1 000MW机组塔式锅炉灭火原因分析及对策

徐亦淳，翟德双

（上海电力股份有限公司，上海 200010）

1 概述

某电厂2台1 000MW超超临界机组锅炉是上海锅炉厂生产的SG-2956／27.46-M534直流锅炉，引用阿尔斯通塔式锅炉技术，单炉膛塔式布置、一次中间再热、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊构造。配上海汽轮机厂1 000 MW超超临界单轴四缸四排汽凝汽式汽轮发电机组。锅炉风烟系统配有两台轴流式送风机、两台轴流式引风机、两台轴流式一次风机、两台容克式三分仓空气预热器。

锅炉采用正压直吹式制粉系统，配6台中速磨煤机，每台磨煤机带2层煤粉喷嘴，2层煤粉喷嘴中间配置一层助燃轻油枪。整台锅炉沿着高度方向燃烧器分成四组，最上一组燃烧器是可水平摆动的分离燃尽风（SOFA），分有6层风室；向下沿炉膛高度分为3组煤粉燃烧器，每组包括4层煤粉喷嘴、2层助燃油枪、4层燃料风喷嘴、2层辅助风喷嘴、2层直流风喷嘴和2层偏置风喷嘴；在上层煤粉燃烧器组顶部布置有2层紧凑燃尽风喷嘴（CCOFA）。火检系统由美国FORNEY公司提供，每只燃烧器配有一只煤火检和一只油火检。

2 锅炉灭火事件发生经过

（1）事件经过

2013年7月24日事件发生前工况：2号机组450MW负荷稳定运行，协调控制方式，磨煤机D、E、F运行，其中磨煤机D、E加仓神木煤，磨煤机F加仓印尼褐煤，风煤比合理，平均氧量4.1%，各控制系统运行正常，锅炉燃烧工况稳定。

03：13：49开始炉膛压力突然大幅度波动，03：13：54炉膛压力先到首次负压极值-924Pa，03：14：04到正压极值+1 129Pa，03：14：06磨煤机D、E跳闸，03：14：08磨煤机2F跳闸，锅炉全燃料丧失保护动作MFT，汽机跳闸、发电机逆功率动作跳闸，从炉膛压力波动开始到MFT只有20s事件。现场设备、系统没有异常，04：47锅炉点火，08：20 2号机组并网，运行稳定。

（2）相似事件回顾

相似事件之一：1月2日，1号机组负荷1 000 MW，AGC投入，磨煤机B、C、D、E、F运行，燃烧工况稳定。17：37炉膛压力开始大幅波动，17：37：27炉膛压力先到正压极值+621Pa，17：37：34炉膛压力到负压极值-1 298Pa，17：37：45炉膛压力再到正压极值+2 831Pa，炉膛压力保护动作MFT。后分析为锅炉掉焦引起炉膛压力波动，热控炉膛压力控制回路调节性差引起炉膛压力保护动作。

相似事件之二：10月22日，2号机组负荷405MW，协调运行方式，磨煤机D、E、F运行，燃烧工况稳定。05：31锅炉压力开始大幅波动，炉膛压力到负压极值-1 000Pa，后到正压极值+1 239Pa，再到负压极值-1 522Pa，然后恢复正常值。在炉膛压力波动期间煤火检相继失去，引起了磨煤机D、F跳闸，立即投入B、C、D、E层轻油枪稳燃，逐步投用磨煤机C、磨煤机B，退出油枪，恢复正常运行。

3 锅炉灭火原因分析

3.1 炉膛压力波动原因分析

从几次事件起因分析，每次炉膛压力都是先下降再上升，引发炉膛压力先下降的常规原因有两个：一是部分煤喷嘴失火；二是炉膛压力测点下方塌焦，也就是水冷壁区域。

根据事件发生的历史数据分析，如图1所示，锅炉灭火保护动作前负荷稳定，各台磨煤机给煤量、风量、风压、电流无任何异常变化，不存在磨煤机堵煤情况，部分煤喷嘴失火可能性很小。

