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【摘要】：介紹了華能珞璜電廠W 型火焰鍋爐在燃燒劣質(zhì)煤時(shí)候火焰中心偏移帶來(lái)的問(wèn)題，加于分析并提出防止措施
【關(guān)鍵詞】： W 型火焰火焰中心
華能珞璜電廠現(xiàn)有 4 臺(tái)360MW 機(jī)組，全套發(fā)電設(shè)備從法國(guó)ALSTHOM 公司引進(jìn)，鍋爐及其附屬設(shè)備由法國(guó)STEIN公司制造，鍋爐型式為W 型火焰、亞臨界參數(shù)、中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)、雙拱爐膛、固態(tài)排渣、燃煤汽包爐。鍋爐系統(tǒng)和其附屬設(shè)備參照法國(guó)的BOUCHAIN 電廠燃煤機(jī)組設(shè)計(jì)。制粉系統(tǒng)采用兩套中間倉(cāng)儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)，閉式布置，干燥介質(zhì)為煙氣和熱風(fēng)混合物，分別從兩側(cè)的冷灰斗上部抽出，乏氣從前后墻送入爐內(nèi)。
燃燒器采用直流縫隙式燃燒器，布置在爐膛前后拱上。每臺(tái)鍋爐配置有18臺(tái)給粉機(jī)，36 個(gè)煤粉燃燒器，每臺(tái)給粉機(jī)輸出的煤粉供給2 個(gè)燃燒器。一次風(fēng)、二次風(fēng)從雙拱頂垂直向下噴入爐膛，一、二次風(fēng)噴口交錯(cuò)平行布置。這種排列有利于保證爐膛出口煙氣溫度和氣流分布的均勻性，并形成雙流程使煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間增加，有利于無(wú)煙煤的緩慢燃燒提高了燃燼度。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為松藻無(wú)煙煤 揮發(fā)份9.31%，低位發(fā)熱量21.604 MJ/kg，應(yīng)用基灰30.45%。自從2003 年煤質(zhì)變化以來(lái)，燃煤質(zhì)量不斷惡化。灰份從21%上升到35%，揮發(fā)份從10%左右下到8～9%，熱值從21MJ/KG 左右下降到15～18MJ/KG，各項(xiàng)指標(biāo)都超出鍋爐燃燒的設(shè)計(jì)下限，圖一 W 火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)2007 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集?廣東東莞鍋爐燃燒穩(wěn)定性大大減弱，安全經(jīng)濟(jì)性受到很大影響，除了一般的鍋爐熄火，四管磨損加重外，還帶來(lái)了很多原來(lái)沒(méi)有遇到的問(wèn)題和事故。
這些問(wèn)題中比較典型的有：2004年年9 月#2 爐發(fā)生爐冷灰斗堆渣結(jié)焦事故；2005 年2 月#3 爐冷灰斗前墻較大面積的水冷壁橫裂爆管；2005 年底#1機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，爐底靠近右側(cè)墻處冷灰斗后墻水冷壁管砸漏而被迫停爐事故。燃燒異常造成的鍋爐事故嚴(yán)重威脅著全廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其危害性超過(guò)一般意義上的爆管和熄火。燃燒劣質(zhì)煤如何保證鍋爐安全運(yùn)行已經(jīng)成為擺在我們專業(yè)技術(shù)人員面前的首要問(wèn)題。為此，我們從鍋爐燃燒入手深入調(diào)查研究，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，造成以上比較嚴(yán)重事故的共同原因就是煤質(zhì)變化，鍋爐火焰中心偏移正常位置造成的。#2 爐爐底冷灰斗堆渣結(jié)焦：2005 年9 月10 日，發(fā)現(xiàn)#2 爐撈渣機(jī)不出渣，檢查發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)頂部已經(jīng)被
