锅炉燃烧器烧损原因分析与防范措施

宫琛琛　刘俊明　刘金静

摘要：煤粉燃烧器作为锅炉设备中重要的设施，对其进行研究需要对燃烧器所处的环境以及锅炉的运行工况进行综合分析，从具体的分析中找出合理的烧损原因，并提出具有针对性的预防措施，对于保证安全生产，降低生产成本都具有重要意义。

关键字：锅炉燃烧器；烧损原因；防范措施

1 燃燒器结构与布置措施

1.1烟气再循环

采用烟气再循环技术的优点就是尾部烟气具有一定温度，通入炉膛既可以降低燃烧温度，又不至于让燃烧温度过低。在实际工作中，调节烟气供给与空气供给的比例，并进行有效的控制，有利于遏制热力型氮氧化物的生成。燃烧器的布置方法主要有 2 种：①氧气与烟气混合后一同携带煤粉进入炉膛燃烧。这种方法不利于煤粉与氧气的充分接触。②先让空气作为一次风携带煤粉进行燃烧，然后将烟气与二次风混合再喷入燃烧区进一步燃烧。这种方法既有利于煤粉初步燃烧，又使得燃烧温度不至于过高。

1.2 分级燃烧

分级燃烧的主要措施是：①将燃料分为 2 部分，由不同燃烧器喷嘴喷入炉膛，燃料比较多的一部分先进行富氧燃烧，然后再与较少的另一部分混合，将一级燃烧生成的氮氧化物还原。②将炉内燃烧空间分为 2 部分，不同的燃烧区域采用不同的氧气浓度。炉内底部为主燃烧区，控制此处的温度，使空气供给不足，即可形成缺氧燃烧的局面，抑制氮氧化物的生成。然后燃料在烟气流带动下进入富氧区（可以通过燃烧器喷嘴二次进风），在此区域内完全燃烧，有效抑制氮氧化物的生成，而且温度也可以用进风温度来调节。③为了使效果更佳显著，可以将以上方法结合，即将烟气循环与空气混合，再分级进入锅炉控制燃烧温度和氧气浓度。同时，采用两部分分级法，一部分是燃烧器内分级，另一部分是锅炉内燃烧器布置分级。燃烧器内分级是将煤粉与空气以及烟气分级供给，通过控制空气进给量（或者氧气进给量）辅以烟气调节燃烧温度，实现对氮氧化物生成量的控制。锅炉内燃烧器布置是将炉内空间分为主燃烧区、主还原区和完全燃烧区，分级喷入不同浓度的燃料、空气和烟气，以达到进一步减少氮氧化物的目的。分级燃烧的缺陷是，烟气与空气的混合比例难以控制，过多的烟气和空气会使炉内温度降低过多，不利于煤粉充分燃烧，且容易带走炉内热量，降低锅炉效率；过少的空气会导致燃料不能充分燃烧。

2燃烧器喷管烧损异常工况

第一，2014年9月20日9：15，#1锅炉C2燃烧器处护板烧坏，停磨检查发现C2燃烧器喷管左侧中部偏下有1个孔洞，导致煤粉泄漏燃烧，护板过热烧损。第二，2014年9月22日13：00，#1锅炉F2粉管入炉膛处有火星冒出，停磨检查发现F2喷管的右侧有1个孔洞，底部有2个孔洞。第三，2014年10月17日9：23，#2锅炉C4燃烧器喷管外护板烧红，停磨检查发现燃烧器喷口有结焦，喷管内部左侧无明显磨损。第四，2014年10月21日3：55，#2锅炉F4燃烧器区域护板烧坏，停磨检查发现燃烧器喷口烧坏，喷管背火侧全部烧坏，附近燃烧器摆角连杆、电缆烧损。第五，2014年10月21日20：03，在2F磨出口处F4粉管插板门后加装堵板，启动2F磨煤机运行，21：32F2燃烧器区域护板烧坏，停磨检查发现燃烧器喷口烧坏，喷管背火侧全部烧坏，附近电缆烧损。

