大型W火焰鍋爐滅火原因分析及對策

黃 偉，楊劍峰，謝國鴻，劉洪文，王方勇，邱應軍

（1.湖南省電力公司試驗研究院，長沙市，410007；2.華潤電力(漣源)有限公司，湖南省漣源市，417100）

0 引言

華潤電力（漣源）有限公司（以下簡稱“漣源電廠”）300 MW“W”火焰鍋爐機組（配有布袋除塵器）在首次帶至300 MW負荷、首次對鍋爐吹灰時，爐膛負壓波動大，瞬間達到-3 000 Pa，造成鍋爐負壓保護動作。為確保調試和將來移交生產后不發生類似的問題，有必要對此問題進行全面分析總結，提出預防措施，供類似的機組參考。

1 鍋爐簡介

漣源電廠一期工程1、2號鍋爐系東方鍋爐（集團）股份有限公司引進美國福斯特·惠勒公司技術制造的DG1025/18.2-Ⅱ15型亞臨界、一次中間再熱、自然循環、雙拱形單爐膛，平衡通風，固態排渣，“Π”型露天布置，全鋼構架，全懸吊結構，尾部雙煙道，燃煤“W”型火焰爐。工程同期安裝脫硝，脫硫裝置。

1.1 鍋爐主要設計參數

鍋爐主要技術參數見表1。

表1 鍋爐主要技術參數Tab.1 Main design parameters of Boiler

1.2 鍋爐設計煤質

鍋爐設計煤種為漣源市本地煤礦所產的無煙煤，設計煤粉細度R90為8%。在BMCR工況時鍋爐設計計算燃煤135.39 t/h。燃煤采用汽車運輸至電廠，實際燃用煤種雜、煤質變化大，見表2、3。

1.3 燃燒系統特點

1.3.1 制粉系統

鍋爐采用3臺上海重型機器廠制造的BBD4366型雙進雙出球磨機，正壓直吹式制粉系統。燃用設計煤種BMCR工況時，3臺磨煤機運行。

表2 設計、校核和實際燃用煤質特性Tab.2 Design,check and actual coal characteristic

表3 滅火當天鍋爐實際燃用煤質特性Tab.3 Coal characteristic at boiler extinguish

每臺磨煤機帶6個雙旋風筒旋風分離式煤粉燃燒器，錯列布置在鍋爐下爐膛的前后墻爐拱上。

1.3.2 雙旋風筒旋風分離式煤粉燃燒器

燃燒器由煤粉進口管、柵格式煤粉均分器、雙旋風筒殼體、煤粉噴嘴、乏氣管及擋板、消旋器等組成，如圖1所示。

圖1 燃燒器結構示意圖Fig.1 Coal burner sketch

燃燒所需要的二次風來自風箱。從空氣預熱器來的二次風經鍋爐兩側風道送入前后墻風箱，從拱上和拱下的風口進入爐膛。風箱用隔板分隔，彼此獨立，使每個燃燒器各為1個單元，實現單獨調節。每一單元內布置6個二次風道及擋板，其中A、B、C擋板控制拱上部分的二次風量，D、E、F擋板控制拱下部分的二次風量。

大量的二次風從拱下垂直墻上的風口進入爐膛，共分3層，分別由擋板D、E、F控制，風量呈階梯形。

每個燃燒器噴嘴配1支油點火器，點火器緊挨著煤粉噴嘴布置在拱上。油點火器設計總容量為30%BMCR熱輸入量，油槍采用機械霧化，單只油槍出力為1 150 kg/h。

1.3.3 各風門擋板的作用

（1）拱上二次風分為3部分，分別由A、B、C 3個擋板控制。

A擋板控制燃燒器乏氣噴口的冷卻風，增加該二次風量，加強乏氣射流的剛度和穿透能力。由于乏氣射流的含粉量較少，煤粉細且位于爐膛中心，容易燃盡。但該風量的增加將使高溫回流煙氣對一次風煤粉氣流的加熱作用削弱，不利于煤粉的著火和燃盡。

B擋板控制燃燒器煤粉主噴口的周界風，起調節煤粉氣流著火點及冷卻噴口的作用。改變該二次風量將影響煤粉氣流的著火、射流的剛度和穿透能力。

C擋板控制點火穩燃油槍燃燒所需的風量并提供噴口冷卻風。根據煤質情況，在燃燒穩定的前提下補充燃燒所需的氧量，保證火焰下沖動量，降低火焰中心位置。

（2）拱下二次風分為3層，分別由D、E、F 3個擋板控制，風量從上往下依次遞增。

D、E擋板用于調整垂直墻上、中層的二次風量，使拱上風和垂直墻分級二次風的動量比達到一個最佳值，及時供給煤粉主氣流著火燃燒所需風量，獲得理想的火焰形狀和火焰行程。開大D、E擋板，由于上層和中層二次風的風速提高，使得垂直墻的分級二次風對從拱上下來的煤粉主氣流的混合沖擊作用加強，主火焰有比較明顯的上飄，不利于鍋爐的穩定燃燒。

