姚中棟

(姚孟發(fā)電有限責任公司，河南 平頂山 467031)

1 機組概述

姚孟發(fā)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(xù)出力(BMCR工況)為1 000/h，匹配300 MW汽輪發(fā)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(zhuǎn)容克式空氣預(yù)熱器各2臺。

制粉系統(tǒng)為正壓直吹式系統(tǒng)，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(diào)節(jié)。在爐膛第2層、第5層燃燒器位置對角(#1，#4角)各設(shè)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(fā)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(wěn)時，先出現(xiàn)負壓波動，低一值報警，相隔不足3 s火檢失去，導(dǎo)致滅火。

檢查火檢裝置，發(fā)現(xiàn)#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(jiān)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(chǎn)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(jīng)多次檢查與分析，判斷為鍋爐因燃燒不良引發(fā)燃燒惡化，最終導(dǎo)致滅火，保護誤動作的可能性可以排除。

2.2 煤質(zhì)的影響

煤質(zhì)不好與鍋爐燃燒惡化有密切的關(guān)系，但燃用相同煤質(zhì)的#4鍋爐同期并未有滅火事件的發(fā)生，為此，對其中一起典型滅火事件的煤質(zhì)進行了分析。

滅火前，#1，#4，#5，#6制粉系統(tǒng)運行，給煤機總轉(zhuǎn)速為10.2 r/min，對應(yīng)帶負荷200 MW。按照運行經(jīng)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(jié)果見表1。

表1 #4，#5，#6磨煤機煤質(zhì)與設(shè)計煤質(zhì)的比較

由表1可以看出，實際燃煤的熱值與設(shè)計煤質(zhì)相近，且揮發(fā)分比設(shè)計煤質(zhì)高一些，但灰分相對偏高。發(fā)生滅火時的入爐煤煤質(zhì)基本正常，如沒有外因干擾，這種煤質(zhì)在200 MW負荷下燃燒應(yīng)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(nèi)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(yīng)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(yīng)該是自上而下的。

(2)在爐灰降落過程中，應(yīng)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(fā)生了4個燃煤火檢信號同時消失的現(xiàn)象，與受熱面落灰現(xiàn)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(shè)計風速偏低，燃用劣質(zhì)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(fā)生在煤質(zhì)差和高負荷運行情況下，在低負荷下不易發(fā)生煤粉沉積。通過查看運行制粉系統(tǒng)參數(shù)曲線發(fā)現(xiàn)，磨煤機運行參數(shù)平穩(wěn)，不應(yīng)有突然發(fā)生煤粉沉積的可能性，如果存在這種可能性，爐膛負壓也應(yīng)表現(xiàn)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(diào)平，對四角切圓燃燒的穩(wěn)定性是極不利的。經(jīng)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)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(jié)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(nèi)的動力工況影響較大;另外，停機臨檢時發(fā)現(xiàn)#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(shè)計為各燃燒器均等配風，各層二次風門為全開、全關(guān)截止擋板，隨燃燒器的投、退而開啟和關(guān)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(xiàn)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(xiàn)火焰刷墻、著火推遲等燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。在事故發(fā)生后，鍋爐臨檢時發(fā)現(xiàn):#1角第1層小擋板有10%關(guān)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(guān)位置接反。這些缺陷導(dǎo)致爐膛中心偏離設(shè)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(guān)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(fā)現(xiàn)第3層油燃燒器處存在結(jié)渣現(xiàn)象，原因是正常運行中油燃燒器二次風門關(guān)閉，在此處形成了一個回流區(qū)，當燃用煤質(zhì)灰熔點較低時，就會在該噴口附近形成結(jié)渣并逐漸變大。實際觀察發(fā)現(xiàn)，在#1角第3層油燃燒器噴口周圍明顯存在結(jié)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(jié)構(gòu)上的原因，在第3層油燃燒器噴口周圍確實會存在結(jié)渣的問題。

由于此處積渣在燃燒器附近且向爐膛內(nèi)部生長，當積渣生長到一定程度后，就發(fā)生爐膛跌落大渣現(xiàn)象。當鍋爐火焰穩(wěn)定性較差且結(jié)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(wěn)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(wěn)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(jié)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(fā)生引風機搶風的現(xiàn)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(shè)定上限時，引風機發(fā)生失速幾率較高。吸風機失速時，爐膛負壓會發(fā)生擾動，可能導(dǎo)致鍋爐滅火。

幾次滅火順序事件記錄(SOE)報警均出現(xiàn)吸風機失速報警，但因分散控制系統(tǒng)(DCS)參數(shù)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(dǎo)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(shè)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(guān)，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(tǒng)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(jié)焦和沖刷爐墻等，確保設(shè)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(xiàn)失速現(xiàn)象。

3.2 一次風速調(diào)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(tài)動力場試驗及冷態(tài)一次風縮孔的調(diào)平工作。調(diào)平后的一次風速在(23±1)m/s內(nèi)波動，調(diào)整效果良好。通過調(diào)平，一次風速不均問題得到了解決。

將一次風速調(diào)平前、后的爐膛溫度(同為250 MW負荷)進行了對比，結(jié)果如下:調(diào)平后，前、后墻燃燒器區(qū)域向火側(cè)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(diào)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(jié)渣的措施

(1)減小第3層油燃燒器火嘴附近回流區(qū)。因3鍋爐正常運行中的油燃燒器二次風門處于關(guān)閉位置，造成了一個回流區(qū)，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(jié)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(jié)渣較疏松，在機組高負荷情況下，對爐膛內(nèi)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?，F(xiàn)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(qū)局部存在還原性氣體，導(dǎo)致結(jié)渣加劇。通過燃燒調(diào)整，將運行氧量增大為4%，減少還原性氣體的產(chǎn)生量，減少鍋爐結(jié)渣。

3.4 增強鍋爐燃燒的穩(wěn)定性

(1)優(yōu)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(tǒng)不同的組合方式對爐膛燃燒穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大影響。為增強低負荷時的爐膛燃燒穩(wěn)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(tǒng)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(shù)措施。

(2)強入爐煤質(zhì)管理?？刹捎梅稚⑴涿汉湾e開時段上不同倉等方法，防止較差煤種集中進入原煤倉，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)而引起滅火。

(3)加強火檢監(jiān)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(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常及時采取措施或投油穩(wěn)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(shù)、爐膛負壓和氧量的穩(wěn)定，保證爐膛燃燒穩(wěn)定。

3.5 熱工保護方面

(1)優(yōu)化鍋爐火檢系統(tǒng)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(tǒng)，重新對滅火保護邏輯進行更正、優(yōu)化，提高滅火保護動作的可靠性。

(2)加強火檢系統(tǒng)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(diào)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(wěn)的因素，未再發(fā)生鍋爐滅火現(xiàn)象。

［1］西安熱工研究院.姚孟發(fā)電有限責任公司#3鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)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(fā)電有限責任公司#3鍋爐一次風調(diào)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(yōu)化運行技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2002.