渣、焦堵起。停爐后觀察，除＃1 撈渣機(jī)上部未堵死，#2、#3、＃4 撈渣機(jī)上部焦渣呈鐘乳石狀，完全堵死。7.5M人孔觀察，焦渣齊平A 側(cè)人孔。爐水冷壁四周大量厚焦附掛現(xiàn)象，噴燃器無(wú)掛焦現(xiàn)象。
經(jīng)過(guò)檢修和運(yùn)行及專業(yè)人員多次分析，還邀請(qǐng)了四川中試所搞燃燒的有關(guān)人員參加，從管理和設(shè)備及技術(shù)上深入分析了結(jié)焦的原因。
結(jié)焦的主要原因分析：
1．煤質(zhì)差，灰份大部在35%左右；
灰含量增加，產(chǎn)生的大渣量多，#1 撈渣機(jī)停運(yùn)檢修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致#1 撈渣機(jī)上首先堆渣。2、＃2 爐燃燒特性不好，在煤質(zhì)變差的情況下，著火推遲，并且進(jìn)入下爐膛，一次風(fēng)粉氣流在向下流程中燃燒不好，加上制粉系統(tǒng)的工況極差，乏氣風(fēng)帶粉多，很多未燃燒的煤粉掉下到渣斗,正遇#1 撈渣機(jī)堵塞,煤粉在焦渣上燃燒(部分仍未燃燒), 逐漸產(chǎn)生結(jié)渣。
#3 爐冷灰斗水冷壁橫裂爆管
2005 年2 月#3 爐冷灰斗水冷壁發(fā)生爆管。進(jìn)入爐膛內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)冷灰斗水冷壁部分地方覆蓋有爐渣，覆蓋有焦渣的水冷壁有橫向裂紋。進(jìn)一步檢查有裂紋管子發(fā)現(xiàn)，管子表面上有黑色熔融物和白色的垢層。裂紋沿管子表面橫向開裂且均由外壁向內(nèi)壁發(fā)展，損傷管子表面有較為嚴(yán)重的機(jī)械損傷麻點(diǎn)。
對(duì)管子上覆蓋的不同形態(tài)的焦渣的能譜分析表明：覆蓋在管子表面上的熔融物和黑灰色粉末主要含AI 、Si 和Fe 元素。管壁上的白色垢物主要含S 、Si、Ca、 AI,其中S 元素含量高達(dá)25%（重量百分比）。沉積在管子表面的垢層中的硫及堿性物，在一定條件下形成復(fù)合硫酸鹽，硫酸鹽在高溫下是不穩(wěn)定的，發(fā)生分解而造成管子外壁的高溫腐蝕。
開裂管裂紋的金相組織觀察和掃描電鏡觀察表明：裂紋為穿晶斷裂，裂紋尖端為圓鈍，斷裂面上有清晰的相互平行的弧行疲勞條紋，為典型的熱疲勞特征。原來(lái)肉眼觀察不到的裂紋樣管，拉裂后試樣向火面顯露出明顯的宏觀裂紋，其度為1mm，表明損傷管上已經(jīng)產(chǎn)生肉眼觀察不到的微裂紋。
鍋爐啟動(dòng)后就地觀察燃燒發(fā)現(xiàn)，撈暗。7.5 米處觀火孔溫度在800℃～900℃。其它正常鍋爐撈渣機(jī)處觀火是黑色，沒(méi)有亮光，7.5 米處觀火孔溫度的只有600℃～700℃。產(chǎn)生裂紋原因分析：通過(guò)金相分析和燃燒分析，造成裂紋的主要原因是鍋爐著火不穩(wěn)定，燃燒推遲，燃燒不好時(shí)候一次風(fēng)粉氣流下沖接近冷灰斗后才開始燃燒，造成火焰沖刷冷灰斗，使此區(qū)域處于高溫狀態(tài)。由于燃燒處于波動(dòng)2007 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集?廣東東莞狀態(tài)，造成火焰時(shí)而下舔冷灰斗水冷壁，時(shí)而又上移，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力引起熱疲勞。加上由于結(jié)渣后硫酸鹽腐蝕
