送风机RB试验失败分析及预防措施

王承亮

（1.清华大学热能工程系，北京 100084；2.华电国际技术服务中心，济南 250014）

送风机RB试验失败分析及预防措施

王承亮1，2

（1.清华大学热能工程系，北京 100084；2.华电国际技术服务中心，济南 250014）

1000MW机组锅炉送风机快速减负荷（RB）试验失败并引发锅炉灭火，组织了现场燃烧诊断试验，通过试验、历史数据分析和现场锅炉燃烧情况观测，对引发锅炉灭火的原因进行了深入分析，并提出了相应的整改措施。部分措施落实后，锅炉燃烧情况明显改善，并成功组织了锅炉送风机RB试验。

RUNBACK；送风机；锅炉灭火；燃烧稳定性；旋流燃烧器

0 引言

某电厂锅炉2014年大修启动后，组织进行送风机快速减负荷（RB）试验，试验失败引发锅炉灭火，造成非计划停运。试验运行状态为机组负荷950 MW，5台制粉系统运行，停运单侧送风机进行RB试验，锅炉发生“全炉膛火焰丧失”主燃料跳闸（MFT）事故。为分析RB试验失败的原因，特进行了锅炉燃烧诊断试验、灭火原因分析，并提出了针对性应对措施，有效保证锅炉正常运行。

1 机组概况

锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。制粉系统采用冷一次风正压直吹式，设有2台50%额定容量的动叶可调轴流式一次风机，提供一次冷、热风输送煤粉。配置动叶可调轴流式引风机、送风机各2台。每台锅炉配6台中速辊式磨煤机，对应A，B，C，D，E，F 6层燃烧器；锅炉燃烧系统采用前后墙对冲旋流燃烧方式，前、后墙各布置3层，每层8台，共48台燃烧器；前、后墙各布置8台燃尽风燃烧器、2台侧燃尽风燃烧器。锅炉燃烧器系统布置如图1所示。

煤粉及输送用风经煤粉管道、燃烧器一次风管道煤粉浓缩器喷入炉膛。内二次风为直流（兼做停运燃烧器冷却风），通过手动调节套筒调节位置来调节风量；外二次风为旋流，通过气动执行器调节风量；单台燃烧器风量分配通过调节各内二次风套筒开度和外二次风调风器开度来实现；燃烧器中心风为停运燃烧器提供冷却风，同时起到调节燃烧器喷口高温烟气回流区大小的作用，中心风量通过气动调节执行器调节。锅炉燃烧器系统结构如图2所示。

图1 锅炉燃烧器系统布置

图2 锅炉燃烧器系统结构

2 锅炉燃烧器系统改造概况

在机组检修期间，检查发现锅炉两侧墙第2层燃烧器以上至燃尽风区域高温腐蚀严重，为缓解上述问题，在每层侧墙燃烧器外加装了侧二次风，风源引自二次风箱，前、后墙每层各2个共12个侧二次风喷口，如图3所示。

3 送风机RB动作逻辑

协调控制系统（CCS）方式下负荷≥530MW，若2台送风机其中1台跳闸，则触发“送风机RB”，RB目标负荷为500MW。

图3 改造后锅炉前、后墙燃烧器布置

4 送风机RB试验前锅炉配风情况

锅炉配风情况见表1。靠近侧墙2台燃烧器外二次风旋流强度在70%左右，内侧燃烧器外二次风旋流强度在35%左右，燃烧器内二次风挡板开度为40%，停运燃烧器中心风开度为50%，运行燃烧器中心风开度为10%。

5 锅炉送风机RB试验过程及分析

5.1 试验过程

2014-09-12 T 21：29：00，机组负荷950MW，制粉系统A，B，C，E，F层运行。21：29：53，运行人员手动跳闸B侧送风机，联跳B侧引风机，RB程序动作正常，跳闸C层磨煤机，5 s后跳闸E层磨煤机。21：30：12，A，B层磨煤机跳闸；21：30：15，F层磨煤机跳闸，首出原因均为“煤层失去火焰”，“煤层失去火焰”联跳磨煤机逻辑为“火检灭火信号8取4”有效；21：30：17，锅炉MFT，首出原因为“全炉膛灭火”。

5.2 风机RB动作前、后变化情况

5.2.1 风机RB动作情况

2014-09-12 T 21：29：53，锅炉B侧送风机跳闸后，A侧送风机动叶开度由68.5%上升至98.3%，A侧引风机动叶开度由64.9%上升至89.2%，磨煤机跳闸前、后一次风压分别为9.70 kPa及11.52 kPa（一次风压升高1.82 kPa），风机RB动作正常。

