靖 君 ，趙笑天

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東 潮州 515723)

0 引言

某電廠1 000 MW鍋爐為п型布置超超臨界鍋爐，燃燒器為旋流式低氮燃燒器，采用無分隔墻的八角雙火焰切圓燃燒方式，共設(shè)6層一次風口，3層油風室，10層輔助風室。整個燃燒器與水冷壁固定連接，并隨水冷壁向下膨脹，燃燒器共48只，布置于前、后墻，形成2個反向雙切圓，以獲得較為均勻的空氣動力場。燃燒器共6層煤粉噴口，每層與1臺磨煤機相配，采用低NOX的煤粉燃燒器，每只煤粉噴嘴中間設(shè)有隔板，以增強煤粉射流剛性。在主燃燃燒器上方0.8 m處布置燃盡風(over fire air，OFA)噴嘴，在上層煤粉噴嘴上方7.2 m處布置4層分離燃盡風(separated OFA，SFOA)噴嘴，其作用是補充燃料后期燃燒所需的空氣，同時實現(xiàn)分級燃燒，以達到降低爐內(nèi)溫度水平、抑制NOX生成的目的。

鍋爐燃燒器采用PM煤粉燃燒技術(shù)，煤粉經(jīng)過PM煤粉分離器分離后，分成濃、淡2相，分別進入濃煤粉燃燒器和淡煤粉燃燒器。在2種煤粉燃燒器煤粉噴嘴體內(nèi)設(shè)置導向板，以分隔PM煤粉分離器后形成的濃相煤粉氣流和淡相煤粉氣流。在燃燒器噴口內(nèi)設(shè)置波形鈍體，該鈍體與噴嘴體內(nèi)導向板一起使?jié)狻⒌嗝悍蹥饬饕恢北３值饺紵鞒隹凇Ｔ诔隹谔庒槍獾悍廴紵髋渲貌煌闹硷L，使?jié)?、?相煤粉及時合理地配風燃燒，有效地控制了NOX排放量。同時，在波形鈍體出口處形成一個穩(wěn)定的回流區(qū)，回流區(qū)中的煙氣使每個煤粉燃燒器初燃段濃淡2相得到相對分離，并使火焰穩(wěn)定在一個較寬的負荷變化范圍內(nèi)，有利于保證及時著火及燃燒穩(wěn)定，確保及時燃盡，能有效抑制NOX排放，保證鍋爐效率。

1 事件經(jīng)過

2012-01-22T00:38，4號機組負荷400 MW，總煤量220 t/h，D，E，F(xiàn)磨運行，A，B，C磨備用，A，B，C，D磨單用塔山煤，E，F(xiàn)磨單用印尼褐煤。

00:39，啟C磨，就地檢查正常，測粉管溫度約為70 ℃。

00:50，停F磨，C磨維持煤量約65 t/h，入磨風量156 t/h，各粉管壓力C1C2:3.6 kPa；C3C4:3.7 kPa；C5C6:3.2 kPa；C7C8:3.1 kPa，屬正常運行(4號爐C磨C3C4和C1C2粉管壓力一直比其他粉管偏高約0.5—0.7 kPa）。

01:20，巡檢發(fā)現(xiàn)C3燃燒器附近著火。

01:25，4號爐3號角二次風擋板開度部分出現(xiàn)壞點(B濃、B淡、BC輔助風，C濃、C淡、CD油下輔助風)。

01:28，AB3和CD3油槍反饋異常，大致判斷為C3燃燒器著火，暖F磨。

01:32，啟F磨。

01:34，停C磨，手動OFT切除燃油系統(tǒng)。

01:40，C3燃燒器火撲滅。檢查確認C3淡燃燒器噴嘴部分(二次風箱內(nèi))燒損。

2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場確認，4號爐C3燃燒器濃淡分離器(分叉管)后淡粉管有明顯著火痕跡，淡燃燒器粉管與二次風箱法蘭連接處斷裂，二次風箱內(nèi)燃燒器一次風管與噴嘴體連接部分燒損，噴嘴口錐形板完好。初步分析為C3燃燒器粉管內(nèi)煤粉著火，引起燃燒器部分燒損。

