朱磊

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

鍋爐低氮改造后滅火原因分析與對策

朱磊

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

鍋爐滅火是機組停止的主要原因，其時間短暫、不易覺察，而且滅火原因多種多樣。針對某廠鍋爐的滅火，從運行調(diào)整、煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)運行方式、二次風配比等方面查找出不足，并且制定切實可行的防范措施，防止滅火事件的發(fā)生，減少鍋爐損失。在嚴格執(zhí)行這些措施后，該廠基本杜絕了鍋爐滅火現(xiàn)象的發(fā)生，保證了機組安全運行。

制粉系統(tǒng)；滅火；二次風；磨煤機；燃燒器

1 設備概況

某廠1號爐于1996年投產(chǎn)，是上海鍋爐廠設計制造的SG1025/18.3-M833型亞臨界、單汽包、一次中間再熱、控制循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，呈∏型露天布置，設計燃料為山西晉中貧煤。鍋爐采用中間儲倉式鋼球磨（4臺）制粉系統(tǒng)，熱風送粉，四角切圓燃燒，擺動式煤粉噴嘴。

2013年9—11月，利用機組大修機會，對燃燒器進行了低氮燃燒技術(shù)改造，并根據(jù)前一年的入廠煤統(tǒng)計值確定了鍋爐低NOX燃燒改造主煤種。

低氮燃燒改造后，每角主燃燒器布置15層噴嘴，包括：4層一次風噴嘴、3層三次風噴嘴、3層油槍輔助風噴嘴、4層輔助風噴嘴、1層消旋OFA（燃燼風）噴嘴。其中一次風噴嘴沿高度方向分4層布置，由下至上分別為第3，5，9，11層；3層三次風噴嘴，分別位于第7層（對應A磨、D磨三次風2/3風量），13層（對應A磨、D磨三次風1/3風量），14層（對應B磨、C磨三次風）。鍋爐低氮燃燒改造后主燃燒器噴嘴布置見圖1。主燃燒器層以上布置4層SOFA（分離式燃燼風）噴嘴，低位燃燼風噴嘴中心線距最上層三次風煤粉燃燒器6.9 m。

2014年4月，供熱期結(jié)束后，結(jié)合機組小修進行了低氮燃燒優(yōu)化改進：針對二次風門、周界風風門與噴口面積不匹配問題，根據(jù)噴口面積，對風門面積進行相應調(diào)整，并在小修后對改動的二次風門特性進行了標定，風門特性良好；對三次風噴嘴恢復原上鍋廠設計。小修后調(diào)整了煤種，啟動后鍋爐開始出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

2 事件經(jīng)過

2014年8月19日6∶41，1號機組負荷171 MW，主汽壓力13.17 MPa，爐膛壓力-60 Pa，氧量4.8%，送、引風機投入自動，一次風機手動調(diào)節(jié)，制粉系統(tǒng)B和C投運（共4臺磨），A，B，C層共12臺給粉機投運，給粉量手動調(diào)節(jié)；主蒸汽流量532 t/h，給水流量 640 t/h，汽包水位投入自動。無運行操作，無檢修工作。

6∶41∶28，運行監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)1號爐冒正壓（＋248 Pa），立即投入4層1，2，3，4號油槍，檢查1號爐小油槍自動投入。

6∶41∶38，1號機組負荷170 MW，主汽壓力13.04 MPa，爐膛壓力-2071 Pa，氧量5.0%，主蒸汽流量525 t/h，給水流量661 t/h，2A汽泵轉(zhuǎn)速3 990 r/min；2B汽泵轉(zhuǎn)速 3 989 r/min，汽包水位-42 mm。