5.2.2 C，E层磨煤机跳闸前、后炉膛压力情况

RB动作后，C，E层磨煤机跳闸前炉膛压力为-108Pa，21：30：17，降至-773Pa后升至192Pa。炉膛压力变化趋势与二次风压力变化趋势一致，未出现炉膛压力阶跃突变现象。

5.2.3 锅炉运行氧量变化情况

在RB动作50 s后（21：30：00—21：30：50），省煤器出口B侧测点1，2，3氧量测量值由4.63%，3.29%，1.38%降至1.83%，0，0（平均降低2.49百分点），省煤器出口A侧测点1，2，3氧量测量值由2.97%，3.96%，4.62%降至1.48%，2.35%，2.53%（平均降低1.46百分点）。

6 RB试验失败、锅炉灭火原因分析

表1 锅炉配风方式 %

RB动作跳C，E层磨煤机约12 s后，因一次风机系统调节迟缓原因导致一次风压提高了1.82 kPa（若考虑炉膛负压变化则升高更多），磨煤机入口风量瞬间增加约28m3／h。此种瞬间运行工况，导致瞬间进入A，B，F层燃烧器的粉量和风量急剧增加，需要的着火热量瞬间急剧增加［1］，燃烧器煤粉黑龙区延长、着火点推后，同时磨煤机通风量瞬间增加，煤粉细度瞬间变粗，超过正常运行控制要求，也会加剧着火点推迟。

因单侧送风机跳闸后二次风量瞬间降低约690 t／h，且RB保护联跳的B，C层磨煤机二次风供风挡板并未实现保护关至0，导致A，B，F层燃烧器有效二次风量瞬间降低较多，使燃烧器外二次风旋流卷吸作用瞬间降低，高温烟气回流瞬间减弱，回流高温烟气量瞬间减少，煤粉气流吸收的热量瞬间降低，加剧了煤粉气流着火推迟。

一次风、二次风系统2方面的综合影响导致燃烧器煤粉气流着火点瞬间推后较多，燃烧器煤粉黑龙区超过火检探头监测范围（燃烧器火检检测区域在距离燃烧器喷口0.5m左右的位置），则火检“无火”信号发出（实际上此时燃烧器并未真灭火），A，B，F层磨煤机满足保护跳闸调节条件而相继异常跳闸，最终触发“全炉膛灭火”锅炉MFT。

靠近侧墙燃烧器最先失去火检信号的原因主要有3个［2］：一是靠近侧墙燃烧器外二次风旋流强度为70%，偏低（100%时旋流强度最低），燃烧器旋流卷吸作用弱，燃烧器稳定性相对差；二是侧墙燃烧器区域炉膛温度较低，着火条件差；三是侧墙燃烧器区域设计加装了侧二次风喷口，在二次风量瞬间急剧波动时影响邻近侧二次风喷口，燃烧器二次风量降低。

A，B侧锅炉运行氧量瞬间分别平均降低2.49和1.46百分点，主要原因一方面为二次风量瞬间降低，另一方面为一次风压瞬间增加，导致进入炉膛的粉量瞬间增加。

7 综合预防措施分析

7.1 优化侧燃风运行方式［3］

7.1.1 现状分析

为增加侧墙区域氧量，降低还原性气氛，在前、后靠近两侧墙位置增设3层共12套侧燃风装置。侧燃风风量设计值为65～95m3／s，经估算占锅炉总风量的5%～10%，此部分进入炉膛的风量相当于无组织风量，其出口风速达55m／s，在炉内上升气流的带动下很快向上，但其穿透深度有限，很难达到侧墙中部。若风量降低，风速达不到要求，侧燃风就不可能补充到侧墙中间区域，以至于不能达到改善侧墙近壁区域气氛的目的，还可能因此而使锅炉主燃烧区域氧量进一步降低，单只燃烧器外二次风量降低，旋流卷吸作用减弱，降低了燃烧器稳定性，并且可能导致飞灰可燃物质量浓度升高、锅炉效率降低、火焰中心升高。

7.1.2 整改建议

在当前运行方式下，暂将12只侧燃风喷口关闭，以增加投运燃烧器二次风量，提高燃烧器运行的稳定性。

7.2 优化燃烧器配风方式［4-8］

7.2.1 燃烧器中心风开度调节

根据旋流燃烧器调节特性分析，运行燃烧器中心风挡板开度偏大（10%左右），导致旋流燃烧器中心回流负压区变小，旋流卷吸高温烟气量减少，着火点推迟，单只燃烧器燃烧稳定性降低。

