300 MW塔式鍋爐滅火原因分析及調整策略

姚中棟

(姚孟發電有限責任公司，河南 平頂山 467031)

1 機組概述

姚孟發電有限責任公司(以下簡稱姚電公司)3，#4鍋爐為瑞士蘇爾壽公司專利、半塔式中間再熱直流鍋爐，最大連續出力(BMCR工況)為1 000/h，匹配300 MW汽輪發電機組。鍋爐爐膛橫截面為邊長13 m的正方形，爐膛四角布置4個由7組噴嘴組成的13 m高的直流噴燃器，為直吹式四角切圓燃燒運行方式。該鍋爐配有引風機、送風機、靜電除塵器、受熱面回轉容克式空氣預熱器各2臺。

制粉系統為正壓直吹式系統，共有5臺碗式中速磨煤機、5臺刮板式給煤機，每臺給煤機配置2個方錐形煤倉。鍋爐燃燒配風為均等配風方式，各層燃燒器二次風門隨燃燒器投入開啟，各角風量由各角二次風總擋板調節。在爐膛第2層、第5層燃燒器位置對角(#1，#4角)各設1個煤火檢裝置(共4個)，參與鍋爐滅火保護。

#3鍋爐燃燒器7層噴嘴共13 m高，燃燒器間距約1.8 m，第3層油燃燒器正常運行備用，將#1，#2煤火嘴與#4，#5，#6煤火嘴隔離開。2008年2月，#3鍋爐小修中將5層一次風噴口改造為帶小油槍的煤粉直接點火燃燒器。

2010年，姚電公司#3鍋爐發生了3次因鍋爐滅火跳閘的事故，嚴重影響了機組的安全運行。

2 故障原因分析

2.1熱工保護動作分析

2010年，#3鍋爐3次滅火保護動作(MFT)時的機組負荷為185～270 MW，MFT動作首出原因均為“鍋爐失去全部燃料”。由3次鍋爐滅火前的記錄可以看出，當爐膛燃燒不穩時，先出現負壓波動，低一值報警，相隔不足3 s火檢失去，導致滅火。

檢查火檢裝置，發現#1角第5層煤火檢裝置的探頭有輕微污染，雖然在一定程度上會影響火焰的監測，燃燒有所波動的時候較易引起火檢強度的下降，從而對燃燒產生一定的負面影響，但該影響是局部的，不是鍋爐滅火的主要原因。經多次檢查與分析，判斷為鍋爐因燃燒不良引發燃燒惡化，最終導致滅火，保護誤動作的可能性可以排除。

2.2 煤質的影響

煤質不好與鍋爐燃燒惡化有密切的關系，但燃用相同煤質的#4鍋爐同期并未有滅火事件的發生，為此，對其中一起典型滅火事件的煤質進行了分析。

滅火前，#1，#4，#5，#6制粉系統運行，給煤機總轉速為10.2 r/min，對應帶負荷200 MW。按照運行經驗，該煤種屬常用煤，熱值不算高，但也不算差。鍋爐滅火后，對#4，#5，#6磨煤機進行了原煤取樣分析，分析結果見表1。

表1 #4，#5，#6磨煤機煤質與設計煤質的比較

由表1可以看出，實際燃煤的熱值與設計煤質相近，且揮發分比設計煤質高一些，但灰分相對偏高。發生滅火時的入爐煤煤質基本正常，如沒有外因干擾，這種煤質在200 MW負荷下燃燒應該是沒問題的。

2.3 受熱面落灰的影響

受熱面大面積落灰會造成爐內火焰亮度下降，使火檢信號消失。由于灰是從上而下降落的，因此應具有以下2個特征:

(1)受熱面上的積灰落下時，火檢信號的消失順序應該是自上而下的。

(2)在爐灰降落過程中，應首先帶來爐膛負壓下降(因#3鍋爐為塔式爐，負壓取壓點在爐頂)，但實際上幾次滅火事件過程中在爐膛負壓大幅下降時，同時發生了4個燃煤火檢信號同時消失的現象，與受熱面落灰現象不符，由此可基本排除爐膛落灰的影響。

