试析稳定燃烧减少熄火的对策

孙育恒

（中外合资合肥第二发电厂，安徽 合肥 230000）

1 实例分析

1.1 问题分析

在2014年通过168 h试运行，1号炉转入商业运行后，结合多次出现的炉膛熄火现象可发现，1号炉存在数据偏差、燃烧调整不当、煤质差、控制逻辑不完善、火检探头安装位置不当、火检参数设置不合理问题。具体问题表现如下： （1）数据偏差。结合调查可发现，DCS显示值低于实际一次风压值和一次风速值，由于无法提供准确可靠的调整参数，机组低负荷运行时往往会出现一次风压和一次风速过高情况，燃烧器附近的煤粉浓度和烟气温度因此下降，着火稳定性自然会受到较为负面影响。 （2） 燃烧调整不当。受运行人员调整不当影响，锅炉低负荷燃烧情况下炉膛抗干扰能力较差，炉膛燃烧会直接受到切换制粉系统的干扰，并可能导致炉膛熄火。此外，配风不合理情况也较为常见，未能及时投油稳燃也可能引发炉膛熄火问题。 （3） 煤质差。受市场因素影响，火电厂锅炉采用的燃煤质量较差，主要表现为流动性差、灰分大，给粉机上部往往会因此形成蓬粉现象，并最终导致来粉中断的问题出现。锅炉低负荷运行时，炉膛燃烧工况会因较差的煤质而恶化。此外，较高的含硫量与灰分也使得火检探头出现严重的积灰问题，炉膛火焰的准确判断会因此受到直接影响，最终导致火检误动作。 （4） 控制逻辑不完善。结合实际调研可发现，机组设计存在低负荷燃烧时很容易造成全炉膛火焰丧失且MFT动作的问题，这是由于控制逻辑设定为每一燃烧器层未检测到的火焰数不少于该层燃烧器数的2/4，且5层燃烧器中有4层未检测到火焰时，认定为全炉膛火焰丧失。 （5） 火检探头安装位置不当。机组采用上下平行安装燃烧器与火检探头的方式，直径较大的燃烧器火焰可由火检探头实现可靠检测，但在火焰直径偏小情况下，由于近能够检测到火焰的外缘，在各类扰动影响下，火检探头往往会出现无法检测到火焰的问题[1]。

1.2 应对措施

基于上述问题，火电厂采用了一系列针对性措施予以处理，具体措施选择如下： （1） 重新标定。为解决数据偏差问题，2017年9月，火电厂邀请电力试验院专家重新标定机组一次风压、一次风速，并同时修改靠背管系数，DCX显示值与实际风压和风速相一致，可靠的数据提供为熄火控制提供了有力支持。 （2） 燃烧调整。基于燃烧调整不当问题，火电厂运行部基于实际镇定了详细的燃烧调整对策和措施，并在DCS画面上增加紧急投油按钮，由此锅炉低负荷燃烧稳定性得以进一步提升，快速的投油稳燃也能够有效应对低负荷燃烧不稳情况。 （3） 煤质控制。为解决煤质差问题，火电厂加大了优质煤的购买力度，以此尽量采用优质煤用于锅炉低负荷运行，配合对煤质情况的实时掌握，燃烧调整的针对性大幅提升。 （4） 修改控制逻辑。结合锅炉控制逻辑存在的问题，修改A、B层燃烧器火检跳给粉机逻辑，具体控制逻辑为：单个燃烧器火焰丧失时，自动发出报警信号，是否停止对应给粉机由运行人员负责；一个燃烧器对的两个火焰丧失时，对应给粉机自动跳闸；C、D、E层不变；当同层燃烧器未检测到的火焰都不少于该层燃烧器3/4时，可确定全炉膛火焰丧失，此时MFT动作，低负荷稳燃需要即可得到更好满足。 （5） 合理设置火检探头。在探头瞄准时，燃烧器中心线与探头视线相交，通过控制二者角度，保证探头能够最大限度看到主燃区。为更好发挥火检探头效用，火电厂重新设置火检参数，以此保证其能够在燃烧工况恶化或低负荷运行情况下“正确”动作，配合定期开展的火检探头维护消缺，“误动”问题得到更好预防，最终机组存在的熄火问题得到较好解决。图1为调整后火检探头安装位置示意图[2]。

图1 调整后火检探头安装位置示意图

2 稳燃技术措施选择

除上文采用的具体措施外，为稳定锅炉燃烧，减少熄火问题出现概率，钝体稳燃、浓淡分离燃烧稳燃、四角切圆燃烧稳燃等技术的应用同样需要得到重视，具体技术原理及应用措施如下。

2.1 钝体稳燃技术

在煤粉与空气混合物离开喷口后，其到达着火点的时间非常短，热辐射的吸收也较为有限。相较于辐射传热，直接接触的高温烟气与可燃混合物可实现更为强烈的对流传热，在烟气的回流支持下，煤粉与空气混合物可实现更为有效的加热，满足锅炉稳燃需要。结合钝体稳燃技术的基本原理进行分析可发现，绕过钝体的煤粉与空气混合物会使得钝体后形成稳定回流区，由于充满炉膛中心回流的高温烟气，该回流区可以被视作一个巨大的蓄热体。主流与回流区外侧之间区域为热回流烟气与新鲜可燃烧气粉混合物湍流混合区，受较大的径向速度梯度影响，高温烟气与可燃混合物之间会发生强烈的能量、动量、质量交换，在不断加热升温的过程中，可燃混合物会在达到着火温度后开始着火，由内向外传播的火焰会使得回流烟气重新充满热量，并循环反复地传递给可燃混合物，满足锅炉稳燃需要。在不断的循环过程中，回流气体也在不断发生变化，燃烧和回流的新陈代谢在其中发挥着关键性作用。

