1 000MW超超临界机组锅炉燃烧器烧损原因分析及防治

冯智宇

（天津国投津能发电有限公司，天津300480）

煤粉燃烧器是锅炉燃烧设备的重要组成部分，燃烧器烧损后将破坏炉内燃烧工况，造成火焰中心偏斜，并带来水冷壁结焦和高温腐蚀等问题，使锅炉运行的安全性和经济性受到影响，对锅炉的安全运行构成严重威胁。为此必须采取必要的措施，以保证燃烧器的安全运行。

1 锅炉及燃烧器布置

北疆电厂2台1 000MW超超临界火电机组，锅炉为超超临界变压运行燃煤粉直流锅炉，型号为SG-3102／27.56-M54X，单炉膛双切圆、一次中间再热、固态排渣、П形布置。设计煤种为平朔安太堡烟煤。

锅炉燃烧系统按中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统设计，配6台MPS275型磨煤机。每台磨煤机的出口由4根煤粉管接至锅炉前、后墙的4个煤粉分配器，再一分为二接至炉膛八角的同一层8个煤粉燃烧器。48只直流式燃烧器分6层8组布置于炉膛下部，煤粉和空气从布置在锅炉前、后墙的8只燃烧器送入炉膛，在炉膛中呈双切圆方式燃烧。燃烧器平面布置见图1。

燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS）。在煤粉喷嘴四周布置有周界风（燃料风），每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴；主风箱上部设有2层CCOFA（紧凑燃尽风）喷嘴，主风箱下部设有1层UFA（火下风）喷嘴，主风箱上方布置有5层SOFA离散燃尽风喷嘴。

图1 燃烧器平面布置图

燃烧器摆角参与温度调节，8个角同步摆动，一、二次风喷口均可上下摆动，燃烧器一次风最大摆角为±20°，二次风（含SOFA）最大摆角为±30°。燃烧器的结构见图2。

图2 燃烧器结构图（单位：mm）

2 燃烧器烧损情况

北疆电厂2台机组分别于2009年9月和11月投产，2011年9月和2012年4月分别进行第一次C级检修，发现2台锅炉部分燃烧器均存在严重烧损现象：

（1）燃烧器自下往上A层～F层烧损程度逐步加重，A、B、C燃烧器烧损较轻，部分燃烧器轻微变形，不影响使用；D、E、F燃烧器烧损较为严重。

（2）90%以上燃烧器的钝体板完全脱落或部分脱落，没有完全脱落的钝体板，斜搭在一次风喷口内（见图3）。

图3 燃烧器钝体板磨损

（3）同一层燃烧器烧损情况基本一致，不存在同一层某单个燃烧器烧损特别严重的现象。

（4）D、E、F层燃烧器对应的辅助二次风喷口存在过热变形现象。

（5）一次风喷口下部磨损严重，燃烧器周界风喷口结焦（见图4）。

图4 一次风喷口下部磨损

3 燃烧器烧损原因

2台机组投产后不久，时常发生燃烧器钝体板脱落进入排渣系统，随着锅炉运行时间的增加，锅炉燃烧火焰中心发生偏斜，锅炉左右侧主、再蒸汽温度出现偏差，2台空气预热器进口烟气温度也偏差2～7K，不同制粉系统运行组合偏差程度不同，这与燃烧器的烧损、钝体板的脱落有直接关系。

3.1 燃烧器区域温度偏高

机组负荷1 000MW时，用远红外辐射高温仪进行测量炉膛温度，各层燃烧器区域的温度分布见图5，A～F燃烧器区域炉膛温度越来越高，这与燃烧器的烧损情况分布相符合。炉膛火焰中心温度偏高，高温烟气对燃烧器的辐射换热增强，而燃烧器周界冷却风量不足，导致燃烧器喷口温度过高，造成燃烧器烧损。

图5 炉膛燃烧器区域温度分布

3.2 运行调整方面

3.2.1 煤粉着火距离太近

煤粉着火距离太近有两方面原因：

（1）磨煤机高负荷运行时，由于通风阻力大，进口一次风量低于设计值，可能造成着火距离太近，引起燃烧器喷口的过热变形直至损坏。

（2）为降低机组厂用电率，锅炉氧量控制偏低，二次风风速低，煤粉着火距离太近，造成燃烧器喷口烧损。

3.2.2 入炉煤质变化

入炉煤挥发分变化范围大（w（Vdaf）＝34%～46%），严重偏离设计煤种。挥发分提高后，一次风喷口的煤粉着火距离变近，而运行人员未能配合煤质挥发分的变化及时调整一次风和二次风，以适应煤种的变化。

