。当系统突然停运时，热风门关闭不严，空预器出来的热风或热烟气会流入有积粉的磨煤机中（热风温度超过100℃以上），引起着火爆炸热风门关闭不严造成热风门内漏外漏、磨煤机出口排除阀缺陷（不易全关）都是制粉系统着火爆炸的隐患，必须通过检修达到设备系统的密封完善，消除漏风。４.控制磨煤机入口（出口）温度５.加强煤质检验及煤粉化验６.通入惰性介质制粉系统停运时应通入烟气、CO2、N2、水蒸汽等惰性介质。掺入烟气送风可以控制气粉混合物中的含氧量。７.适当提高制粉系统管道的抗爆设计（用材）标准８.布置足够面积的防爆门，选择合适的防爆门类型９.加强消防系统的维护、蒸汽消防系统应畅通（或采用惰性气体或CO2消除）(二)制粉系统着火燃烧探测装置1.磨煤机内燃探测系统类型有：(1)CO监测(2)O2量监测(3)温度监测：在磨煤机出口，通过监测介质温度来判断磨煤机是否着火或易爆危险状态。。2.氧量测量系统和红处测量系统测量磨煤机排出氧气数量来判断着火燃烧状况。有着火情况时，CO2增加，氧量减少。红外线探测系统是利用红处线传感器来探测煤着火发热产生预定波长的红外辐射线，此法对煤层内部阴燃的探测能力较差。3.CO监测系统利用煤粉发生氧化情况（产生CO）与燃烧的关系，测定CO的浓度就可预报磨煤机着火。美国KVB公司的煤粉燃烧监测系统CFDS，又称中速磨CO监测系统已被国内外广泛采用。3.3.4制粉系统其它故障（1）一次风在粉管内的流动速度偏低，煤粉在管道中沉积，造成堵粉、煤粉在粉管中燃烧，燃烧器喷口烧坏。（2）制粉系统漏风，三次风量大，使煤粉燃烧不完全，炉内火焰中心提高，引起炉膛出口超温，排烟温度提高，锅炉热损失q2和q4增加。3.4锅炉水循环系统故障动力锅炉的水循环方式可分自然循环和强制循环两类，水循环系统的安全性具有十分重要的意义，锅炉由锅（内）炉（内）的两大块构成，炉内主要研究燃烧，锅内主要研究工质在管内的流动换热，即水动力特性水循环问题。3.4.1水循环原理水循环的作用在于通过水冷壁管内，流体流动把炉膛内燃料燃烧的热量传递给流体，建立稳定的热传导过程，保护金属管壁，使管壁壁温保持允许值以下，保证锅炉长期安全运行。一、自然循环锅炉图3-3为简单自然循环回路的示意图，给水泵将给水经省煤器泵入汽包与炉水混合后，通过下降管及下联箱进入水冷壁，水