2.4 一次風管堵管的影響

#3鍋爐的一次風管設計風速偏低，燃用劣質煤時易引起煤粉的沉積。實際運行情況表明，煤粉的沉積通常發生在煤質差和高負荷運行情況下，在低負荷下不易發生煤粉沉積。通過查看運行制粉系統參數曲線發現，磨煤機運行參數平穩，不應有突然發生煤粉沉積的可能性，如果存在這種可能性，爐膛負壓也應表現為先下降再上升，與實際爐膛負壓變化曲線不符。故可基本排除一次風堵管造成爐膛滅火的可能性。

2.5 一次風速不均問題

若鍋爐各風管一次風速相差較大，即各燃燒器出口的一次風沒有調平，對四角切圓燃燒的穩定性是極不利的。經現場觀察，發現各噴口著火距離普遍較遠且差別較大，特別是#4角噴口著火距離明顯較其他噴口遠，從看火孔已看不見其著火位置。

測量結果表明:各一次風速高低偏差較大，最低為 18.1 m/s，最高為 32.5 m/s，對著火燃燒和爐內的動力工況影響較大;另外，停機臨檢時發現#1，#4角噴口磨損嚴重，表明一次風速偏差相當嚴重。

上述情況表明，一次風速嚴重不均是鍋爐燃燒不良的原因之一。

2.6 二次風配風方式的影響

#3鍋爐設計為各燃燒器均等配風，各層二次風門為全開、全關截止擋板，隨燃燒器的投、退而開啟和關閉;一次風、二次風母管壓力由一次風機和送風機控制。但如果各角二次風擋板和各層二次風小擋板出現故障，就會改變整個燃燒配風的均勻性，造成局部某層或某角配風的改變，出現火焰刷墻、著火推遲等燃燒不穩定現象。在事故發生后，鍋爐臨檢時發現:#1角第1層小擋板有10%關不到位，#1角第2層小擋板有30%開不到位，這類缺陷多達15處，特別是#2角大風門開關位置接反。這些缺陷導致爐膛中心偏離設計值，低負荷時尤為嚴重，對安全燃燒非常不利。

由此可以看出，二次風風門開關不到位引起二次風配風不均是鍋爐燃燒不良的原因之一。

2.7 鍋爐落大渣塊的影響

在鍋爐負荷200 MW運行工況下，對#3鍋爐的第3層和第7層油燃燒器的工作情況進行了認真觀察，發現第3層油燃燒器處存在結渣現象，原因是正常運行中油燃燒器二次風門關閉，在此處形成了一個回流區，當燃用煤質灰熔點較低時，就會在該噴口附近形成結渣并逐漸變大。實際觀察發現，在#1角第3層油燃燒器噴口周圍明顯存在結渣的趨勢，而在#4角油燃燒器噴口附近水冷壁存在較大的渣塊。由此說明，由于結構上的原因，在第3層油燃燒器噴口周圍確實會存在結渣的問題。

由于此處積渣在燃燒器附近且向爐膛內部生長，當積渣生長到一定程度后，就發生爐膛跌落大渣現象。當鍋爐火焰穩定性較差且結渣位置處于第2層燃燒器之下時，大渣掉落時影響了第4、第5、第6層燃燒器的煤粉穩定著火，引起局部的滅火和爆燃，當擴大到一定范圍后，燃燒將會變得更不穩定，開始造成火檢信號消失，隨著向上的擴散，最終引起滅火保護動作。

因此，鍋爐結渣、落大渣塊是引起鍋爐滅火的原因之一。

2.8 低負荷引風機失速余量偏小的影響

機組大修后引風機運行特性試驗表明，機組低負荷運行時，引風機工作點距離理論失速線較近，較易發生引風機搶風的現象，特別是電－袋除塵器采用定壓清灰模式后，除塵器阻力達到設定上限時，引風機發生失速幾率較高。吸風機失速時，爐膛負壓會發生擾動，可能導致鍋爐滅火。

幾次滅火順序事件記錄(SOE)報警均出現吸風機失速報警，但因分散控制系統(DCS)參數采樣周期與SOE采樣周期存在偏差，無法確認吸風機失速是否是導致爐膛負壓波動的原因。