将运行燃烧器中心风开度维持在5%，提高燃烧器燃烧稳定性。

7.2.2 外二次风调节

底层燃烧器和中上层靠近侧墙燃烧器外二次风旋流强度控制偏小，为增强射流刚性，改善侧墙气氛，开度一般维持在70%，使得靠近侧墙燃烧器稳定性降低。

将侧墙燃烧器外二次风旋流强度维持在50%。

7.2.3 二次风挡板调节

磨煤机异常跳闸后，对应层燃烧器二次风挡板未设置联锁保护动作指令。

磨煤机异常跳闸后，将对应层燃烧器两侧二次风总挡板保护联关至0。

7.2.4 燃尽风挡板调节

单侧送风机异常跳闸发生RB后，燃尽风挡板未设置联锁保护动作指令。

单侧送风机异常跳闸发生RB后，将燃尽风挡板瞬间保护联关至0，以提高运行燃烧器二次风量，加强外二次风旋流卷吸作用，提高运行燃烧器燃烧稳定性。

7.3 一次风机保护联调

机组发生RB动作，磨煤机保护联跳后势必瞬间引起一次风压升高较多，通过试验确定在机组负荷800MW以上发生RB时，2台一次风机瞬间保护联关入口调节挡板3%，以超前提高一次风机响应速度，避免一次风风压上升较多而对燃烧造成不利影响。

8 采取措施后锅炉送风机RB试验情况

根据当前设备运行情况和锅炉送风机RB试验失败原因，为确保锅炉送风机RB试验成功，采取了如下几项运行调整和热态保护逻辑。

（1）将12只侧燃风喷口关闭，以增加投运燃烧器二次风量，提高燃烧器运行稳定性。

（2）将运行燃烧器中心风开度维持在5%，提高燃烧器燃烧稳定性。

（3）磨煤机异常跳闸后，将对应层燃烧器两侧二次风总挡板保护联关至0。

（4）单侧送风机异常跳闸发生RB后，将燃尽风挡板瞬间保护联关至0。

（5）机组负荷800MW以上发生RB时，2台一次风机瞬间保护联关入口调节挡板3%，以超前提高一次风机响应速度。

（6）将底层燃烧器和中上层靠近侧墙燃烧器外二次风旋流强度维持在50%，提高燃烧器运行稳定性。

再次组织锅炉送风机RB试验，试验成功，为机组安全、连续运行奠定了基础。

9 结束语

通过研究1000MW机组送风机RB试验失败引发的锅炉灭火事故，深入分析引发锅炉“全炉膛灭火”MFT的原因，并结合现场情况提出了相应的整改措施，实施后，锅炉燃烧情况明显稳定，并成功组织了锅炉送风机RB试验。此项研究提高了锅炉燃烧稳定性，解决了送风机RB试验不成功的技术难题，同时在提高旋流燃烧器燃烧稳定性方面积累了经验。

［1］顾玮伦，杜云峰.旋流燃烧器的稳燃及结构优化分析［J］.锅炉制造，2007，26（1）：74-80.

［2］刘成.旋流燃烧器前墙布置与前后墙对冲布置锅炉的特性对比与分析［J］.宁夏电力，2006（1）：21-25.

［3］岳俊峰，高远，黄磊，等.600MW超临界旋流燃烧器锅炉优化运行研究［J］.电站系统工程，2010，26（3）：15-20.

［4］陈有福，张永福，韦红旗.旋流燃烧器强化燃烧的途径及应用［J］.能源研究与利用，2003（4）：18-20.

［5］韩才元.煤粉燃烧［M］.北京：科学出版社，2001.

［6］李凤瑞，郭为.大型燃煤锅炉的低负荷稳燃综述［J］.吉林电力，2001（2）：30-32.

［7］何佩鏊，赵仲琥，秦裕琨.煤粉燃烧器设计及运行［M］.北京：机械工业出版社，1987.

［8］孙锐，李争起，吴少华，等.多只旋流煤粉燃烧器在炉内布置方式研究及应用［J］.燃烧科学与技术，2000，6（4）：363-367.

（本文责编：弋洋）

TK 223.2

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1674-1951（2015）08-0036-04

王承亮（1971—），男，山东淄博人，高级工程师，从事节能技术研究和火力发电厂节能剖析诊断工作（E-mail：lwwcl＠sohu.com）。

2015-01-05；

2015-07-15