6∶41∶49，1號機組負荷170 MW,主汽壓力12.4 MPa，爐膛壓力＋3 530 Pa，氧量5.4%，主蒸汽流量526 t/h，給水流量768 t/h，2A汽泵轉(zhuǎn)速4 055 r/min；2B汽泵轉(zhuǎn)速4 056 r/min。汽包水位低至-240 mm，1號爐MFT（主燃料跳閘）動作，首發(fā)原因“汽包水位低”，就地檢查1號爐渣船內(nèi)掉落大量焦和渣，撈渣機卡跳。

圖1 主燃燒器噴嘴布置

表1 煤質(zhì)情況

3 檢查情況

（1）鍋爐MFT后焦渣的檢查情況。

鍋爐MFT后，就地檢查1號爐渣船內(nèi)掉落大量焦和渣，撈渣機卡跳，從爐膛看火孔觀察發(fā)現(xiàn)：各角燃燒器向火側(cè)有結(jié)焦痕跡，兩側(cè)墻水冷壁上結(jié)焦較明顯。

（2）火檢動作情況。

查閱火檢動作情況，6∶41∶27—6∶41∶34共有11只火檢發(fā)無火信號，按先后順序依次為：

6∶41∶27，B層4號角；

6∶41∶29，A層4號角；

6∶41∶30，A層1號角；

6∶41∶31，A層3號角、B層1號、3號角、C層3號角；

6∶41∶33，C層2號角、B層2號角、A層2號角；

6∶41∶34，C層4號角。

（3）摻配摻燒情況。

8月18日筒倉存煤情況：1，3，4號筒倉為貧煤，2號筒倉為無煙煤。從18日白班開始，1—4號爐上煤方式相同，1，2，3筒倉按1∶1∶2摻配。上煤均為火車來煤，未從煤場取煤。筒倉內(nèi)煤種有：大昆侖、山西中聯(lián)、陽泉天成、陽泉聚晟，無新煤種，煤質(zhì)情況見表1。

事件發(fā)生后，抽取入爐煤及粉樣進行灰熔融性檢驗，灰熔點均大于1 500℃，滅火發(fā)生時的灰熔點未見偏低現(xiàn)象，但不排除滅火前有低灰熔點煤入爐情況。事故煤樣灰熔點數(shù)據(jù)見表2。

（4）汽包水位變化情況。

查閱DCS（分散控制系統(tǒng)）曲線可知：6∶41∶27，汽包水位-14 mm；6∶41∶34，汽包水位-20 mm；6∶41∶39，汽包水位-55 mm；6∶41∶41，汽包水位-81 mm；6∶41∶45，汽包水位-157 mm；6∶41∶50，汽包水位-248 mm，鍋爐跳閘。

表2 滅火后取入爐煤及粉樣灰熔點化驗數(shù)據(jù)

4 原因分析

4.1 鍋爐結(jié)焦、掉焦的原因分析

（1）煤粉燃燒過程長。入爐煤含有較難燃的無煙煤，使得燃燒過程拉長；主燃區(qū)可能缺氧，使得部分煤粉在主燃區(qū)沒有及時完成燃燒，燃燒過程被迫延遲。以上2個因素導致灰顆粒在向爐墻運動的過程中冷卻時間不夠，灰顆粒到達爐墻時仍然處于熔融狀態(tài)，容易結(jié)焦。

（2）煤粉貼壁。1號爐在低氮燃燒改造時，一次風濃粉側(cè)反切角度由8°改為12°，反切角增大雖然有穩(wěn)燃功能，但可能會造成濃側(cè)粉流和爐內(nèi)主旋轉(zhuǎn)氣流不能融合，被主旋轉(zhuǎn)氣流壓向爐墻，容易引發(fā)結(jié)焦。

另外，二次風口設計有貼壁風，且風量較大（約占二次風噴口風量的30%）。一方面，貼壁風屬于無組織風，會干擾動力場，且基本不參與燃燒（一定程度上加劇缺氧程度）；另一方面，貼壁風分流了二次風噴口的風量，使有效二次風的動量減小、二次風的剛性降低。所有這些因素會使得二次風有組織地挾帶煤粉的能力減弱，煤粉運動軌跡更加紊亂，導致部分煤粉沖刷爐墻結(jié)焦。