F擋板風量最大，用于調節垂直墻下二次風風量，供給煤粉主氣流燃燒所需的二次風，是調節沿爐膛寬度方向風量分布均勻性的主要手段。F擋板開度的大小由爐膛寬度方向上測量的氧質量分數分布確定。由于煙氣阻力影響，中部補風困難，推薦采用中部大、兩邊小的開度。

消旋葉片用于調節煤粉氣流的旋流強度，改變消旋葉片的位置可改變煤粉射流的著火點及火焰行程，共有18格。消旋葉片上提，煤粉著火提前，著火區域溫度上升，燃燒穩定性增強，火焰行程變短；反之，著火區域溫度降低，燃燒穩定性削弱，火焰行程變長。

乏氣擋板用于調節煤粉主氣流的煤粉質量濃度及一次風的速度，乏氣擋板開大，主噴口煤粉質量濃度提高，一次風速降低，著火穩定性提高；反之，煤粉質量濃度降低，一次風速提高，著火穩定性差。因此，乏氣風擋板開度對一次風煤粉氣流的著火有明顯影響。

1.4 布袋除塵器

采用山東圣杰能源環境工程有限公司ND4x1x2/1236/RF8000型布袋除塵器。該除塵器為低壓旋轉脈沖噴吹清灰型式（LPPJFF），其清灰原理為：煙氣通過除塵器進氣喇叭口進入布袋除塵器，煙氣借助喇叭口中的氣流分布板進行氣流均布。煙氣通過每一條濾袋的過程中，粉塵顆粒被過濾附在濾袋表面，干凈煙氣到達凈氣室，之后經過出口煙箱、煙道和引風機排入煙囪，至此完成對煙氣的除塵。隨著過濾的不斷進行，濾袋表面的粉塵越來越厚，除塵器壓差也不斷增加，當壓差達到程序設定值時，自動發出清灰指令，清灰系統的電磁脈沖閥打開，儲氣罐中的壓縮空氣噴入濾袋，使濾袋表面膨脹，粉塵被抖落到灰斗中，完成清灰。

除塵器壓差大于0.8 kPa，開始緩慢清灰模式；壓差大于0.9 kPa，開始正常清灰模式，壓差下降到0.8 kPa，轉換為緩慢清灰模式；壓差大于1.0 kPa，開始快速清灰模式，壓差下降到0.9 kPa，轉換為正常清灰模式。

2 鍋爐滅火現象

2009年5月10日09:10，1號機組負荷首次升到300 MW。機組負荷在300 MW時，鍋爐16個火嘴投運，3臺磨煤機投運，總煤量176.8 t/h，引風機、送風機、一次風機運行正常，布袋除塵器投運。因鍋爐排煙溫度高，10:45開始對省煤器進行吹灰。11:10開始對爐膛首次吹灰。10:53除塵器阻力開始增大，壓差瞬間由1 500 Pa增加到3 000 Pa；11:19，除塵器A側壓差由3 200 Pa降為800 Pa，B側壓差瞬間由3 000 Pa降到750 Pa。11:20，爐膛負壓波動大，瞬間達到-3 000 Pa，鍋爐負壓保護動作，機組跳閘。

3 鍋爐滅火原因分析

3.1 煤質波動大

5月10日當天煤種雜，煤質波動大，實際燃用劣質混煤特性如表3。其表現：水分比設計值高4%以上，灰分比設計值高5%以上，發熱量設計值低15%以上。當燃用高灰分、低發熱量煤時，鍋爐實際燃煤量比BMCR高20%以上，煤粉細度表粗，R90由6%～8%變至20%以上。對劣質煤而言，煤粉變粗必然造成燃燒惡化。

3.2 布袋式除塵器運行不正常

鍋爐吹灰時，大量的飛灰被帶至除塵器，由于除塵器運行不正常，除塵器壓差由1 500 Pa增加到3 000 Pa，引風機被迫加大出力，而此時除塵器被迫采用快速清灰模式和手動人工方式清灰，壓差瞬間由3 000 Pa減少至800 Pa，除塵器壓差在短時間變化很大，成為爐膛負壓變化大的擾動源。