速度非常快，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)給管子造成嚴(yán)重?fù)p害，所以在有焦渣堆積的地方首先出現(xiàn)裂紋。
而裂紋只在前墻冷灰斗水冷壁產(chǎn)生的原因是在實(shí)際運(yùn)行中后墻燃燒器的粉管布置過(guò)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)向多，容易發(fā)生堵管，運(yùn)行人員習(xí)慣把前墻給粉機(jī)轉(zhuǎn)速加大，前墻給粉量相對(duì)較多造成火焰偏向前墻。
#1 爐冷灰斗爆管事故
2005 年12 月18 日，正值電網(wǎng)負(fù)荷緊張，電廠開足馬力連續(xù)高負(fù)荷，為完成全年發(fā)電任務(wù)沖刺時(shí)候， #1 爐多次出現(xiàn)運(yùn)行中爐內(nèi)掉大焦、大渣故障，造成撈渣機(jī)、碎渣機(jī)多次停運(yùn)，更為嚴(yán)重的是，12 月18 日，在吹灰時(shí)候爐膛內(nèi)落下巨大焦塊，將冷灰斗水冷壁砸壞。鍋爐停運(yùn)后進(jìn)入爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)后墻冷灰斗水冷壁爆管從左側(cè)開始第三根泄漏，泄漏的高壓水還沖傷了前墻及側(cè)墻水冷壁23 根。第一個(gè)爆口在焊口位置，經(jīng)過(guò)分析是在外來(lái)力量沖擊下焊口處爆管。在冷灰斗水冷壁處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)吹灰槍或其它異物，故應(yīng)是大焦落下造成的。
造成結(jié)大焦的原因分析：從12 月1
日開始以來(lái)，#1 機(jī)組連續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐熱容量增加造成著火提前。后來(lái)在同等條件和燃燒工況下檢查發(fā)現(xiàn)在離燃燒器1.7 米處的28 米層觀火孔處火焰發(fā)白，測(cè)量后記錄最高溫度高達(dá)1300℃以上，其它正常運(yùn)行鍋爐為1100℃～1200℃，證實(shí)了著火提前火焰中心過(guò)高。另外在爆管前一段時(shí)間煤質(zhì)變化大，灰份含量12 月18 日達(dá)到37.78%，導(dǎo)致鍋爐容易結(jié)焦。
以上事故發(fā)生都在冷灰斗水冷壁，分析其原因主要就是火焰中心偏移正常位置。煤質(zhì)不好就出現(xiàn)燃燒著火推遲，火焰下沖冷灰斗；在連續(xù)高負(fù)荷、熱負(fù)荷高、燃燒好的鍋爐則造成著火提前，結(jié)大焦砸傷冷灰斗水冷壁。根據(jù)了解，近幾年有很多燃燒劣質(zhì)煤的W 火焰鍋爐都發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的爐底結(jié)渣、橫裂爆管、和其它燃燒異常引起的類似事故。為什么會(huì)造成這些事故呢？
主要原因有：1、W 型火焰鍋爐的特性是火焰中心容易上下波動(dòng)。W 火焰鍋爐爐內(nèi)煤粉與一次風(fēng)氣流向下噴進(jìn)爐膛后起初向下流動(dòng)，在二次風(fēng)的伴行下漸漸彎曲上升而在爐膛中形成大W 型火炬。從爐內(nèi)流動(dòng)圖譜的正確組織來(lái)看，W 型火炬應(yīng)該把大部分爐膛容積充滿而加以利用。在著火距離發(fā)生變化時(shí)候，火焰中心就會(huì)容易發(fā)生向上、向下偏移。如果著火提前，火炬轉(zhuǎn)向太早，W 型火炬很短，那樣爐膛充滿不良，爐膛上部靠近燃燒器處附近和四個(gè)墻角部位容易結(jié)焦；如果著火推遲，火炬轉(zhuǎn)彎過(guò)晚，W型火炬就會(huì)沖擊爐墻下部。火焰中心不正常短時(shí)也許不會(huì)帶來(lái)太大問(wèn)題，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行就會(huì)給鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)極大的威脅。我廠鍋爐正?；鹧嬷行暮蛶状问鹿驶鹧鏈囟葓?chǎng)及火焰中心變化簡(jiǎn)圖如下所示：
