大型W火焰锅炉灭火原因分析及对策

黄 伟，杨剑峰，谢国鸿，刘洪文，王方勇，邱应军

（1.湖南省电力公司试验研究院，长沙市，410007；2.华润电力(涟源)有限公司，湖南省涟源市，417100）

0 引言

华润电力（涟源）有限公司（以下简称“涟源电厂”）300 MW“W”火焰锅炉机组（配有布袋除尘器）在首次带至300 MW负荷、首次对锅炉吹灰时，炉膛负压波动大，瞬间达到-3 000 Pa，造成锅炉负压保护动作。为确保调试和将来移交生产后不发生类似的问题，有必要对此问题进行全面分析总结，提出预防措施，供类似的机组参考。

1 锅炉简介

涟源电厂一期工程1、2号锅炉系东方锅炉（集团）股份有限公司引进美国福斯特·惠勒公司技术制造的DG1025/18.2-Ⅱ15型亚临界、一次中间再热、自然循环、双拱形单炉膛，平衡通风，固态排渣，“Π”型露天布置，全钢构架，全悬吊结构，尾部双烟道，燃煤“W”型火焰炉。工程同期安装脱硝，脱硫装置。

1.1 锅炉主要设计参数

锅炉主要技术参数见表1。

表1 锅炉主要技术参数Tab.1 Main design parameters of Boiler

1.2 锅炉设计煤质

锅炉设计煤种为涟源市本地煤矿所产的无烟煤，设计煤粉细度R90为8%。在BMCR工况时锅炉设计计算燃煤135.39 t/h。燃煤采用汽车运输至电厂，实际燃用煤种杂、煤质变化大，见表2、3。

1.3 燃烧系统特点

1.3.1 制粉系统

锅炉采用3台上海重型机器厂制造的BBD4366型双进双出球磨机，正压直吹式制粉系统。燃用设计煤种BMCR工况时，3台磨煤机运行。

表2 设计、校核和实际燃用煤质特性Tab.2 Design,check and actual coal characteristic

表3 灭火当天锅炉实际燃用煤质特性Tab.3 Coal characteristic at boiler extinguish

每台磨煤机带6个双旋风筒旋风分离式煤粉燃烧器，错列布置在锅炉下炉膛的前后墙炉拱上。

1.3.2 双旋风筒旋风分离式煤粉燃烧器

燃烧器由煤粉进口管、栅格式煤粉均分器、双旋风筒壳体、煤粉喷嘴、乏气管及挡板、消旋器等组成，如图1所示。

图1 燃烧器结构示意图Fig.1 Coal burner sketch

燃烧所需要的二次风来自风箱。从空气预热器来的二次风经锅炉两侧风道送入前后墙风箱，从拱上和拱下的风口进入炉膛。风箱用隔板分隔，彼此独立，使每个燃烧器各为1个单元，实现单独调节。每一单元内布置6个二次风道及挡板，其中A、B、C挡板控制拱上部分的二次风量，D、E、F挡板控制拱下部分的二次风量。

大量的二次风从拱下垂直墙上的风口进入炉膛，共分3层，分别由挡板D、E、F控制，风量呈阶梯形。

每个燃烧器喷嘴配1支油点火器，点火器紧挨着煤粉喷嘴布置在拱上。油点火器设计总容量为30%BMCR热输入量，油枪采用机械雾化，单只油枪出力为1 150 kg/h。

1.3.3 各风门挡板的作用

（1）拱上二次风分为3部分，分别由A、B、C 3个挡板控制。

A挡板控制燃烧器乏气喷口的冷却风，增加该二次风量，加强乏气射流的刚度和穿透能力。由于乏气射流的含粉量较少，煤粉细且位于炉膛中心，容易燃尽。但该风量的增加将使高温回流烟气对一次风煤粉气流的加热作用削弱，不利于煤粉的着火和燃尽。

B挡板控制燃烧器煤粉主喷口的周界风，起调节煤粉气流着火点及冷却喷口的作用。改变该二次风量将影响煤粉气流的着火、射流的刚度和穿透能力。

C挡板控制点火稳燃油枪燃烧所需的风量并提供喷口冷却风。根据煤质情况，在燃烧稳定的前提下补充燃烧所需的氧量，保证火焰下冲动量，降低火焰中心位置。

（2）拱下二次风分为3层，分别由D、E、F 3个挡板控制，风量从上往下依次递增。

D、E挡板用于调整垂直墙上、中层的二次风量，使拱上风和垂直墙分级二次风的动量比达到一个最佳值，及时供给煤粉主气流着火燃烧所需风量，获得理想的火焰形状和火焰行程。开大D、E挡板，由于上层和中层二次风的风速提高，使得垂直墙的分级二次风对从拱上下来的煤粉主气流的混合冲击作用加强，主火焰有比较明显的上飘，不利于锅炉的稳定燃烧。

