試析穩定燃燒減少熄火的對策

孫育恒

（中外合資合肥第二發電廠，安徽 合肥 230000）

1 實例分析

1.1 問題分析

在2014年通過168 h試運行，1號爐轉入商業運行后，結合多次出現的爐膛熄火現象可發現，1號爐存在數據偏差、燃燒調整不當、煤質差、控制邏輯不完善、火檢探頭安裝位置不當、火檢參數設置不合理問題。具體問題表現如下： （1）數據偏差。結合調查可發現，DCS顯示值低于實際一次風壓值和一次風速值，由于無法提供準確可靠的調整參數，機組低負荷運行時往往會出現一次風壓和一次風速過高情況，燃燒器附近的煤粉濃度和煙氣溫度因此下降，著火穩定性自然會受到較為負面影響。 （2） 燃燒調整不當。受運行人員調整不當影響，鍋爐低負荷燃燒情況下爐膛抗干擾能力較差，爐膛燃燒會直接受到切換制粉系統的干擾，并可能導致爐膛熄火。此外，配風不合理情況也較為常見，未能及時投油穩燃也可能引發爐膛熄火問題。 （3） 煤質差。受市場因素影響，火電廠鍋爐采用的燃煤質量較差，主要表現為流動性差、灰分大，給粉機上部往往會因此形成蓬粉現象，并最終導致來粉中斷的問題出現。鍋爐低負荷運行時，爐膛燃燒工況會因較差的煤質而惡化。此外，較高的含硫量與灰分也使得火檢探頭出現嚴重的積灰問題，爐膛火焰的準確判斷會因此受到直接影響，最終導致火檢誤動作。 （4） 控制邏輯不完善。結合實際調研可發現，機組設計存在低負荷燃燒時很容易造成全爐膛火焰喪失且MFT動作的問題，這是由于控制邏輯設定為每一燃燒器層未檢測到的火焰數不少于該層燃燒器數的2/4，且5層燃燒器中有4層未檢測到火焰時，認定為全爐膛火焰喪失。 （5） 火檢探頭安裝位置不當。機組采用上下平行安裝燃燒器與火檢探頭的方式，直徑較大的燃燒器火焰可由火檢探頭實現可靠檢測，但在火焰直徑偏小情況下，由于近能夠檢測到火焰的外緣，在各類擾動影響下，火檢探頭往往會出現無法檢測到火焰的問題[1]。

1.2 應對措施

基于上述問題，火電廠采用了一系列針對性措施予以處理，具體措施選擇如下： （1） 重新標定。為解決數據偏差問題，2017年9月，火電廠邀請電力試驗院專家重新標定機組一次風壓、一次風速，并同時修改靠背管系數，DCX顯示值與實際風壓和風速相一致，可靠的數據提供為熄火控制提供了有力支持。 （2） 燃燒調整。基于燃燒調整不當問題，火電廠運行部基于實際鎮定了詳細的燃燒調整對策和措施，并在DCS畫面上增加緊急投油按鈕，由此鍋爐低負荷燃燒穩定性得以進一步提升，快速的投油穩燃也能夠有效應對低負荷燃燒不穩情況。 （3） 煤質控制。為解決煤質差問題，火電廠加大了優質煤的購買力度，以此盡量采用優質煤用于鍋爐低負荷運行，配合對煤質情況的實時掌握，燃燒調整的針對性大幅提升。 （4） 修改控制邏輯。結合鍋爐控制邏輯存在的問題，修改A、B層燃燒器火檢跳給粉機邏輯，具體控制邏輯為：單個燃燒器火焰喪失時，自動發出報警信號，是否停止對應給粉機由運行人員負責；一個燃燒器對的兩個火焰喪失時，對應給粉機自動跳閘；C、D、E層不變；當同層燃燒器未檢測到的火焰都不少于該層燃燒器3/4時，可確定全爐膛火焰喪失，此時MFT動作，低負荷穩燃需要即可得到更好滿足。 （5） 合理設置火檢探頭。在探頭瞄準時，燃燒器中心線與探頭視線相交，通過控制二者角度，保證探頭能夠最大限度看到主燃區。為更好發揮火檢探頭效用，火電廠重新設置火檢參數，以此保證其能夠在燃燒工況惡化或低負荷運行情況下“正確”動作，配合定期開展的火檢探頭維護消缺，“誤動”問題得到更好預防，最終機組存在的熄火問題得到較好解決。圖1為調整后火檢探頭安裝位置示意圖[2]。

圖1 調整后火檢探頭安裝位置示意圖

2 穩燃技術措施選擇

除上文采用的具體措施外，為穩定鍋爐燃燒，減少熄火問題出現概率，鈍體穩燃、濃淡分離燃燒穩燃、四角切圓燃燒穩燃等技術的應用同樣需要得到重視，具體技術原理及應用措施如下。

2.1 鈍體穩燃技術

在煤粉與空氣混合物離開噴口后，其到達著火點的時間非常短，熱輻射的吸收也較為有限。相較于輻射傳熱，直接接觸的高溫煙氣與可燃混合物可實現更為強烈的對流傳熱，在煙氣的回流支持下，煤粉與空氣混合物可實現更為有效的加熱，滿足鍋爐穩燃需要。結合鈍體穩燃技術的基本原理進行分析可發現，繞過鈍體的煤粉與空氣混合物會使得鈍體后形成穩定回流區，由于充滿爐膛中心回流的高溫煙氣，該回流區可以被視作一個巨大的蓄熱體。主流與回流區外側之間區域為熱回流煙氣與新鮮可燃燒氣粉混合物湍流混合區，受較大的徑向速度梯度影響，高溫煙氣與可燃混合物之間會發生強烈的能量、動量、質量交換，在不斷加熱升溫的過程中，可燃混合物會在達到著火溫度后開始著火，由內向外傳播的火焰會使得回流煙氣重新充滿熱量，并循環反復地傳遞給可燃混合物，滿足鍋爐穩燃需要。在不斷的循環過程中，回流氣體也在不斷發生變化，燃燒和回流的新陳代謝在其中發揮著關鍵性作用。