3.2.3 燃烧器停运时的周界风偏小

磨煤机停运时，对应燃烧器周界风开度偏小，一次风喷口得不到足够冷却，从而造成燃烧器的过热、变形直至损坏［1］。但实际情况表明，下层燃烧器烧损较轻或没有烧损，基本上可排除这一原因。

3.3 燃烧器设计方面

3.3.1 材质方面

燃烧器部件选材不当：

（1）燃烧器中间钝体板原选用的合金钢材料1Cr20Ni14Si2，耐磨强度不够，燃烧器经过一段时间运行后，没有粘贴耐磨陶瓷的部分很快磨穿，造成钝体板断开、脱落。

（2）燃烧器喷口材质耐磨强度不够。燃烧器运行不到14 000h就发现燃烧器下部喷口有磨穿现象，煤粉从磨穿处进入周界风喷口，烧损周界风喷口。

3.3.2 结构方面

燃烧器钝体板与一次风喷口连接处没有粘贴耐磨陶瓷，使其耐冲刷强度下降；钝体板被冲刷断裂后脱落或搭在燃烧器一次喷口下部，改变了同层各燃烧器阻力特性，使同一层燃烧器煤粉分配不均，阻力小的燃烧器煤粉量增大，引起燃烧器负荷大于设计值，使燃烧器烧损；同时，钝体板掉落在一次风喷口，在喷口处产生强烈的回流，造成喷口温度过高而烧损。

3.3.3 停运燃烧器周界风设计值不当

停运燃烧器周界风开度设计值见表1。

表1 停运燃烧器周界风设计值

从表1可以看出：燃烧器停运时，燃烧器周界风门开度设计值偏小，高负荷时燃烧器区域温度高，辐射热量大，而冷却风量不足以冷却燃烧器，造成燃烧器过热直至烧坏。

3.3.4 一次风测点不符合要求

磨煤机进口一次风道安装的流量测点直管段长度不够，一次风流量测量值与实际值存在偏差，造成燃烧器一次风速过高或过低。

4 燃烧器烧损的防治措施

4.1 设备维修方面

对设备要加强监督和维修：

（1）发现燃烧器烧损后要及时进行更换或进行修补，对脱落的燃烧器钝体板进行更换，在钝体板与一次风喷口接触处粘贴耐磨陶瓷。

（2）提高燃烧器钝体板的耐温耐磨等级；采取新的安装工艺，解决燃烧器钝体板磨损、脱落问题。

（3）加强对燃烧器进口煤粉管壁温的监督；经常校验测温元件的精度，以保证测量准确。

（4）利用停炉机会，检查燃烧器及辅助二次风的安装角度，确保炉膛燃烧中心不会偏移；做好锅炉一次风速冷、热态的调匀试验及二次风的冷态挡板特性试验，保证炉膛火焰的中心不偏斜。

4.2 运行调整方面

加强运行调整：

（1）合理控制各层二次风门、燃尽风门开度，使炉膛与风箱压差值在设计值附近，保证燃烧器周界风量能够符合冷却和燃烧的要求。

（2）锅炉各负荷段烟气中氧气体积分数（φ（O2））控制在设计值附近，防止各层二次风喷口风速太低，使煤粉着火距离太近而烧损燃烧器。

（3）优化停运燃烧器周界风门开度控制曲线。燃烧器周界风门开度与锅炉总风量曲线见图6，增加停运燃烧器周界风门开度，保证燃烧器喷口的冷却，防止燃烧器烧损。

图6 燃烧器周界风门开度-锅炉总风量曲线

（4）加强对停运燃烧器进口煤粉管壁温的监视，发现温度异常升高时应手动开大燃烧器周界风门。

（5）根据磨煤机负荷，合理控制一次风母管压力和一次风流量，保证燃烧器一次风速，防止煤粉提前着火烧坏燃烧器。

4.3 设计方面

设计上要采取以下措施：

（1）根据燃烧器区域的温度，合理选择优质合金钢材料，提高燃烧器的防磨、耐热性能。

（2）合理设计燃烧器周界风喷口截面积，保证燃烧器周界风量，降低燃烧器喷口金属温度。

（3）优化燃烧器钝体板的结构，在煤粉喷嘴迎风面粘贴耐磨陶瓷；合理选择钝体板的材质，提高钝体板的耐磨损强度，防止其脱落。

5 结语

北疆电厂锅炉燃烧器的烧损问题，在百万千瓦等级机组同类型锅炉上有一定的代表性。经采取一系列措施后，通过近半年的运行实践，没有发现燃烧器再次烧损和钝体板脱落现象；同时对于同类型锅炉解决燃烧器烧损问题，加强和优化燃烧调整，提高锅炉运行的安全性和经济性都有借鉴意义。

［1］黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整［M］.北京：中国电力出版社，2007.