2.2 浓淡分离燃烧稳燃技术

为进一步提升锅炉燃烧的稳定性，必须针对性提高煤粉浓度，浓淡分离燃烧稳燃技术便属于其中典型。浓淡分离燃烧稳燃技术在应用中需在一次风煤粉管道上安装煤粉浓缩器，一般需选用高浓缩比煤粉浓缩器，由此一次风煤粉气流通过煤粉浓缩器被分为浓与淡两种，即浓度较低的淡煤粉气流与含大部分煤粉的高浓度煤粉气流。浓淡煤粉气流会在水平方向以一定夹角喷入炉膛内，分别为向火侧与背火侧，这类的背火侧指的是水冷壁与浓煤粉气流之间。由此，向火侧喷入的浓煤粉气流会形成高煤粉浓度区域，淡煤粉气流的喷入则会使得背火侧产生更强的氧化性气氛。显著提高的向火侧煤粉浓度相增加燃烧初期释放出的挥发分，着火及火焰传播可由此获得有力支持。受到一次风量减少的影响，粉煤气流所需找货热同样出现一定下降，更高的温度上升速度可有效保证锅炉燃烧的稳定。此外，更高的煤粉浓度可有效增加煤粉气流黑度，炉内高温火焰及高温回流区的敷设热量可由浓煤粉气流更好吸收，这同样能够较好服务于锅炉稳燃[3]。

2.3 四角切圆燃烧稳燃技术

除上述两种技术外，四角切圆燃烧稳燃技术同样能够较好服务于锅炉熄火问题的应对。深入分析可发现，通过利用上游领角火焰点燃下游煤粉气流，四角切圆燃烧锅炉煤粉的着火具备显著热点。由于炉膛对角线与各喷嘴出口中心线间偏转一较小夹角，可得到炉膛中央与喷嘴中心线相切的较小圆周，将其命名为切圆。由于同时射入炉内，四角射流在下游射流推动下会出现尾段向炉中心偏转情况，曲线运动轨迹会因此相互作用而产生，最终形成“动态旋转切圆”。由于燃烧器出口处煤粉气流遇高温包围，迅速地热质交换将实现快速的加热升温、着火，以及强烈的燃烧，直冲下游出口染料流的高温火焰将供给大量点燃热源，烟气再循环度也会由此大幅增加，在掺混加强的情况下，锅炉着火、稳燃可获得必要和充分条件支持。深入分析可发现，切圆燃烧的上一层燃烧强化与稳定可获得下一层旋转上升火焰的有力支持，下层火焰的扰动则由上一层旋转上升火焰负责加强，通过相互依存与促进的角与角、层与层关系，锅炉燃烧效率可实现长足提升，煤种适用范围的扩大、稳燃目的的实现、熄火问题的预防均可获得有力支持。

2.4 要点总结

结合上述三种技术，围绕更好实现锅炉的稳定燃烧，减少熄火事故发生概率，需重点关注烟气回流、煤粉富集、分级着火三个层面。具体关注点如下： （1） 烟气回流。结合相关研究与实践可发现，射流燃烧器、钝体回流器、旋流燃烧器均可实现一次风煤粉气流的回流热加热，四角切圆燃烧方式的应用较为普遍，新进入炉膛的未燃气流由邻角已燃高温气流点燃。 （2） 煤粉富集。结合国内外相关研究与实践可发现，煤粉浓度的提高会使得反应速度不断加快，并导致着火时间提前、着火温度下降、着火距离缩短、着火热降低、火焰温度提高、火焰传播速度提升，NOx的排放也能够由此大幅下。气流着火所需的着火热可通过煤粉富集有效降低，一般情况下烟煤、贫煤、无烟煤得稳燃最佳浓度分别为0.5～0.6 kg/kg、0.7～0.8 kg/kg、1.1～1.4 kg/kg。 （3） 分级着火。着火工况的分级可基于整个炉艟或钝体内回流组织实现，如w型火焰炉基于整个炉艟实现着火工况的分级，开缝钝体燃烧器则通过钝体内回流组织实现，这同样可较好满足锅炉稳燃需要。

3 结语

综上所述，锅炉稳定燃烧减少熄火不仅能够有效提升设备使用寿命，还能够有效避免直接经济损失的出现。在此基础上，本文涉及的重新标定、燃烧调整、煤质控制、修改控制逻辑、合理设置火检探头、钝体稳燃技术、浓淡分离燃烧稳燃技术、四角切圆燃烧稳燃技术等内容，则提供了可行性较高的锅炉稳燃路径。为更好保证锅炉的稳定燃烧，等离子气化点火、熄火延迟跳机等新型技术的应用同样需要得到重视。