（3）主燃燒區(qū)域局部燃燒過于強烈。將鍋爐下層三次風的2/3風量（約占總風量6%）移至第7層（與2號爐不同之處），各層上下二次風同時投用，造成第7層附近氧量增加，而低氮燃燒的基本原理是缺氧燃燒，過?？諝庀禂?shù)應低于1，而增加第7層三次風量后，此處過?？諝庀禂?shù)可能達到或超過1，而當爐膛過剩空氣系數(shù)為1時，燃燒最為強烈，最易發(fā)生結(jié)焦。低氮燃燒改造后，1號爐比2號爐結(jié)焦傾向加大，原因也在于此。

（4）低氮燃燒的基本原理是缺氧燃燒，主燃區(qū)缺氧燃燒，形成還原性氣氛，容易結(jié)焦，并會導致灰熔點降低；而且爐膛局部火焰溫度較高，易引發(fā)結(jié)焦。1號爐現(xiàn)場實測時發(fā)現(xiàn)29 m看火孔火焰溫度最高達到了1 520℃，很有可能超過燃煤灰熔點，導致結(jié)焦發(fā)生。

（5）雖然入爐煤灰熔點均符合要求，但不能排除入爐的混煤中含有低灰熔點煤（如陽泉聚晟煤，其灰熔點為1 350℃），導致結(jié)焦的發(fā)生。

（6）爐膛掉焦干擾燃燒導致滅火。鍋爐滅火前三十多個小時一直低負荷運行，未進行爐膛吹灰，焦渣在低負荷下自行掉落。焦渣掉落入渣斗，濺起的水蒸汽進入爐膛，打破了爐膛壓力的動平衡，引發(fā)爐膛壓力升高至＋248 Pa。當?shù)艚挂l(fā)的較多蒸汽進入爐膛時，爐膛燃燒惡化，底部A，B層火嘴首先局部滅火，而且6∶41∶31，B層1，3，4號火嘴由于失去火檢跳閘，對整個爐膛的燃燒穩(wěn)定擾動很大，進而迅速引發(fā)上部火嘴滅火，造成6∶41∶35爐膛壓力瞬間降低至-2 173 Pa（A層粉火檢只參與全爐膛無火跳閘，不跳給粉機)。

4.2 鍋爐穩(wěn)燃性差的原因分析

（1）機組負荷低（171 MW），使得爐膛溫度偏低，燃燒偏弱。

（2）燃煤揮發(fā)分在設計值下限，著火困難。檢查滅火時入爐煤揮發(fā)分為10.68%，在允許范圍下限，不利于鍋爐穩(wěn)燃。

2013年低氮燃燒改造后機組即進入供熱期，供熱期間高背壓機組負荷一直維持在較高水平且相對穩(wěn)定，執(zhí)行每周吹短吹1次的規(guī)定；供熱期間為保證環(huán)保達標排放，摻燒澳大利亞煤控制硫分，總體揮發(fā)分較高。整個供熱季有過1次掉焦現(xiàn)象，但從未發(fā)生滅火情況。供熱結(jié)束后機組進行了小修，修后改為純凝工況，負荷波動較大且入爐煤揮發(fā)分總體較低。

（3）基于低氮燃燒器設計原理，改造后鍋爐穩(wěn)燃能力有所降低。

4.3 爐膛壓力波動過程中未發(fā)出“爐膛壓力高高”信號的原因分析

1號爐1996年投產(chǎn)，采用Dwyer公司生產(chǎn)的機械式壓力開關(guān)。本次爐膛壓力驟變時雖然超過了MFT動作值（＋3 240 Pa），但持續(xù)時間不足1 s，爐膛壓力開關(guān)沒有來得及反應，因此“爐膛壓力高高”信號未發(fā)出。檢查爐膛壓力保護邏輯內(nèi)部無延時，組態(tài)頁掃描周期為50 ms；檢查壓力開關(guān)動作情況，安裝在爐膛兩側(cè)的3個壓力高高保護開關(guān)均未動作。跳閘后進行了爐膛壓力開關(guān)試驗，試驗證明壓力開關(guān)在爐膛壓力驟變時不動作。

