300 MW塔式锅炉灭火原因分析及调整策略

2012-06-12姚中栋

综合智慧能源 2012年1期

姚中栋

(姚孟发电有限责任公司，河南平顶山 467031)

1 机组概述

姚孟发电有限责任公司(以下简称姚电公司)3，#4锅炉为瑞士苏尔寿公司专利、半塔式中间再热直流锅炉，最大连续出力(BMCR工况)为1 000/h，匹配300 MW汽轮发电机组。锅炉炉膛横截面为边长13 m的正方形，炉膛四角布置4个由7组喷嘴组成的13 m高的直流喷燃器，为直吹式四角切圆燃烧运行方式。该锅炉配有引风机、送风机、静电除尘器、受热面回转容克式空气预热器各2台。

制粉系统为正压直吹式系统，共有5台碗式中速磨煤机、5台刮板式给煤机，每台给煤机配置2个方锥形煤仓。锅炉燃烧配风为均等配风方式，各层燃烧器二次风门随燃烧器投入开启，各角风量由各角二次风总挡板调节。在炉膛第2层、第5层燃烧器位置对角(#1，#4角)各设1个煤火检装置(共4个)，参与锅炉灭火保护。

#3锅炉燃烧器7层喷嘴共13 m高，燃烧器间距约1.8 m，第3层油燃烧器正常运行备用，将#1，#2煤火嘴与#4，#5，#6煤火嘴隔离开。2008年2月，#3锅炉小修中将5层一次风喷口改造为带小油枪的煤粉直接点火燃烧器。

2010年，姚电公司#3锅炉发生了3次因锅炉灭火跳闸的事故，严重影响了机组的安全运行。

2 故障原因分析

2.1热工保护动作分析

2010年，#3锅炉3次灭火保护动作(MFT)时的机组负荷为185～270 MW，MFT动作首出原因均为“锅炉失去全部燃料”。由3次锅炉灭火前的记录可以看出，当炉膛燃烧不稳时，先出现负压波动，低一值报警，相隔不足3 s火检失去，导致灭火。

检查火检装置，发现#1角第5层煤火检装置的探头有轻微污染，虽然在一定程度上会影响火焰的监测，燃烧有所波动的时候较易引起火检强度的下降，从而对燃烧产生一定的负面影响，但该影响是局部的，不是锅炉灭火的主要原因。经多次检查与分析，判断为锅炉因燃烧不良引发燃烧恶化，最终导致灭火，保护误动作的可能性可以排除。

2.2 煤质的影响

煤质不好与锅炉燃烧恶化有密切的关系，但燃用相同煤质的#4锅炉同期并未有灭火事件的发生，为此，对其中一起典型灭火事件的煤质进行了分析。

灭火前，#1，#4，#5，#6制粉系统运行，给煤机总转速为10.2 r/min，对应带负荷200 MW。按照运行经验，该煤种属常用煤，热值不算高，但也不算差。锅炉灭火后，对#4，#5，#6磨煤机进行了原煤取样分析，分析结果见表1。

表1 #4，#5，#6磨煤机煤质与设计煤质的比较

由表1可以看出，实际燃煤的热值与设计煤质相近，且挥发分比设计煤质高一些，但灰分相对偏高。发生灭火时的入炉煤煤质基本正常，如没有外因干扰，这种煤质在200 MW负荷下燃烧应该是没问题的。

2.3 受热面落灰的影响

受热面大面积落灰会造成炉内火焰亮度下降，使火检信号消失。由于灰是从上而下降落的，因此应具有以下2个特征:

(1)受热面上的积灰落下时，火检信号的消失顺序应该是自上而下的。

(2)在炉灰降落过程中，应首先带来炉膛负压下降(因#3锅炉为塔式炉，负压取压点在炉顶)，但实际上几次灭火事件过程中在炉膛负压大幅下降时，同时发生了4个燃煤火检信号同时消失的现象，与受热面落灰现象不符，由此可基本排除炉膛落灰的影响。

2.4 一次风管堵管的影响

#3锅炉的一次风管设计风速偏低，燃用劣质煤时易引起煤粉的沉积。实际运行情况表明，煤粉的沉积通常发生在煤质差和高负荷运行情况下，在低负荷下不易发生煤粉沉积。通过查看运行制粉系统参数曲线发现，磨煤机运行参数平稳，不应有突然发生煤粉沉积的可能性，如果存在这种可能性，炉膛负压也应表现为先下降再上升，与实际炉膛负压变化曲线不符。故可基本排除一次风堵管造成炉膛灭火的可能性。

2.5 一次风速不均问题

若锅炉各风管一次风速相差较大，即各燃烧器出口的一次风没有调平，对四角切圆燃烧的稳定性是极不利的。经现场观察，发现各喷口着火距离普遍较远且差别较大，特别是#4角喷口着火距离明显较其他喷口远，从看火孔已看不见其着火位置。

测量结果表明:各一次风速高低偏差较大，最低为 18.1 m/s，最高为 32.5 m/s，对着火燃烧和炉内的动力工况影响较大;另外，停机临检时发现#1，#4角喷口磨损严重，表明一次风速偏差相当严重。

上述情况表明，一次风速严重不均是锅炉燃烧不良的原因之一。

2.6 二次风配风方式的影响

#3锅炉设计为各燃烧器均等配风，各层二次风门为全开、全关截止挡板，随燃烧器的投、退而开启和关闭;一次风、二次风母管压力由一次风机和送风机控制。但如果各角二次风挡板和各层二次风小挡板出现故障，就会改变整个燃烧配风的均匀性，造成局部某层或某角配风的改变，出现火焰刷墙、着火推迟等燃烧不稳定现象。在事故发生后，锅炉临检时发现:#1角第1层小挡板有10%关不到位，#1角第2层小挡板有30%开不到位，这类缺陷多达15处，特别是#2角大风门开关位置接反。这些缺陷导致炉膛中心偏离设计值，低负荷时尤为严重，对安全燃烧非常不利。

