300MW机组防止锅炉掉焦灭火实例解析

300MW机组防止锅炉掉焦灭火实例解析

李宏彬

河北大唐国际唐山热电有限责任公司，河北省 唐山 063000

摘要：分析唐山热电公司1号锅炉频繁发生掉焦灭火的原因，并有针对性的采取措施，解决了该锅炉易掉焦灭火的问题。

1. 概述

河北大唐国际唐山热电有限责任公司（以下简称唐山热电公司）1号锅炉为上海锅炉厂有限公司制造，型号为SG1025/17.6-M859,锅炉型式为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、摆动式燃烧器四角切圆燃烧，固态排渣、露天布置、全钢构架、燃煤汽包炉。锅炉底部四台捞渣机将灰渣从船体体内捞取、提升、破碎输送到四台碎渣机内二次破碎，被破碎的灰渣自由落入灰沟内，由冲灰喷嘴射出的高速水流冲到泵房灰渣池内。

由于电煤供应比较紧张，煤质多变，自2017年以来，锅炉在燃用低灰熔点煤种时，出现频繁掉焦现象，在冬季高负荷阶段甚至多次出现掉焦灭火事故，安全生产面临较大压力。通过从避免锅炉结焦与避免掉焦后灭火两方面入手，对锅炉掉焦灭火现象及其规律的统计、分析、总结，制定相应的措施，取得了一定效果。

2. 锅炉结焦的原因分析

锅炉结焦是一个非常复杂的过程，涉及的因素较多，它不仅与燃用煤质的成分和物理、化学特性有关，而且还与锅炉的设计参数有关（如燃烧器的布置方式、炉膛热负荷、炉内空气动力结构等），同时还受锅炉的运行工况影响（如运行氧量、煤粉细度、炉内温度水平、配风方式以及炉内空气动力场的状况等。这些因素总的来说可以分为2大类：1）先天因素，如燃用煤种的特性和锅炉的设计参数；2）后天因素，如锅炉的运行工况。因此，在分析解决锅炉结焦的问题就需要从这2个方面来考虑，以找出锅炉结焦的主要因素。

2.1燃用煤种的影响

表格 1 设计煤种与掺烧煤种对比

2017年以来，锅炉掺烧煤质较差，由表格1可以看出，掺烧煤种收到基低位发热量的变化范围10.88-15Mj/kg，大多时候在13 Mj/kg左右变动，而设计煤种收到基低位发热量为19.68Mj/kg，二者相差7 Mj/kg左右；掺烧煤种干燥基灰分变化范围38%-52%，大多时候在44%左右变动，而设计煤种的干燥基灰分为34.62%，二者相差近11个百分点；部分掺烧煤质的灰熔点t2低于1300℃，而设计煤种的灰熔点t2大于1500℃，以上三个方面说明，掺烧煤种比较严重的偏离了设计煤种。

燃用煤种灰分的增加将导致锅炉积灰结焦速度增大，煤发热量降低使得同样负荷下锅炉燃煤量增加（带入炉内的灰分增加），而燃煤量的增加势必导致磨煤机出力增大，煤粉变粗，火焰行程增加。一旦粗颗粒煤粉不易燃尽又被气流携带至水冷壁表面继续燃烧，则水冷壁更易结焦。灰熔点的降低，也将直接造成锅炉更严重的结焦倾向。

2.2锅炉设备的影响

2.2.1切圆直径

锅炉原设计假想切圆直径为φ1159mm/φ1258，由于近年来燃用煤质灰分上升、硫含量上升出现水冷壁结焦、高温腐蚀等现象，即现有假想切圆与煤质情况不匹配，不满足实际运行要求。而且根据2018年4月冷态动力场试验报告分析结果显示，实测切圆大小为9-10m，比原实际切圆增大了0.6-1.6m，说明现燃烧器存在安装角度偏差，使切圆偏大。

2.2.2二次风箱与炉膛差压

锅炉运行过程中，还存在二次风箱与炉膛差压过低（低于200Pa）的现象，差压过低，将无法有效组织炉内动力燃烧情况，使得炉内空气动力情况混乱。经过分析研究，找出主要原因是由于炉内无组织漏风量过大引起。大量无组织的漏风进入主燃烧区，减小了二次风速，不参与有效的组织燃烧，恶化了炉内水冷壁结焦的问题。

2.2.3燃烧器磨损

锅炉的燃烧器采用的是百叶窗式浓淡燃烧器，其通过安装在燃烧器的4块倾斜角度被固定了的挡板，将一次风进行浓淡分离，分离后将浓淡两相气流被隔板隔开，直至喷口。但在停炉检查时，发现百叶窗挡板磨损较为严重，个别燃烧器的挡板甚至已经磨穿，这就导致运行中浓淡分离效果不佳，淡侧（背火侧）也会有相当浓度煤粉，导致切圆增大，火焰偏斜甚至刷墙。

2.3磨煤机出口分配特性的影响

表格 2 各磨煤机风速与风管偏差

磨煤机一次风调平试验表明（表格2），各磨煤机出口4根一次风管的风速偏差比较大，C、D、E磨的风速偏差均超过10%，势必造成风管携带的煤粉量差别较大。这种煤粉分配不均匀的问题在煤质变差、磨煤机煤量增大的情况调将变得更加严重。燃烧器同层4角的风速、煤粉浓度不均匀，会使火焰偏斜、局部热负荷过高、形成局部还原性气氛降低灰熔点导致结焦。