图1 锅炉灭火有关运行参数记录

调取捞渣机监视录像，事件发生前捞渣机上渣量少且颗粒细小，如图2所示。燃烧稳定、充分。事件发生时首先看见炉底水封水位先收缩后释放（对应炉膛压力先负后正这一现象）；随之捞渣机两侧水变浑浊，出现正压喷汽，然后捞渣机刮板上焦渣明显增多，如图3所示。从视频上分析，机组跳闸前先有一次掉焦的过程，随后机组MFT后有大量的灰焦落下，两次掉渣的间隔时间约25 s，与炉膛压力下降开始到机组MFT之间的时间间隔基本一致。说明炉膛压力波动主要原因为炉膛水冷壁区域塌焦引起，大量焦渣掉落时引起炉膛压力先下降；落入捞渣机内水气化，产生的大量蒸汽引起锅炉压力上升；焦渣落下时携带氧气和热量，点燃炉膛底部可能存在CO未燃尽气体，因此落焦过程伴随气体爆燃也会引起炉膛压力波动。

3.2 炉膛水冷壁区域塌焦分析

从吹灰记录来看，2号炉MFT前16h运行两个班次均进行了包括水冷壁在内的锅炉全面吹灰，但仍发生了结渣和掉渣。9月份该台机组进行了B级检修，从检修中拍摄照片看，由于锅炉燃烧器长期被煤粉风冲刷，部分煤喷嘴底板已磨成洞，隔板变形，燃料风不规则输出，无法做到风包煤，造成水冷壁周界风减弱，极易诱发燃烧器周围结焦，而此范围是在吹灰器蒸汽喷射范围外，是造成易结焦的主要原因。如图4所示。

3.3 锅炉全燃料丧失的动作原因

图4 喷燃器喷口损坏图

根据阿尔斯通塔式炉特点，锅炉MFT保护没有全火检信号丧失保护，但火检信号作为支撑磨煤机运行的保护之一，当该台磨煤机四角煤火检中有3个及以上探测不到火焰信号，则该台磨煤机会因点火能量不足而跳闸。从事件发生的SOE记录来看，见表1。炉膛压力波动中，磨煤机D、E的3个角火检信号相继消失，引起两台磨煤机跳闸。2s后剩余运行的磨煤机F因为没有相邻磨煤机运行支撑而保护跳闸，触发全燃料丧失保护MFT。

表1 事件SOE记录

1 000MW机组锅炉由于炉膛容积大，塌焦不会直接压灭火焰，而炉膛压力在±1 000pa范围波动中引起D、E磨煤机火检接连失去，是此次MFT的主要原因。2号机组在平时低负荷运行时段时常发生部分火检失去，火检强度数值仅在100%与0%这两个点窜动，说明火检探测灵敏度、抗干扰性存在问题。

3.4 火检问题分析

通过Forney厂家现场指导，组织专业人员调研同类型电厂，利用2013年9月检修进入炉膛观察火检实际位置，发现该炉火检存在以下问题：

（1）煤火检辨识火焰能力只需在25%～35%负荷（相当于最低稳燃负荷）时，对所有煤火检辨识火焰即可，反复多次辨识会造成检测失真。热控维护人员以往遇到检测信号晃动，采用叠加辨识火焰能力的处理方式，导致每个火检检测到火焰强度都接近上限100%，火检检测不能客观反映燃烧的真实状况。

（2）检修中检查燃烧器火检位置，部分火检探测角度不正确，部分火检探头没有伸到位，火检探测点偏离火焰中心，导致火焰较弱或波动的时候探测不到。还有部分煤火检光纤光导头镜片有灰尘和阴影，以及火检外导管拉断，增加了火检的不可靠性。如图5所示。

图5 燃烧器内火检情况

（3）与相同炉型、相同类型火检的电厂对比，该炉火检熄火延时时间设置短了2s。炉膛压力波动会引起喷燃火焰的伸缩，炉膛负压大时煤粉管出口压力与负压叠加，火焰会伸长甚至脱火；炉膛正压大时煤粉管出口压力与正压抵消，风量、煤粉量减少，火焰缩短；这些都会引起火检强度减弱甚至消失。而炉膛压力往复波动往往较快，造成火检在几秒钟前探测不到火焰，在几秒钟后又探测到火焰。

4 对策与措施

4.1 优化燃烧调整，提高低负荷燃烧稳定性

（1）优化配煤掺烧。根据来煤不同，进行分仓掺烧试验，获得不同负荷不同煤种稳定、经济的混烧方式，并且每日对飞灰和炉底渣取样化验分析，化验报告作为掺烧和燃烧调整参考。运行中监视掉焦情况和位置，结合停炉检查炉内结焦点，分析燃烧调整、煤种对结焦的影响，进一步优化配煤掺烧和燃烧调整。

