600MW超临界机组低氮旋流燃烧器损坏对锅炉运行影响分析董文强

600MW超临界机组低氮旋流燃烧器损坏对锅炉运行影响分析董文强

董文强

（广东大唐国际潮州发电有限责任公司广东潮州515723）

摘要：对冲燃烧锅炉低氮旋流燃烧器损坏后，严重影响机组的安全、经济运行。本文结合燃烧器损坏案列，深入分析了燃烧器损坏对锅炉运行的影响，提出了防止燃烧器损坏的措施。

关键词：锅炉；结焦；低氮；燃烧器；损坏

Abstract:AfterthelownitrogenswirlburnersofHedgingboileraredamaged,seriouslyaffectingthesafeandeconomicoperationofunit.Thispapercombinesburnerdamagecase,deeplyanalyzestheburnerdamageinfluenceonboileroperation,putforwardthemeasurestopreventdamageoftheburner.

Keywords:boiler;Coking.Lownitrogen;Theburner；Damage

1概述

某电厂600MW机组锅炉是由哈尔滨锅炉有限责任公司引进三井巴布科克能源公司（MitsuiBabcockEnergyLimited）技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙各布置3层旋流燃烧器，每层各有5只，共30只。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置2层燃烬风口，每层布置5只，共20只燃烬风口。前墙最下层5只燃烧器为等离子燃烧器。低氮燃烧器采用哈尔滨工业大学设计的中心给粉旋流低NOx燃烧器，示意图如图1所示，该燃烧器一次风管内主要有煤粉浓缩器、中心支架组件，燃烧器内、外二次风喷口同心布置，燃烧器喷口注有浇筑料密封。中心给粉旋流煤粉燃烧器从一次风输粉管道送来的煤粉被集中到燃烧器的中心，经一次风喷口喷入炉膛。喷入位置正对燃烧器的中心回流区中心部分。穿越中心回流区的煤粉量增加，煤粉的穿越时间延长，使煤粉在还原性气氛下燃烧，延长煤粉在还原性气氛中的停留时间，可有效控制燃料型NOx的形成【1】。在一、二次风出口处安装扩口，推迟一、二次风的混合，有效降低NOx排放。二次风通过二次风道进入燃烧器后分成两部分，由于二次风被分成了内、外两部分，因而形成了分级燃烧，与中心给粉相结合，实现了低NOx排放【2】。

图1中心给粉燃烧器示意图

2燃烧器损坏情况

2.1燃烧器损坏案例

2号炉于2015年1月，2017年11月分别进行了B级检修，检查发现锅炉部分燃烧器存在损坏的情况，如图2所示，具体情况如下：

下层等离子燃烧器损坏较为严重，A2、A3燃烧器四级燃烧室变形、开裂，A4、A5燃烧器四级燃烧室损坏。

中层燃烧器部分损坏，B2、B5燃烧器浓缩器、三角架损坏、变形；C4燃烧器喷口变形，浓缩器、三角架移位、脱落。

等离子燃烧器主要问题是四级燃烧室损坏，B、C层燃烧器主要问题是浓缩器脱落、变形，三角架错位。

大部分燃烧器喷口浇筑料破损、脱落，个别甚至堵塞风道。

2.2燃烧器损坏原因分析

等离子燃烧器燃烧煤种固定，主要为烟煤，挥发分Vdaf约为35%，其它燃烧器掺烧煤种主要为褐煤，挥发分Vdaf约为50%，燃烧器损坏可能原因：（1）等离子阳极头漏水或煤粉气流不均匀，燃烧器内部或喷口发生煤粉沉积，沉积的煤粉受火焰辐射、高温烟气回流加热而着火，造成喷口结焦堵塞，燃烧器阻力增加，煤粉沉积加剧，引起燃烧室大量结焦或烧毁；（2）等离子燃烧器内外二次风通流面积设计偏小，四级燃烧室冷却能力不足；（3）粉管煤粉浓度不均匀，个别粉管煤粉细度较细，导致着火点提前，燃烧器喷口温度升高；（4）燃烧器喷口浇筑料破损，个别甚至堵塞风道，外二次风难以形成稳定的回流圈，反而产生紊流，起不到风包裹粉的作用，煤粉射流发散，燃烧器喷口局部温度高。

根据旋转强度的不同，产生不同的煤粉气流，如图6所示，燃烧最佳气流应为开放型气流，当等离子燃烧器一次风风环损坏，或者低氮燃烧器煤粉浓缩器损坏后，一次风刚性变差，气流的射程减小，燃烧器正常气流被破坏，形成如图6（c）所示的全扩散气流，又叫做“飞边”。这样的气流离开燃烧器后便会贴墙运动，一方面会使火焰刷墙、燃烧偏斜，另一方面会使燃烧器局部温度升高，造成燃烧器周围结焦或侧墙结焦。

3.4加剧锅炉结焦，影响安全运行

燃烧器损坏期间锅炉多次出现掉焦现象，经统计，半个月时间内锅炉出现8次掉焦，各负荷段、各磨煤机运行方式下均有发生，炉膛最大正压670Pa，最小正压100Pa。

从中心给粉低NOx旋流燃烧器原理可知，燃烧器中心回流区为低氧还原性气氛区，燃烧器损坏导致旋流气流被破坏后，在主燃烧器区域强还原性气氛作用下，煤种粘度急剧下降，煤粉灰熔点温度降低，更容易使水冷壁结焦。

损坏燃烧器喷口火焰以及空气动力场紊乱，燃烧偏斜，炉膛局部温度升高。炉膛温度偏高时，部分达到熔融或半熔融状态的灰粒具有较高的粘结力，熔融灰会直接粘结在受热面上，产生严重结渣。