正?；鹧嬷行恼；鹧嬷行?，燃燒器出口觀火孔處為金黃色火焰，溫度在1000℃～1200℃爐底撈渣機(jī)處觀火孔看不到亮光，溫度低，測(cè)不到溫度。28 米觀火孔撈渣機(jī)觀察孔
圖二 W 火焰正?；鹧嬷行?br /> 2007 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集?廣東東莞#2 爐著火推遲嚴(yán)重，在煤粉氣流下沖階段沒(méi)有燃燒，在轉(zhuǎn)向后才開始燃燒，造成爐底堆渣。燃燒器出口觀火孔處看不到連續(xù)火焰，溫度在700℃～1000℃。爐底撈渣機(jī)處觀火孔看不到亮光，經(jīng)常看到未燃完的煤粉，溫度低，測(cè)不到溫度
#3 爐著火推遲，火焰直接沖刷冷灰斗造成爐底水冷壁橫裂。燃燒器出口觀火孔處看不到連續(xù)火焰， 溫度在900℃～1100℃。爐底撈渣機(jī)處觀火孔可以看到亮光。#1 爐著火提前，火焰上移造成結(jié)大焦砸傷冷灰斗水冷壁。燃燒器出口觀火孔處火焰明亮，部分呈刺眼白色，溫度在1200℃～1400℃。
2、對(duì) W 火焰鍋爐運(yùn)行的特性了解不足。W 火焰鍋爐在國(guó)內(nèi)運(yùn)行時(shí)間只有十多年，國(guó)內(nèi)外對(duì)于W 型火焰鍋爐的爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)缺乏系統(tǒng)的理論研究，沒(méi)有指導(dǎo)W 型火焰鍋爐運(yùn)的成熟理論，特別是沒(méi)有在煤質(zhì)大幅變化下運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。大家對(duì)這種爐型對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)性了解還不夠清楚，對(duì)火焰中心變化帶來(lái)的危害性估計(jì)不足。
3、運(yùn)行人員和管理人員對(duì)燃燒
的判斷過(guò)于依賴爐膛負(fù)壓、水位和爐膛溫度監(jiān)視。但是W 火焰鍋爐下爐膛布置大量的衛(wèi)燃帶，基本上是絕熱燃燒，雖然燃燒器出口著火推遲但是火焰轉(zhuǎn)向后仍能穩(wěn)定燃燒，火焰的穩(wěn)定性很好，爐膛負(fù)壓、水位、和爐膛溫度監(jiān)視并不能真實(shí)反應(yīng)爐內(nèi)火焰的分布和充滿度，這幾次著火距離發(fā)生雖然發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓和水位卻能保持相對(duì)穩(wěn)定。加上由于火焰中心變化的幅度不大，對(duì)主汽、再熱汽溫也沒(méi)有造成明顯影響，沒(méi)有引起運(yùn)行人員和技術(shù)人員的重視。結(jié)論和措施：
煤質(zhì)變化會(huì)對(duì)鍋爐著火發(fā)生很大影響，引起W 型火焰上移或者下移，如果不重視就會(huì)造成很多嚴(yán)重的事故。為此需要采取以下措施：
1、加強(qiáng)對(duì)鍋爐著火情況和火焰
中心的巡視檢查。改變?cè)瓉?lái)認(rèn)為只要鍋爐爐膛負(fù)壓穩(wěn)定、爐膛溫度穩(wěn)定燃燒就正常的觀念。要求運(yùn)行巡視人員每班至少到鍋爐觀火孔檢查火焰四次，特別是28 米層觀火孔和撈渣機(jī)觀察孔，發(fā)現(xiàn)結(jié)
焦或者火焰上移或者下移都要及時(shí)通知機(jī)組人員和值長(zhǎng)，機(jī)組人員根據(jù)火焰