3 防止鍋爐滅火的對策

3.1 提高設備的可靠性

(1)更換故障燃燒器，對其他燃燒器進行檢查、檢修。

(2)重新標定各二次風門并檢查外開關，同時對其膨脹空間進行檢查。

(3)鍋爐運行中，加強對燃燒系統的檢查，如一次風手動擋板和二次風門開度、火焰顏色、噴燃器有無結焦和沖刷爐墻等，確保設備可靠運行。

(4)打開引風機防失速裝置(KSE)，增加吸風機工作時的失速余量，避免低負荷時出現失速現象。

3.2 一次風速調平

為改善燃燒狀況，2010年10月，姚電公司進行了#3鍋爐風動力冷態動力場試驗及冷態一次風縮孔的調平工作。調平后的一次風速在(23±1)m/s內波動，調整效果良好。通過調平，一次風速不均問題得到了解決。

將一次風速調平前、后的爐膛溫度(同為250 MW負荷)進行了對比，結果如下:調平后，前、后墻燃燒器區域向火側爐膛溫度為1420～1560℃，平均溫度為1496℃，比原工況提高了63℃;其中#4角溫度由原來的均值970℃升至1265℃，爐膛溫度有明顯提高。

試驗表明，一次風調平后，鍋爐燃燒工況明顯改善，燃燒強度加強。

3.3 防止鍋爐結渣的措施

(1)減小第3層油燃燒器火嘴附近回流區。因3鍋爐正常運行中的油燃燒器二次風門處于關閉位置，造成了一個回流區，運行時將油燃燒器二次風門的開度定為5%，10%(低負荷時開度小些，高負荷時開度大些)，有效解決了回流問題，達到了防止油燃燒器附近結渣的目的。

(2)在機組高負荷運行情況下，適當進行工況擾動。#3鍋爐結渣較疏松，在機組高負荷情況下，對爐膛內燃燒工況進行適當擾動，在渣未長大前將其擾動掉。

(3)在機組低負荷運行時，保持氧量在4%左右。現鍋爐低負荷運行時的氧量一般保持在3%左右，會造成燃燒區局部存在還原性氣體，導致結渣加劇。通過燃燒調整，將運行氧量增大為4%，減少還原性氣體的產生量，減少鍋爐結渣。

3.4 增強鍋爐燃燒的穩定性

(1)優化磨煤機組合方式。對于#3，#4鍋爐來講，由于各層燃燒器間距較大(1.8 m)，制粉系統不同的組合方式對爐膛燃燒穩定性會產生較大影響。為增強低負荷時的爐膛燃燒穩定性，將不同磨煤機的運行方式進行組合，盡量保持最佳組合方式運行。同時，針對#5，#6制粉系統因檢修等原因造成鍋爐底火不在時的組合方式，制訂安全運行技術措施。

(2)強入爐煤質管理。可采用分散配煤和錯開時段上不同倉等方法，防止較差煤種集中進入原煤倉，導致燃燒不穩而引起滅火。

(3)加強火檢監測。在鍋爐運行中，尤其是負荷較低時，加強對燃煤火檢裝置的監視，發現異常及時采取措施或投油穩燃，防止滅火。

(4)加強運行管理，要求運行人員精心操作。保持一次/二次風各參數、爐膛負壓和氧量的穩定，保證爐膛燃燒穩定。

3.5 熱工保護方面

(1)優化鍋爐火檢系統和滅火保護邏輯。#3鍋爐大修新增了2個煤火檢裝置，試運行可靠。利用鍋爐臨檢機會并入鍋爐的火檢系統，重新對滅火保護邏輯進行更正、優化，提高滅火保護動作的可靠性。

(2)加強火檢系統的檢查和維護。利用停機機會對火檢進行清理，防止由于火檢臟污而引起保護誤動。

4 運行效果

通過上述調整，姚電公司#3鍋爐爐膛火焰溫度明顯提高，抗干擾能力增強，燃燒工況明顯改善，機組運行中基本消除了燃燒不穩的因素，未再發生鍋爐滅火現象。

［1］西安熱工研究院.姚孟發電有限責任公司#3鍋爐燃燒優化調整報告［R］.西安:西安熱工研究院，2010.

［2］河南省電力科學試驗研究院.姚孟發電有限責任公司#3鍋爐一次風調平面試驗報告［R］.鄭州:河南省電力科學試驗研究院，2010.

［3］岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術［M］.北京:中國電力出版社，2002.