圖1 淡燃燒器粉管與二次風箱連接法蘭處斷裂

初步估算，當時磨煤機粉管中的當量濃度為0.42 kg/kg(0.55 kg/kg以下屬易燃濃度)，因4號爐燃燒器為PM型(垂直分離)濃淡分離燃燒器，淡粉管中煤粉濃度會更低，所以煤粉濃度滿足自燃條件(即煤粉濃度、氧濃度、點燃能)。實驗證明，風粉混合物中的氧濃度超過14 %，著火條件即可以滿足。正?？諝庵械难鯘舛葹?1 %，煤粉密度是空氣密度的千倍以上，所以煤粉管中氧濃度已達到易燃范圍，而PM型濃淡燃燒器中淡粉管中的氧濃度更高些，所以氧濃度滿足燃燒條件。當時4C磨單燒塔山煤，其干燥無灰基揮發(fā)分為35.4 %，屬于易著火煙煤，可磨性系數(shù)偏低，但磨煤機碾磨能力強，且折向擋板開度相對偏小(為確保煤粉細度，防堵管)，磨內(nèi)循環(huán)煤粉量大，煤粉偏細(R90約占20 %)，點燃能低，所以煤質(zhì)條件也滿足著火自燃條件。

2.1 燃燒器回火

停運燃燒器缺乏冷卻，爐膛燃燒不穩(wěn)，頻繁正壓或者爐膛燃燒偏斜或配風失當，造成四角切圓鍋爐中心的火球過大或燃燒貼壁，均會導致燃燒器噴口處過熱、變形。查閱4號爐運行參數(shù)曲線，爐膛負壓正常(約-100 Pa，無正壓)，二次風箱與爐膛差壓正常。另外，4C磨停運時，淡燃燒器的二次風擋板保留最小開度10 %，周界風可對燃燒器噴嘴進行有效冷卻。事故發(fā)生時，4C磨為下層磨，且A，B磨基本不運行，根據(jù)爐內(nèi)燃燒火焰的上旋特性，C層燃燒器處熱負荷并不高，所以停運時回火的可能性不大。

2.2 二次風箱內(nèi)漏粉

若磨煤機運行時，燃燒器內(nèi)的粉管漏粉進入二次風箱內(nèi)，遇有高溫二次風(250—300 ℃)，則存在著火的可能性。但若煤粉在二次風箱內(nèi)著火，由于距離爐膛較近，爐膛負壓會使燃著的煤粉通過燃燒器周界風(燃料風)通道，將其吹進爐膛；另外，一次風管道中冷風會源源不斷地補充，很難在煤粉管道中引起劇烈燃燒，繼而引向爐外粉管。二次風箱內(nèi)裝有火檢光纖，會很快被燒損。檢查此處火檢光纖并無問題，判斷二次風箱內(nèi)漏粉導致燃燒的可能性較低。

2.3 積粉自燃

2.3.1 一次風速過低引起積粉

2010年7月，4號爐D，E磨輸粉管出現(xiàn)堵塞。輸粉管堵塞時，該粉管對應的燃燒器濃、淡分離器部位溫度異常升高(最高時接近200 ℃)，同時該燃燒器輸粉管垂直管道溫度接近環(huán)境溫度(正常時接近55 ℃)。從以上現(xiàn)象可以判斷，發(fā)生堵塞的輸粉管部位基本為輸粉管水平段與垂直段結(jié)合部位。割開堵塞輸粉管，確定堵塞輸粉管部位在輸粉管水平段與垂直段結(jié)合部位。該事例說明堵管會引起一次風速下降，進而導致積粉自燃。但堵管最顯著的特征是磨煤機出口粉管壓力上升，而本次磨煤機出口C2C3燃燒器粉管壓力并未異常上升，因此可以排除因堵管引起的積粉。