和燃燒情況，及時(shí)調(diào)整。
2、進(jìn)行混煤燃燒。由于單純松藻無(wú)煙煤揮發(fā)份降低，熱值降低，灰份增加超過(guò)鍋爐的穩(wěn)燃極限。為了保證讓煤粉著火正常，我們?cè)跓o(wú)煙煤中摻入28 米觀火煤粉氣流撈渣機(jī)觀察
20%～30%的貧煤，把揮發(fā)份提高到10%。采取混煤燃燒后燃燒大大好轉(zhuǎn)，火焰也很少發(fā)生偏移現(xiàn)象。
3、運(yùn)行中加強(qiáng)配風(fēng)工況調(diào)整，調(diào)整拱頂二次風(fēng)A、B、C 的開度，使火焰不貼壁；調(diào)節(jié)二次風(fēng)使其提供充足的氧量保證煤粉的充分燃燒；調(diào)節(jié)一次風(fēng)，使火焰長(zhǎng)度合適；控制氧量在4%-6%之間，嚴(yán)防缺氧燃燒，在缺氧狀態(tài)的還原性氣氛中灰熔點(diǎn)會(huì)大幅下降，誘發(fā)嚴(yán)重的結(jié)焦、積渣。
4、在發(fā)現(xiàn)火焰下移時(shí)候要立即減少拱頂風(fēng)，開大靠近爐膛中心的C 排風(fēng)，開大減小一次風(fēng)壓，開大側(cè)墻三次風(fēng)，抬高火焰。如果著火推遲嚴(yán)重以上調(diào)整沒(méi)有改觀時(shí)需要暫時(shí)投油助燃。
5、發(fā)現(xiàn)著火提前，火焰偏高則要開大拱頂風(fēng)，增加貼壁風(fēng)A、B 排風(fēng)量，增加一次風(fēng)壓，關(guān)小側(cè)墻風(fēng)把火焰下壓。
6、根據(jù)煤種的變化情況及時(shí)進(jìn)行燃燒調(diào)整，避免大起大落，幅度太大。
7、堅(jiān)持鍋爐定期吹灰工作，根據(jù)汽溫變化、減溫水量變化鍋爐垮灰、垮焦情況可適當(dāng)增加吹灰次數(shù)。
8、燃料上煤煤質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，要及時(shí)向值長(zhǎng)匯報(bào)清楚。值長(zhǎng)要通知到機(jī)組長(zhǎng)及值班人員，并做好記錄，以便值班人員提前做好預(yù)想。通過(guò)采取以上措施后鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性好轉(zhuǎn)，沒(méi)有發(fā)生因?yàn)槿紵龁?wèn)題引起的爆管，但是對(duì)W 火焰鍋爐燃燒劣質(zhì)煤的安全問(wèn)題仍然需要專家和專業(yè)人員不斷探索和實(shí)踐。
結(jié)束語(yǔ)：
W 火焰鍋爐火焰中心長(zhǎng)期偏離正常位置，會(huì)給鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患，如爆管、結(jié)焦、積渣等，必須引起W 火焰鍋爐運(yùn)行人員和技術(shù)人員的重視。在當(dāng)前煤質(zhì)惡化的情況下，要加強(qiáng)燃燒調(diào)整、采取混煤燃燒等措施保證鍋爐安全穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)：
【1】 《2027t/h“W”火焰型鍋爐結(jié)焦、積渣原因分析》作者：秦占峰 黃貴臣 李道波
全國(guó)火電大機(jī)組（600MW 級(jí)）競(jìng)賽第9 屆年會(huì)
【2】 《“W”火焰型鍋爐及其應(yīng)用現(xiàn)狀》作者：車剛 郝衛(wèi)東 電站系統(tǒng)工程 第20 卷 第一期作者簡(jiǎn)介：
周剛 1974 年7 月 男 籍貫 云南 學(xué)歷：工學(xué)碩士 職稱：工程師 研究方向 ：鍋爐燃燒__
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