3原因分析

第一，#1锅炉C2和F2燃烧器烧损分析。喷管长时间磨损，导致喷管穿孔造成煤粉泄漏引起燃烧，导致护板烧损。第二，#2锅炉C4燃烧器喷管外护板烧损分析。可能是一次粉刚性不足导致喷口结焦，烧损的区域离喷口的距离较远，并有燃烧迹象，有可燃物存在才会导致燃烧，另外喷管内没有燃烧的痕迹，外护板和喷管内间隙应有15～20cm，同时该区域还有一定的周界风风量，如需把外护板烧红，需要较多能量，如果粉管因喷口结焦导致喷管内燃烧，喷管会烧红、损坏，给粉管道会有烧红的迹象。流速的降低会造成粉管的堵塞，但C磨运行正常，没有发现粉管堵管迹象，分析认为是漏粉导致该区域烧损的可能性较大。第三，#2锅炉F4和F2燃烧器烧损面为锅炉的背火侧，由锅炉结构、切圆和燃烧器喷口钝体分析，锅炉向火侧存在卷吸效应，应该是向火侧先着火，温度也是该侧温度高，但从烧损的区域分析，燃烧器的烧损为背火侧，喷管的烧损是一半而不是整段。分析认为喷管的背火侧，因设备设计、安装等原因，导致该区域磨损，喷管穿孔，使该区域漏粉，由于高温的周界风和炉膛的温度，引起煤粉燃烧，产生“蚕食效应”烧损喷管。其一，燃烧器喷管损坏或护板烧损前运行参数，除2C2燃烧器处护板烧红前，2C磨出口压力从1.6kPa逐渐升到3.5kPa外，其他运行参数均正常。#1、2锅炉未修改相关接线逻辑或进行与燃烧有关的技改，运行方式已经实行多年，未发现明显问题，排除运行调整问题。其二，2F2和2F4燃烧器烧损前燃烧的是不连混煤，1C2和1C4燃烧器烧损前燃烧的是澳煤，2C4燃烧器烧损前燃烧的是不连混煤，均不是高挥发性煤种，应排除煤种原因。

4燃烧器改造方法

此锅炉为超临界参数变压直流炉，燃烧器采用东方锅炉厂改进设计的外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器。前后墙布置6层燃烧器，主燃区上部一定距离处前后墙布置1层燃烬风（OFA）。在满负荷时，SCR进口NOx质量浓度达到450mg/m3（标态），而且停炉检查时发现有燃烧器喷口烧损严重。根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段含氧量、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有2方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和含氧量，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。

但如果缺氧的话，锅炉飞灰增加，锅炉功率将会受到影响。既要低氮，又要保证下降飞灰、提高锅炉功率，这对锅炉实践运转调整添加了不小的难度。一般，有一个最佳的运转含氧量以及适宜的燃烬风率，使得排烟损耗以及气体、固体未燃烬损耗之和最低，锅炉功率最高。

为了提高两边墙的含氧量，下降CO质量浓度，下降还原性气氛下因为S离子独自存在而对锅炉两边墙高温腐蚀的危险，此外为降低脱硝进口的NOx质量浓度，下降燃烧器烧损的危险，对燃烧器进行了结构；燃烧器一次风扩锥视点由45°改为25°，二次风扩锥视点由45°改为30°；添加1层燃烬风，进步燃烬风率；对新设计的每只煤粉燃烧器添加空气冷却风系统，保证燃烧器在停运状况时有可靠的冷却办法。煤粉燃烧器将燃烧用空气分为4部分：即一次风、内二次风、外二次风以及中心风。

总之，燃烧器烧损现象不是短时间形成的，而是经过长时间的恶性要素循环叠加引起的，不只会形成必定的经济损失，严峻时会形成必定的安全事故。因此相关部分应该加强重视，经过科学的方法和活跃的改造保证安全生产，下降锅炉运行过程中的危险，保证锅炉安全稳定运行。本文中笔者结合实际工作经验与锅炉燃烧器烧损事例，详细探讨烧损原因，并给出详细防治关键，促进锅炉运行功率的提高。

参考文献：

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[3]胡志宏，杨兴森，王军，等.1000MW超临界锅炉燃烧优化调整[J].锅炉技术，2008，39（4）：42-46.