3.3 汽輪機真空降低導致燃煤增加

汽輪機機組設計背壓為5.8 kPa，當日大氣壓力99.23 kPa，理論真空為93.43 kPa。5月10日，汽輪機實際真空為90.6 kPa，比理論真空低2.83 kPa。經計算和實踐表明：當汽輪機真空下降2.83 kPa，為確保機組帶300 MW電負荷，須相應增加鍋爐燃煤約5 t/h以上。

3.4 燃燒穩定措施較弱

該鍋爐衛燃帶面積約427 m2，兩側墻無衛燃帶。對湖南省燃用類似煤質的岳陽電廠、株洲電廠（均為東方鍋爐廠生產的300 MW“W”火焰鍋爐）進行調查發現：衛燃帶面積分別為623 m2、710 m2。由此可見，該爐的衛燃帶面積偏少，對燃燒的穩燃能力欠佳。當煤質波動大時，燃燒配風不及時，鍋爐燃燒容易不穩，抗干擾能力弱，見表4。

表4 滅火和燃燒穩定時各二次風門開度Tab.4 Draft damper opening ratio

3.5 鍋爐滅火原因

當煤質變差、真空降低時，機組帶300 MW電負荷，鍋爐實際耗煤增加，煤粉變粗，燃燒配風調整不及時，燃燒惡化，抗干擾能力弱。此時，沒有預見到：鍋爐吹灰時，煙道出現垮灰現象，灰濃度變化大，使除塵器進口的灰濃度變化大，由于壓差瞬間變化過大，將引起爐膛負壓大幅變化，短時到-3 000 Pa以上，引發爐膛負壓保護動作，造成鍋爐滅火。

4 防范措施及實施效果

4.1 防范措施

4.1.1 提高入爐煤質

加強燃運管理，確保燃煤穩定，減輕或消除因煤質波動對鍋爐燃燒的影響。

4.1.2 完善燃燒配風

如表4所示，調整后的配風方式對煤質的適應性良好，經受住了1號機組鍋爐調試的考驗。

4.1.3 布袋除塵器運行措施

鍋爐吹灰應提前20 min通知除塵器進行清灰，待除塵器差壓在1 200 Pa以下時，再進行鍋爐吹灰。除塵器運行時，差壓維持在800~1 200 Pa之間，超過1 300 Pa應啟動快速清灰模式，低于1 000 Pa應轉為慢速吹灰模式進行。除塵器清灰時，如果除塵器差壓急劇上升超過1 700 Pa時，應密切監視；超過2 000 Pa時，應停止吹灰。

4.1.4 其他措施

（1）鍋爐燃燒不穩，負壓波動到±300 Pa時，立即投入2支以上油槍助燃，直到燃燒穩定后才能退出相應油槍。

（2）考慮油槍投運需要15 s左右的時間才能著火，一旦發現燃燒不穩時，投油時間很難滿足穩燃要求，為此從熱工邏輯上實現油槍快投功能。

（3）考慮到燃用煤質灰分高，鍋爐積灰嚴重，吹灰時對除塵器影響較大，鍋爐爐膛每天至少吹灰1次，其他部位至少2次。

（4）采取2臺循環水泵的運行方式等措施，可將真空提高到93.2 kPa以上。

4.2 防范措施實施效果

采取以上措施后，鍋爐燃燒穩定，抗干擾能力提高，且無結焦現象。化驗分析：煤粉細度R90為6%～8%，飛灰可燃物為3%～6%，爐渣可燃物小于3%，1號鍋爐調試期間未發生滅火現象。

5 結論

（1）漣源電廠1號機組調試期間300 MW“W”火焰鍋爐滅火的主要原因為：燃用煤質變化大、二次風配風不合理，造成燃燒不穩定，鍋爐抗干擾能力弱；布袋式除塵器運行不正常，鍋爐吹灰時除塵器壓差瞬間增加變化大，對爐膛負壓擾動大；汽輪機真空低，燃煤量增加。

（2）通過采取加強燃燒調整，完善布袋式除塵器清灰程序措施，布袋式除塵器始終控制在800～1 300 Pa，提高汽輪機真空等措施后，鍋爐燃燒明顯穩定，抗干擾能力較強，且無結焦現象。

（3）針對實際煤種，建議對該鍋爐衛燃帶面積進行調整，增加兩側墻衛燃帶面積，衛燃帶總面積可增加至600～700 m2，這可以進一步提高鍋爐燃燒溫度，提高對高灰分、低發熱量劣質煤的適應性。

[1]東方鍋爐廠.鍋爐運行說明書[R].2007.

[2]華潤電力（漣源）有限公司.華潤電力（漣源）有限公司布袋除塵器運行規程[R].2009.