從運行數(shù)據(jù)來看，運行人員調(diào)整并無不當之處。2012-01-21T16:20，4號機組升負荷，啟C磨，電流為空載電流30 A；啟C給煤機，不下煤，且C給煤機跳閘，磨出口溫度快速上升。為避免跳磨，運行人員緊急停磨，此時磨輥并未落下。磨停運后，運行人員給磨通風冷卻至正常溫度。后來，查明給煤機不下煤的原因是原煤倉中襯板脫落卡在給煤機皮帶上導致的。查看歷史曲線，2012-01-21T13:28:35，4C磨正常停給煤機后，磨電流至空載電流30 A。運行人員停磨后，一直到13:33:35仍保持C磨通風量99.8 t/h以上，完全符合操作規(guī)程中磨停運時的吹掃要求，所以不存在停磨未有效吹掃造成積粉的可能性。

2.3.2 燃燒器噴嘴處結(jié)焦引起積粉

2012-01-22，4號爐C磨單燒塔山煤，塔山煤灰熔點為1 500 ℃，從PM型直流燃燒器特點(相對較高的風壓、直流射流，很難使焦塊在一次風管噴嘴處積聚)及4號爐垂直水冷壁特點分析，再根據(jù)摻燒褐煤經(jīng)驗，基本不存在結(jié)焦現(xiàn)象。特別是燃燒器周圍比較干凈，在持續(xù)摻燒印尼褐煤期間，后墻水冷壁存在一定程度的沾污，但無掛焦現(xiàn)象。

通過C3濃燃燒器粉管、C2淡燃燒器粉管入爐膛彎頭處檢查孔觀察，燃燒器噴口無結(jié)焦、變形。

2.3.3 燃燒器淡粉管存在死角或異物

拆除C3燃燒器淡粉管后，檢查分叉管后的彎頭內(nèi)堆積有大量的陶瓷片，如圖2所示。彎頭未拆除前拍攝其余管路部分，均未發(fā)現(xiàn)異物或死角。

圖2 脫落的陶瓷片

脫落的陶瓷片為安裝在管內(nèi)的防磨片，形狀多為正方形，有的已磨損得較光滑，有的比較粗糙，有的存在煙熏灼燒痕跡，有的兩面均無熏黑，這說明著火前陶瓷片已堆積較多。另外，從著火管道外壁觀察，分叉管后管外油漆剝落痕跡與內(nèi)表面陶瓷片脫落位置一致，這說明此處曾受到高溫烤灼。此處陶瓷片的大量堆積，成為淡燃燒器運行的一個重大風險點。造成煤粉沉積的可能原因有以下2點。

(1) 陶瓷片在彎頭處對管道流體形成局部阻力，淡燃燒器粉管中的一次風粉混合物在此離心分離，靠近彎管底部處較濃的煤粉以較高流速順著管壁上升至水平管段內(nèi)，但由于阻力的存在，使彎管后的一次風粉流動呈湍流狀，易造成煤粉的沉積。

(2) 由于陶瓷片本身存在許多凹凸不平的死角，易造成煤粉沉積。

目前，普遍認為積粉易自燃。在磨停運時，由于缺乏足夠的氧氣與煤粉補充，彎管處的煤粉處于高溫狀態(tài)，由熱輻射引發(fā)陰燃，是本次故障中可能的點火源。在啟磨后，隨著新煤粉的不斷聚積，此處煤粉自燃產(chǎn)生的能量足夠滿足風粉混合物燃燒的點燃能量，火焰會隨風粉混合物的流動向后傳播。由于二次風箱內(nèi)的粉管溫度較高，提前著火的煤粉會在二次風箱內(nèi)的一次風管內(nèi)劇烈燃燒，最后導致淡燃燒器粉管與二次風箱法蘭接合處斷裂。斷裂的一次風管中已著火煤粉繼續(xù)向四周噴出，殃及周圍的控制電纜、光纜等，這些也可從粉管著火痕跡加以判斷。另外，2號爐C1，C5燃燒器在單燒塔山煤期間，多次在燃燒器蝸殼(此處一次風存在轉(zhuǎn)角，由于密封材料磨損易積粉)處著火，溫度超過500 ℃，并有燒紅現(xiàn)象，最后被迫停磨，也說明積粉自燃的危險性。