（2）根据不同煤种特点调整磨煤机运行参数。水分较高、热值高的煤种（如神木煤、俄动力煤），磨煤机出口温度控制在80℃，分离器转速设置在60r／min来控制煤粉细度；高挥发份易燃煤（如印尼褐煤），磨煤机出口温度控制在≯60℃，分离器转速设置在55r／min来控制煤粉细度，并适当加大该层燃料风量防止烧坏燃烧器；粘煤、可磨性差的煤（如平朔煤），磨煤机出口温度控制在82℃，加大磨煤机风量和磨辊液压加载力，分离器转速设置在45～50r／min来控制煤粉细度。

（3）强化氧量控制，优化各负荷阶段锅炉风煤配比。兼顾锅炉出口NOx排放控制，不同负荷段下不同氧量运行，在各负荷段400MW、600 MW、800MW、1 000MW 相 应 氧 量 控 制 在4.5%、3.8%、3.2%、2.6%的区间内，防止锅炉出口NOx含量过高，又避免欠氧燃烧造成结焦。根据不同煤种调整各燃烧器层的燃料风、辅助风控制，提高锅炉低负荷燃烧的稳定性。

4.2 加强吹灰管理，减少运行中塌焦干扰

优化吹灰措施，完善管理规定。对锅炉燃烧方式、运行工况及受热面的粘污程度、热偏差进行分析，制定分时段、分区域、分层次、分组吹灰组合理有效的措施，确保锅炉安全稳定运行前提下，做到既降低吹灰耗汽，也提高了低负荷段再热汽温，避免了“过吹”和“欠吹”的发生。在机组长期低负荷运行时，为了避免结焦积聚，根据燃烧煤种情况，向调度申请阶段性提高机组负荷进行吹灰。

4.3 消除喷嘴缺陷，改善设备运行健康水平

加强对制粉系统和燃烧器的消缺管理。利用停机机会，进入炉膛检查燃烧器部件磨损情况，对磨穿的直板和曲板进行更换，对减薄的部位进行焊补处理，对各辅助风门进行开度校验，维持燃烧器健康运行。日常加强对磨煤机冷热风门、液压站、出口分离器、粉管分配器等消缺维护，确保磨煤机运行可靠，进入炉膛的一次风流速稳定、煤粉混合均匀。

4.4 加强火检维护，确保保护装置正确动作

（1）调整火检位置。火焰检测器的视线与燃烧器中心线相交有一个轻微的角度且能看到最大量的主燃烧区域时可获得最佳效果，对每一个火检调整确认，确保火检能够准确地反映燃烧器的运行状况。并更换所有煤火检的光导头镜片，更换油火检、煤火检的火检光纤；对导管拉断的煤火检重新定位，焊接底座，更换新的外导管，确保火检设备可靠。如图6所示。

（2）机组启动后在低稳燃负荷，对所有煤火检进行重新辨识火焰。制定日常火检维护措施，规范维护人员对日常火检的维护，以及对火检测量晃动及消失的处理方案。

图6 火检安装角度示意图

（3）调整火检延时时间。火检熄火延时时间加长会避免不必要的跳磨煤机甚至MFT，但火检熄火延时时间过长会增加锅炉爆燃风险。根据同类型电厂经验和厂家建议，在每个火检探头上熄火响应时间延时增加1s，在卡件上再增加1s延时，熄火响应时间延时一共增加2s，增强了火检抗干扰能力。

5 结语

通过调整运行手段、加强设备维护和完善火检管理等对策措施的落实，2台锅炉运行的运行稳定性得到了提高，基本没有发生大的塌焦现象，火检探测情况稳定，强弱分明，抗干扰能力强，经过1年多的时间运行，更没有发生此类原因引起的锅炉灭火事件。在2014年4月23日，2号机组845MW的负荷下，发生单侧送、引风机跳闸事件，炉膛压力最低至-1 900pa，最高至1 100 pa，也有部分火检瞬时失去信号，但火检信号消失时间、数量明显减少，没有发生火检信号消失而磨煤机跳闸，RB成功，避免了一次机组非计划停运。