F挡板风量最大，用于调节垂直墙下二次风风量，供给煤粉主气流燃烧所需的二次风，是调节沿炉膛宽度方向风量分布均匀性的主要手段。F挡板开度的大小由炉膛宽度方向上测量的氧质量分数分布确定。由于烟气阻力影响，中部补风困难，推荐采用中部大、两边小的开度。

消旋叶片用于调节煤粉气流的旋流强度，改变消旋叶片的位置可改变煤粉射流的着火点及火焰行程，共有18格。消旋叶片上提，煤粉着火提前，着火区域温度上升，燃烧稳定性增强，火焰行程变短；反之，着火区域温度降低，燃烧稳定性削弱，火焰行程变长。

乏气挡板用于调节煤粉主气流的煤粉质量浓度及一次风的速度，乏气挡板开大，主喷口煤粉质量浓度提高，一次风速降低，着火稳定性提高；反之，煤粉质量浓度降低，一次风速提高，着火稳定性差。因此，乏气风挡板开度对一次风煤粉气流的着火有明显影响。

1.4 布袋除尘器

采用山东圣杰能源环境工程有限公司ND4x1x2/1236/RF8000型布袋除尘器。该除尘器为低压旋转脉冲喷吹清灰型式（LPPJFF），其清灰原理为：烟气通过除尘器进气喇叭口进入布袋除尘器，烟气借助喇叭口中的气流分布板进行气流均布。烟气通过每一条滤袋的过程中，粉尘颗粒被过滤附在滤袋表面，干净烟气到达净气室，之后经过出口烟箱、烟道和引风机排入烟囱，至此完成对烟气的除尘。随着过滤的不断进行，滤袋表面的粉尘越来越厚，除尘器压差也不断增加，当压差达到程序设定值时，自动发出清灰指令，清灰系统的电磁脉冲阀打开，储气罐中的压缩空气喷入滤袋，使滤袋表面膨胀，粉尘被抖落到灰斗中，完成清灰。

除尘器压差大于0.8 kPa，开始缓慢清灰模式；压差大于0.9 kPa，开始正常清灰模式，压差下降到0.8 kPa，转换为缓慢清灰模式；压差大于1.0 kPa，开始快速清灰模式，压差下降到0.9 kPa，转换为正常清灰模式。

2 锅炉灭火现象

2009年5月10日09:10，1号机组负荷首次升到300 MW。机组负荷在300 MW时，锅炉16个火嘴投运，3台磨煤机投运，总煤量176.8 t/h，引风机、送风机、一次风机运行正常，布袋除尘器投运。因锅炉排烟温度高，10:45开始对省煤器进行吹灰。11:10开始对炉膛首次吹灰。10:53除尘器阻力开始增大，压差瞬间由1 500 Pa增加到3 000 Pa；11:19，除尘器A侧压差由3 200 Pa降为800 Pa，B侧压差瞬间由3 000 Pa降到750 Pa。11:20，炉膛负压波动大，瞬间达到-3 000 Pa，锅炉负压保护动作，机组跳闸。

3 锅炉灭火原因分析

3.1 煤质波动大

5月10日当天煤种杂，煤质波动大，实际燃用劣质混煤特性如表3。其表现：水分比设计值高4%以上，灰分比设计值高5%以上，发热量设计值低15%以上。当燃用高灰分、低发热量煤时，锅炉实际燃煤量比BMCR高20%以上，煤粉细度表粗，R90由6%～8%变至20%以上。对劣质煤而言，煤粉变粗必然造成燃烧恶化。

3.2 布袋式除尘器运行不正常

锅炉吹灰时，大量的飞灰被带至除尘器，由于除尘器运行不正常，除尘器压差由1 500 Pa增加到3 000 Pa，引风机被迫加大出力，而此时除尘器被迫采用快速清灰模式和手动人工方式清灰，压差瞬间由3 000 Pa减少至800 Pa，除尘器压差在短时间变化很大，成为炉膛负压变化大的扰动源。