2.4一二次风比例失衡

表格 3 锅炉设计一二次风率

表格3是锅炉原设计的一二次率，但在实际运行中，由于掺烧低质煤，低质煤的灰分较大，被迫提高一次风率来提高磨煤机出力，导致一次风率平均在35%以上，在煤质较差时，甚至高达40%以上。过高的一次风率致使二次风率大幅降低，二次风刚性进一步降低，锅炉无法形成良好的“风包粉”工况。

3. 避免锅炉结焦的措施
   1. 调整燃烧器缩小切圆直径

在停炉检修时，通过燃烧器安装角度的调整，缩小假想切圆的直径至φ1119mm/φ1218，比原设计缩小了40mm，通过冷态动力场试验，实际切圆直径减小了约0.4m，避免实际切圆气流直接冲刷水冷壁，达到了预期的效果。

3.2减少喷口无组织漏风

通过在燃烧器根部四周增加封堵隔板，减小喷口与风箱隔板的间隙，减少二次风无组织漏风现象，机组启动后，300MW负荷同等风量的情况下，二次风与炉膛差压约提高0.1kPa，二次风速比封堵前约提高2m/s，二次风刚性得以提高，强化了炉内燃烧组织。

3.3修复燃烧器

19年4月检修期间，着重对锅炉燃烧器做了系统的检查，更换磨损严重的燃烧器，修复了浓淡分离挡板，并逐个核对了燃烧器的安装角度，调整了燃烧器与水冷壁护板的距离，使燃烧器符合原设计。

3.4修复磨煤机缩孔

锅炉检修期间，对磨煤机出口风管缩孔进行了检查，发现缩孔严重磨损，失去原有调节作用。通过对缩孔的修复和更换，并组织一次风调平试验，最终将磨煤机出口风速冷态偏差控制在5%以内，热态偏差控制在10%以内。

3.5合理控制一二次风率

低质煤灰分大无法避免，想要降低一次风率，需要通过对单耗较高的磨煤机进行检修，提高磨煤机的健康程度来提高磨煤机出力。对磨煤机进行整体检修后，在相同负荷、相同煤质的情况下，可以降低一次风率至28%以下，比原来降低了7个百分点，一二次风率控制比较接近设计值。

4. 锅炉掉焦灭火原因分析

锅炉在2017年-2019年，发生了10次锅炉灭火事件，通过这几起事件前后运行参数分析发现，每次灭火事件前都伴有炉膛负压的较大幅度波动，锅炉底部有渣水喷出，由此基本判定灭火是由于锅炉掉焦引起的。造成锅炉掉焦灭火的主要原因是掉焦引起炉膛大幅正压引起锅炉MFT动作，其次是掉焦造成火焰监视器检测不到火焰引起锅炉MFT动作。具体来讲，10次灭火中有6次属于锅炉炉膛负压超限引起的MFT，4次是火焰丧失引起锅炉MFT动作。

4.1炉膛压力超限灭火

锅炉底部为二级水封结构，上层水封为锅炉底部分隔成4个冷灰斗的上方，下层水封为冷灰斗下方与捞渣机结合处，冷灰斗下部插入捞渣机船体内的水面以下。锅炉掉焦后，焦块直接落入水中，高温的焦块迅速被水冷却碎裂，同时短时产生大量的水汽，炉膛压力因此大幅升高。当焦块较大或者多个部位同时掉焦时，水汽引起的正压超过炉膛压力限值，就造成了锅炉灭火。在锅炉掉焦时，现场人员发现的捞渣机区域升腾的大量水汽，佐证锅炉正压的原因正是掉焦产生大量水汽。

4.2火焰丧失灭火

导致锅炉频繁发出火焰丧失信号的原因可能有两个：1）火焰监视系统有问题；2）火焰本身较弱。

4.2.1火焰监视系统

锅炉火焰检测系统元件自2003年投入运行使用至今已超出设计使用寿命，致使设备故障率升高，电子元器件老化严重，导致在锅炉掉焦时，炉膛火焰稳定性较差时，判定为灭火，未能真实反映实际着火情况，造成多台磨煤机跳闸，锅炉灭火。

4.2.2水汽灭火原理

分析锅炉掉焦后火焰丧失引起锅炉MFT动作的几起灭火事件，总结出锅炉掉焦产生大量水汽也能造成锅炉火焰丧失灭火的原因，是因为掉焦后产生的大量水汽升高至锅炉主燃烧区，导致主燃烧区氧含量大幅降低，造成锅炉主燃烧区瞬间缺氧窒息灭火。

5. 避免掉焦灭火措施
   1. 更换升级火焰监视系统

2019年停炉检修期间，公司对火焰检测系统进行更换升级，表格3为300MW时更换火检前后火检情况，可以看出，同负荷下，更换火检系统后，火焰频（以A磨煤机为例）率有了明显提高。

表格 4  更换火检系统后磨煤机火检变化

5.2冷灰斗加装缓冲装置

为减少锅炉焦块掉入水封中产生的水汽、避免锅炉大幅正压，经过分析研究，如果能减小焦块吃水深度，就可以有效减小焦块与水的接触面积。为此，在掉焦量较大的冷灰斗下方液压关断门处加装钢管，在焦块掉落时可以减小焦块对水的冲击，减少水汽的生成，也避免了锅炉大幅正压。表4是加装钢管前后一个月内锅炉掉焦时平均正压幅度的对比。

表格 5   采用不同煤仓掺烧低灰熔点煤种掉焦情况对比

6. 效果及评价

采取以上措施后，锅炉在2019年11月-2020年3月供热季高负荷运行期间，对比2018年-2019年同时段，锅炉掉焦次数从119次减少至71次，减少了40%。掉焦时炉膛平均正压由521Pa降低至385Pa。并且锅炉在2019年4月至今从未发生锅炉灭火事件。这些说明上述防止锅炉掉焦灭火的措施效果显著。

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