炉膛温度整体升高后锅炉结焦进一步加剧，第一，当烟气温度和管壁温度均较高时，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，还会使含有碱金属化合物的积灰外表面粘结性增强,加速积灰过程的发展；第二，炉膛温度高，将使煤中一些易挥发碱性氧化物汽化或升华，使碱金属化合物在受热面上凝结。碱金属氧化物汽化温度一般在1400℃以上，而凝结温度在1000℃-1100℃。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结灰。温度升高，将使受热面结渣呈指数规律上升。

3.4造成燃烧不充分，锅炉效率下降

燃烧器损坏期间，测量满负荷工况下锅炉尾部氧量和CO浓度，在维持省煤器出口总氧量正常的情况下，A、B两侧氧量和CO浓度偏差较大，A侧CO含量平均895ppm，B侧CO含量平均147ppm，如表1所示。A侧一氧化碳含量最高点达到1600ppm，说明炉内燃烧偏斜，空气动力场紊乱，导致炉膛出口氧量场分布不均匀，燃烧不充分。

经计算，由于煤粉未充分燃烧，化学不完全燃烧热损失增加，锅炉效率降低0.23%，影响机组煤耗升高0.71g/kWh。

3.5造成炉膛出口NOx浓度升高

中心给粉燃烧器损坏后，煤粉无法被集中到燃烧器的中心，喷入炉膛时煤粉穿越能力减弱，煤粉气流扩散，燃烧器中心部分不能形成稳定的回流区，大部分煤粉远离高温回流区，导致煤粉浓度与烟气温度分布相符，高温回流区内煤粉浓度低，这就使得煤粉在还原性气氛的高温回流区中的停留时间短，从而无法有效抑制燃料型NOx的形成，造成炉膛出口NOx浓度升高，用氨量增加。

5防止燃烧器损坏措施

5.1设备检修方面

（1）检查燃烧器喷口浇注料是否脱落，是否堵塞部分外二次风通道，对脱落和堵塞部分进行修复并保持与二次风扩口的同心度。

（2）检查内、外二次风挡板开度是否一致；检查内部实际开度与外部指示是否一致，检查外二次风端盖密封情况，保证内、二次风正常进风。

（3）检查燃烧器喷口同心度，内、外二次风扩口是否变形，对变形部位进行修复，保证沿燃烧器周向出风面积均匀。

（4）对损坏的燃烧器进行更换，对存在变形和磨损的燃烧器进行修补。

（5）加强燃烧器壁温、磨煤机一次风量、粉管风速的维护，保证测量准确。

5.2运行调整方面

（1）煤粉细度控制应兼顾燃烧器安全、锅炉稳燃、低NOx、防锅炉结焦、飞灰含碳量和磨煤机出力等要求，可参考电力行业标准，根据不同煤种挥发份合理选取或调整。个别粉管煤粉细度偏小时，应及时调整磨煤机分离器折向挡板，使各粉管煤粉细度均在规定范围内。

（2）针对各粉管煤粉浓度偏差大的情况，调整磨煤机分离器折向挡板，或检查磨煤机内部，消除设备缺陷，尽量减少粉管煤粉浓度偏差。

（3）合理调整配风，选择合适的旋流强度，避免旋流强度过大使煤粉气流呈扩散型气流。

（4）了解各煤种的燃烧特性以及着火点，各燃烧器着火点可通过热电偶测试，掺烧高挥发份煤种，应相应提高一次风速。

（5）定期测量煤粉细度和一次风速，建立台账，磨煤机检修或机组大修后及时测试，调整至最佳范围内。

（6）对停运燃烧器二次风箱压力加强监视，二次风门维持一定开度，保证二次风压力为正压，冷却燃烧器喷口。

（7）定期利用测温装置测量燃烧器区域温度，分析炉内温度场的变化。

（8）机组运行中若锅炉出现水冷壁温局部偏高、燃烧严重偏斜或频繁掉焦等异常情况，可通过测量燃烧器区域温度、测试燃烧器着火点、观察燃烧器喷口煤粉气流等手段综合判断燃烧器是否损坏，并进行相应的燃烧优化调整，调整无效时，应将损坏燃烧器退出运行。

5.3燃烧器设计方面

优化燃烧器内、外二次风扩口直径，适当增大内、外二次风通风面积，减少内、外二次风旋流强度，提高燃烧器对高挥发分煤种的适应性。

6结论

对冲燃烧锅炉采用中心给粉低氮旋流燃烧器，可有效控制NOx的形成，但是燃烧器损坏后，炉内正常的空气动力场被破坏，会产生燃烧偏斜、锅炉严重结焦、燃烧不充分、炉膛出口NOx浓度升高等一系列问题，不利于锅炉安全、经济运行，也不利于控制炉膛出口NOx浓度。

燃烧器损坏后，水冷壁温偏差增大，炉膛温度升高，煤粉着火点明显提前，煤粉气流呈扩散型气流，锅炉存在大面积严重结焦和掉焦灭火的风险，机组检修时应检查燃烧器筒体、喷口、浓缩器、浇注料的损坏和变形情况，检查内、外二次风挡板，及时修复损坏和异常部位；机组运行中应严格控制煤粉细度、一次风速和旋流强度，定期测量炉膛温度并进行燃烧优化调整，避免燃烧器烧损；设计方面应考虑改造的可行性。

参考文献

【1】李渊.带有燃尽风的600MW机组锅炉旋流燃烧器技术优化研究.哈尔滨工业大学，2012

【2】北京志源恒通科技有限公司.600MW超临界机组低氮燃烧器说明书，2013

【3】容銮恩、袁镇福、刘志敏、田子平.电站锅炉原理.北京：中国电力出版社，1997

作者简介：董文强（1986-），男，青海民和人，工程师，主要从事600MW、1000MW机组超临界机组运行管理工作。