3.3 汽轮机真空降低导致燃煤增加

汽轮机机组设计背压为5.8 kPa，当日大气压力99.23 kPa，理论真空为93.43 kPa。5月10日，汽轮机实际真空为90.6 kPa，比理论真空低2.83 kPa。经计算和实践表明：当汽轮机真空下降2.83 kPa，为确保机组带300 MW电负荷，须相应增加锅炉燃煤约5 t/h以上。

3.4 燃烧稳定措施较弱

该锅炉卫燃带面积约427 m2，两侧墙无卫燃带。对湖南省燃用类似煤质的岳阳电厂、株洲电厂（均为东方锅炉厂生产的300 MW“W”火焰锅炉）进行调查发现：卫燃带面积分别为623 m2、710 m2。由此可见，该炉的卫燃带面积偏少，对燃烧的稳燃能力欠佳。当煤质波动大时，燃烧配风不及时，锅炉燃烧容易不稳，抗干扰能力弱，见表4。

表4 灭火和燃烧稳定时各二次风门开度Tab.4 Draft damper opening ratio

3.5 锅炉灭火原因

当煤质变差、真空降低时，机组带300 MW电负荷，锅炉实际耗煤增加，煤粉变粗，燃烧配风调整不及时，燃烧恶化，抗干扰能力弱。此时，没有预见到：锅炉吹灰时，烟道出现垮灰现象，灰浓度变化大，使除尘器进口的灰浓度变化大，由于压差瞬间变化过大，将引起炉膛负压大幅变化，短时到-3 000 Pa以上，引发炉膛负压保护动作，造成锅炉灭火。

4 防范措施及实施效果

4.1 防范措施

4.1.1 提高入炉煤质

加强燃运管理，确保燃煤稳定，减轻或消除因煤质波动对锅炉燃烧的影响。

4.1.2 完善燃烧配风

如表4所示，调整后的配风方式对煤质的适应性良好，经受住了1号机组锅炉调试的考验。

4.1.3 布袋除尘器运行措施

锅炉吹灰应提前20 min通知除尘器进行清灰，待除尘器差压在1 200 Pa以下时，再进行锅炉吹灰。除尘器运行时，差压维持在800~1 200 Pa之间，超过1 300 Pa应启动快速清灰模式，低于1 000 Pa应转为慢速吹灰模式进行。除尘器清灰时，如果除尘器差压急剧上升超过1 700 Pa时，应密切监视；超过2 000 Pa时，应停止吹灰。

4.1.4 其他措施

（1）锅炉燃烧不稳，负压波动到±300 Pa时，立即投入2支以上油枪助燃，直到燃烧稳定后才能退出相应油枪。

（2）考虑油枪投运需要15 s左右的时间才能着火，一旦发现燃烧不稳时，投油时间很难满足稳燃要求，为此从热工逻辑上实现油枪快投功能。

（3）考虑到燃用煤质灰分高，锅炉积灰严重，吹灰时对除尘器影响较大，锅炉炉膛每天至少吹灰1次，其他部位至少2次。

（4）采取2台循环水泵的运行方式等措施，可将真空提高到93.2 kPa以上。

4.2 防范措施实施效果

采取以上措施后，锅炉燃烧稳定，抗干扰能力提高，且无结焦现象。化验分析：煤粉细度R90为6%～8%，飞灰可燃物为3%～6%，炉渣可燃物小于3%，1号锅炉调试期间未发生灭火现象。

5 结论

（1）涟源电厂1号机组调试期间300 MW“W”火焰锅炉灭火的主要原因为：燃用煤质变化大、二次风配风不合理，造成燃烧不稳定，锅炉抗干扰能力弱；布袋式除尘器运行不正常，锅炉吹灰时除尘器压差瞬间增加变化大，对炉膛负压扰动大；汽轮机真空低，燃煤量增加。

（2）通过采取加强燃烧调整，完善布袋式除尘器清灰程序措施，布袋式除尘器始终控制在800～1 300 Pa，提高汽轮机真空等措施后，锅炉燃烧明显稳定，抗干扰能力较强，且无结焦现象。

（3）针对实际煤种，建议对该锅炉卫燃带面积进行调整，增加两侧墙卫燃带面积，卫燃带总面积可增加至600～700 m2，这可以进一步提高锅炉燃烧温度，提高对高灰分、低发热量劣质煤的适应性。

[1]东方锅炉厂.锅炉运行说明书[R].2007.

[2]华润电力（涟源）有限公司.华润电力（涟源）有限公司布袋除尘器运行规程[R].2009.