2.2 濃淡分離燃燒穩燃技術

為進一步提升鍋爐燃燒的穩定性，必須針對性提高煤粉濃度，濃淡分離燃燒穩燃技術便屬于其中典型。濃淡分離燃燒穩燃技術在應用中需在一次風煤粉管道上安裝煤粉濃縮器，一般需選用高濃縮比煤粉濃縮器，由此一次風煤粉氣流通過煤粉濃縮器被分為濃與淡兩種，即濃度較低的淡煤粉氣流與含大部分煤粉的高濃度煤粉氣流。濃淡煤粉氣流會在水平方向以一定夾角噴入爐膛內，分別為向火側與背火側，這類的背火側指的是水冷壁與濃煤粉氣流之間。由此，向火側噴入的濃煤粉氣流會形成高煤粉濃度區域，淡煤粉氣流的噴入則會使得背火側產生更強的氧化性氣氛。顯著提高的向火側煤粉濃度相增加燃燒初期釋放出的揮發分，著火及火焰傳播可由此獲得有力支持。受到一次風量減少的影響，粉煤氣流所需找貨熱同樣出現一定下降，更高的溫度上升速度可有效保證鍋爐燃燒的穩定。此外，更高的煤粉濃度可有效增加煤粉氣流黑度，爐內高溫火焰及高溫回流區的敷設熱量可由濃煤粉氣流更好吸收，這同樣能夠較好服務于鍋爐穩燃[3]。

2.3 四角切圓燃燒穩燃技術

除上述兩種技術外，四角切圓燃燒穩燃技術同樣能夠較好服務于鍋爐熄火問題的應對。深入分析可發現，通過利用上游領角火焰點燃下游煤粉氣流，四角切圓燃燒鍋爐煤粉的著火具備顯著熱點。由于爐膛對角線與各噴嘴出口中心線間偏轉一較小夾角，可得到爐膛中央與噴嘴中心線相切的較小圓周，將其命名為切圓。由于同時射入爐內，四角射流在下游射流推動下會出現尾段向爐中心偏轉情況，曲線運動軌跡會因此相互作用而產生，最終形成“動態旋轉切圓”。由于燃燒器出口處煤粉氣流遇高溫包圍，迅速地熱質交換將實現快速的加熱升溫、著火，以及強烈的燃燒，直沖下游出口染料流的高溫火焰將供給大量點燃熱源，煙氣再循環度也會由此大幅增加，在摻混加強的情況下，鍋爐著火、穩燃可獲得必要和充分條件支持。深入分析可發現，切圓燃燒的上一層燃燒強化與穩定可獲得下一層旋轉上升火焰的有力支持，下層火焰的擾動則由上一層旋轉上升火焰負責加強，通過相互依存與促進的角與角、層與層關系，鍋爐燃燒效率可實現長足提升，煤種適用范圍的擴大、穩燃目的的實現、熄火問題的預防均可獲得有力支持。

2.4 要點總結

結合上述三種技術，圍繞更好實現鍋爐的穩定燃燒，減少熄火事故發生概率，需重點關注煙氣回流、煤粉富集、分級著火三個層面。具體關注點如下： （1） 煙氣回流。結合相關研究與實踐可發現，射流燃燒器、鈍體回流器、旋流燃燒器均可實現一次風煤粉氣流的回流熱加熱，四角切圓燃燒方式的應用較為普遍，新進入爐膛的未燃氣流由鄰角已燃高溫氣流點燃。 （2） 煤粉富集。結合國內外相關研究與實踐可發現，煤粉濃度的提高會使得反應速度不斷加快，并導致著火時間提前、著火溫度下降、著火距離縮短、著火熱降低、火焰溫度提高、火焰傳播速度提升，NOx的排放也能夠由此大幅下。氣流著火所需的著火熱可通過煤粉富集有效降低，一般情況下煙煤、貧煤、無煙煤得穩燃最佳濃度分別為0.5～0.6 kg/kg、0.7～0.8 kg/kg、1.1～1.4 kg/kg。 （3） 分級著火。著火工況的分級可基于整個爐艟或鈍體內回流組織實現，如w型火焰爐基于整個爐艟實現著火工況的分級，開縫鈍體燃燒器則通過鈍體內回流組織實現，這同樣可較好滿足鍋爐穩燃需要。

3 結語

綜上所述，鍋爐穩定燃燒減少熄火不僅能夠有效提升設備使用壽命，還能夠有效避免直接經濟損失的出現。在此基礎上，本文涉及的重新標定、燃燒調整、煤質控制、修改控制邏輯、合理設置火檢探頭、鈍體穩燃技術、濃淡分離燃燒穩燃技術、四角切圓燃燒穩燃技術等內容，則提供了可行性較高的鍋爐穩燃路徑。為更好保證鍋爐的穩定燃燒，等離子氣化點火、熄火延遲跳機等新型技術的應用同樣需要得到重視。