燃燒器粉管中防磨陶瓷片的脫落，易引起多米諾效應，誘導更多的陶瓷片脫落。查閱4號爐C磨運行曲線，自2011年11月底至2012年1月初，該磨一直保持連續(xù)運行。此后，由于負荷下降，該磨的啟停次數(shù)有所增多。事故發(fā)生前1天，由于機組負荷波動大，4號爐C磨啟停4次，多次啟停磨操作均按規(guī)程執(zhí)行。但由于粉管中風粉混合物在啟停過程中的流動性變差，造成此處積粉劇增，加劇了防磨陶瓷片的脫落。

所以，初步分析此次燃燒器燒損是由于C3燃燒器淡粉管彎管處堆積陶瓷片導致的積粉自燃。

3 整改與解決措施

3.1 設(shè)備改造

加強設(shè)備維護，對濃淡燃燒器濃淡煤粉分離器后的淡粉管彎管進行檢查，對有脫落陶瓷片的管壁進行修補，避免陶瓷片大面積脫落。調(diào)研陶瓷片耐磨性及耐溫性，必要時更換為耐磨、耐高溫、不易脫落的材料。

3.2 優(yōu)化熱工監(jiān)控測點

增加燃燒器壁溫檢測點，在PM型燃燒器粉管靠近分離器、濃淡粉管水平段增加金屬溫度測點。

3.3 運行措施

運行時，磨煤機一次風粉管溫度由磨出口至燃燒器逐漸降低，至爐前燃燒器水平段溫降可能達10—15 ℃(隨環(huán)境溫度變化，有所改變)。若此處溫度異常低，可能為煤粉堵管；若此處溫度異常上升，可能為堵管后一次風速降低導致的積粉自燃或粉管內(nèi)存在死角導致的積粉自燃(堵管表現(xiàn)為磨煤機出口粉管壓力上升)。

對運行中磨煤機出現(xiàn)爐前一次風粉管溫度異常上升(接近磨出口溫度)，首先加大磨煤機通風量，判斷是否為堵管。若判斷為堵管，按相關(guān)防止堵管措施執(zhí)行。若無法判斷為堵管，應當降低磨出口溫度，并加大風量吹掃；若仍無法恢復正常溫度(高于正常粉管溫度20 ℃以上，或不正常上升)，應及時停磨并大風量吹掃，待溫度恢復正常后啟磨。對常發(fā)性溫度異常的粉管，應聯(lián)系檢修檢查管內(nèi)是否存在積粉死角（異物或焦塊在管內(nèi)存積）。

運行中，若磨煤機出口粉管(包括爐前一次風粉管)各部位出現(xiàn)燒紅或明火，或判斷內(nèi)部有著火跡象(檢測溫度超過200 ℃)，應立即停止磨煤機(目前3，4號爐磨煤機任一出口門關(guān)且對應粉管出口壓力低至1 kPa以下時，保護動作跳磨)，關(guān)閉對應粉管出口氣動插板門，或隔絕磨煤機入口冷、熱風關(guān)斷門、磨密封風門、給煤機密封風門(若給煤機出口門無法正常關(guān)閉)，隔絕空氣滅火。待溫度恢復正常，則大風量吹掃此粉管，并交由檢修人員清理高溫點處可能存在的焦塊或異物。

參考文獻：

1 王 磊，李海軍，沈翔宇.1 000 MW機組鍋爐低NOX旋流燃燒器燒損原因分析與對策[J].陜西電力，2014，42(5):74-76.

2 曾 昕.1 000 MW超超臨界鍋爐燃燒器燒損原因分析及防治[J].中國科技縱橫，2014，15(18):150.