由此可以看出，二次风风门开关不到位引起二次风配风不均是锅炉燃烧不良的原因之一。

2.7 锅炉落大渣块的影响

在锅炉负荷200 MW运行工况下，对#3锅炉的第3层和第7层油燃烧器的工作情况进行了认真观察，发现第3层油燃烧器处存在结渣现象，原因是正常运行中油燃烧器二次风门关闭，在此处形成了一个回流区，当燃用煤质灰熔点较低时，就会在该喷口附近形成结渣并逐渐变大。实际观察发现，在#1角第3层油燃烧器喷口周围明显存在结渣的趋势，而在#4角油燃烧器喷口附近水冷壁存在较大的渣块。由此说明，由于结构上的原因，在第3层油燃烧器喷口周围确实会存在结渣的问题。

由于此处积渣在燃烧器附近且向炉膛内部生长，当积渣生长到一定程度后，就发生炉膛跌落大渣现象。当锅炉火焰稳定性较差且结渣位置处于第2层燃烧器之下时，大渣掉落时影响了第4、第5、第6层燃烧器的煤粉稳定着火，引起局部的灭火和爆燃，当扩大到一定范围后，燃烧将会变得更不稳定，开始造成火检信号消失，随着向上的扩散，最终引起灭火保护动作。

因此，锅炉结渣、落大渣块是引起锅炉灭火的原因之一。

2.8 低负荷引风机失速余量偏小的影响

机组大修后引风机运行特性试验表明，机组低负荷运行时，引风机工作点距离理论失速线较近，较易发生引风机抢风的现象，特别是电－袋除尘器采用定压清灰模式后，除尘器阻力达到设定上限时，引风机发生失速几率较高。吸风机失速时，炉膛负压会发生扰动，可能导致锅炉灭火。

几次灭火顺序事件记录(SOE)报警均出现吸风机失速报警，但因分散控制系统(DCS)参数采样周期与SOE采样周期存在偏差，无法确认吸风机失速是否是导致炉膛负压波动的原因。

3 防止锅炉灭火的对策

3.1 提高设备的可靠性

(1)更换故障燃烧器，对其他燃烧器进行检查、检修。

(2)重新标定各二次风门并检查外开关，同时对其膨胀空间进行检查。

(3)锅炉运行中，加强对燃烧系统的检查，如一次风手动挡板和二次风门开度、火焰颜色、喷燃器有无结焦和冲刷炉墙等，确保设备可靠运行。

(4)打开引风机防失速装置(KSE)，增加吸风机工作时的失速余量，避免低负荷时出现失速现象。

3.2 一次风速调平

为改善燃烧状况，2010年10月，姚电公司进行了#3锅炉风动力冷态动力场试验及冷态一次风缩孔的调平工作。调平后的一次风速在(23±1)m/s内波动，调整效果良好。通过调平，一次风速不均问题得到了解决。

将一次风速调平前、后的炉膛温度(同为250 MW负荷)进行了对比，结果如下:调平后，前、后墙燃烧器区域向火侧炉膛温度为1420～1560℃，平均温度为1496℃，比原工况提高了63℃;其中#4角温度由原来的均值970℃升至1265℃，炉膛温度有明显提高。

试验表明，一次风调平后，锅炉燃烧工况明显改善，燃烧强度加强。

3.3 防止锅炉结渣的措施

(1)减小第3层油燃烧器火嘴附近回流区。因3锅炉正常运行中的油燃烧器二次风门处于关闭位置，造成了一个回流区，运行时将油燃烧器二次风门的开度定为5%，10%(低负荷时开度小些，高负荷时开度大些)，有效解决了回流问题，达到了防止油燃烧器附近结渣的目的。

(2)在机组高负荷运行情况下，适当进行工况扰动。#3锅炉结渣较疏松，在机组高负荷情况下，对炉膛内燃烧工况进行适当扰动，在渣未长大前将其扰动掉。

(3)在机组低负荷运行时，保持氧量在4%左右。现锅炉低负荷运行时的氧量一般保持在3%左右，会造成燃烧区局部存在还原性气体，导致结渣加剧。通过燃烧调整，将运行氧量增大为4%，减少还原性气体的产生量，减少锅炉结渣。

3.4 增强锅炉燃烧的稳定性

(1)优化磨煤机组合方式。对于#3，#4锅炉来讲，由于各层燃烧器间距较大(1.8 m)，制粉系统不同的组合方式对炉膛燃烧稳定性会产生较大影响。为增强低负荷时的炉膛燃烧稳定性，将不同磨煤机的运行方式进行组合，尽量保持最佳组合方式运行。同时，针对#5，#6制粉系统因检修等原因造成锅炉底火不在时的组合方式，制订安全运行技术措施。

(2)强入炉煤质管理。可采用分散配煤和错开时段上不同仓等方法，防止较差煤种集中进入原煤仓，导致燃烧不稳而引起灭火。

(3)加强火检监测。在锅炉运行中，尤其是负荷较低时，加强对燃煤火检装置的监视，发现异常及时采取措施或投油稳燃，防止灭火。

(4)加强运行管理，要求运行人员精心操作。保持一次/二次风各参数、炉膛负压和氧量的稳定，保证炉膛燃烧稳定。