5 處理及防范措施

（1）減少無煙煤的摻配比例，盡量燃用設計煤種，并適當提高揮發(fā)分至設計值的中、上限，在完成設備優(yōu)化改進前，入爐煤空干基揮發(fā)分按上限控制在13%～16%。

（2）嚴格執(zhí)行燃煤摻配制度及措施，定期進行檢查考核，特別要做好灰熔點、揮發(fā)分控制工作。對新入廠煤做好分類存放，對已入廠的無煙煤、不明煤源的混煤化驗后確定摻配方案。

（3）進行運行配風方式的優(yōu)化調(diào)整試驗，形成運行調(diào)整的規(guī)范性措施。通過試驗確定當投運2A和2D磨時，為抵消第7層三次風投運時在此區(qū)域增加的氧量，第6及第8層風門需關(guān)??；主燃區(qū)不宜過度缺氧燃燒，主燃區(qū)的過氧系數(shù)維持在0.8～1.0。

（4）嚴格執(zhí)行定期吹灰工作。每天吹短吹1次，當鍋爐蒸發(fā)量大于850 t/h連續(xù)運行8 h以上時增加1次短吹。

（5）進一步分析爐膛壓力開關(guān)未動作原因，必要時更換為膜盒式壓力開關(guān)，提高動作靈敏度，同時增加爐膛壓力模擬量信號判斷輸出爐膛壓力高高（低低）MFT邏輯，作為后備保護與開關(guān)量信號判斷MFT并聯(lián)使用，提高保護動作可靠性。

[1]盧紅書.300 MW機組鍋爐燃燒系統(tǒng)低氮改造與效果分析[J].浙江電力，2015，34（1）∶37-40.

[2]李衍平.300 MW機組燃煤鍋爐空氣分級低NOX燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)[J].黑龍江電力，2013（3）∶272-274.

[3]劉爽，趙永寧，劉天佐，等.超臨界670 MW機組高溫過熱器爆管原因分析[J].熱力發(fā)電，2010（9）∶103-105.

[4]趙慧傳，賈建民，陳吉剛，等.超臨界鍋爐末級過熱器爆管原因的分析[J].動力工程學報，2011（1）∶69-74.

[5]盧紅書，劉娟.300 MW燃煤鍋爐濃淡燃燒技術(shù)改造與效果[J].東北電力技術(shù)，2014，35（11）∶17-18.

[6]臧效軍.火電廠高溫過熱器泄漏的原因與預防[J].國網(wǎng)技術(shù)學院學報，2014，17（6）∶65-67.

（本文編輯：方明霞）

Analysis on Causes of Boiler Fire Distinguishing after Low NOXRetrofit and the Countermeasures

ZHU Lei
（China Huadian Laicheng Power Plant，Laiwu Shandong 271100，China）

The units are stopped largely due to boiler fire distinguishing，which is short and can not easily be detected.The reasons of boiler fire distinguishing are quite different.Disadvanges in operation adjustment，coal quality，operation mode of pulverized coal preparation system and secondary air distribution are detected；besides，feasible preventive measures are formulated to further prevent boiler fire distinguishing to mitigate boiler loss.After serious implementation of these measures，the boiler fire distinguishing is almost prevented in the power plant and operation safety of the units is guaranteed.

pulverized coal preparation system；fire distinguishing；secondary air；mill；burner

TK227.1

B

1007-1881（2015）08-0041-04

2015-03-18

朱 磊（1981），男，工程師，從事火力發(fā)電廠集控運行工作。