1 000MW超超臨界機(jī)組鍋爐燃燒器燒損原因分析及防治

馮智宇

（天津國(guó)投津能發(fā)電有限公司，天津300480）

煤粉燃燒器是鍋爐燃燒設(shè)備的重要組成部分，燃燒器燒損后將破壞爐內(nèi)燃燒工況，造成火焰中心偏斜，并帶來(lái)水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕等問(wèn)題，使鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性受到影響，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為此必須采取必要的措施，以保證燃燒器的安全運(yùn)行。

1 鍋爐及燃燒器布置

北疆電廠2臺(tái)1 000MW超超臨界火電機(jī)組，鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行燃煤粉直流鍋爐，型號(hào)為SG-3102／27.56-M54X，單爐膛雙切圓、一次中間再熱、固態(tài)排渣、П形布置。設(shè)計(jì)煤種為平朔安太堡煙煤。

鍋爐燃燒系統(tǒng)按中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配6臺(tái)MPS275型磨煤機(jī)。每臺(tái)磨煤機(jī)的出口由4根煤粉管接至鍋爐前、后墻的4個(gè)煤粉分配器，再一分為二接至爐膛八角的同一層8個(gè)煤粉燃燒器。48只直流式燃燒器分6層8組布置于爐膛下部，煤粉和空氣從布置在鍋爐前、后墻的8只燃燒器送入爐膛，在爐膛中呈雙切圓方式燃燒。燃燒器平面布置見(jiàn)圖1。

燃燒方式采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS）。在煤粉噴嘴四周布置有周界風(fēng)（燃料風(fēng)），每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴；主風(fēng)箱上部設(shè)有2層CCOFA（緊湊燃盡風(fēng)）噴嘴，主風(fēng)箱下部設(shè)有1層UFA（火下風(fēng)）噴嘴，主風(fēng)箱上方布置有5層SOFA離散燃盡風(fēng)噴嘴。

圖1 燃燒器平面布置圖

燃燒器擺角參與溫度調(diào)節(jié)，8個(gè)角同步擺動(dòng)，一、二次風(fēng)噴口均可上下擺動(dòng)，燃燒器一次風(fēng)最大擺角為±20°，二次風(fēng)（含SOFA）最大擺角為±30°。燃燒器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 燃燒器結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

2 燃燒器燒損情況

北疆電廠2臺(tái)機(jī)組分別于2009年9月和11月投產(chǎn)，2011年9月和2012年4月分別進(jìn)行第一次C級(jí)檢修，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)鍋爐部分燃燒器均存在嚴(yán)重?zé)龘p現(xiàn)象：

（1）燃燒器自下往上A層～F層燒損程度逐步加重，A、B、C燃燒器燒損較輕，部分燃燒器輕微變形，不影響使用；D、E、F燃燒器燒損較為嚴(yán)重。

（2）90%以上燃燒器的鈍體板完全脫落或部分脫落，沒(méi)有完全脫落的鈍體板，斜搭在一次風(fēng)噴口內(nèi)（見(jiàn)圖3）。

圖3 燃燒器鈍體板磨損

（3）同一層燃燒器燒損情況基本一致，不存在同一層某單個(gè)燃燒器燒損特別嚴(yán)重的現(xiàn)象。

（4）D、E、F層燃燒器對(duì)應(yīng)的輔助二次風(fēng)噴口存在過(guò)熱變形現(xiàn)象。

（5）一次風(fēng)噴口下部磨損嚴(yán)重，燃燒器周界風(fēng)噴口結(jié)焦（見(jiàn)圖4）。

圖4 一次風(fēng)噴口下部磨損

3 燃燒器燒損原因

2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后不久，時(shí)常發(fā)生燃燒器鈍體板脫落進(jìn)入排渣系統(tǒng)，隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加，鍋爐燃燒火焰中心發(fā)生偏斜，鍋爐左右側(cè)主、再蒸汽溫度出現(xiàn)偏差，2臺(tái)空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度也偏差2～7K，不同制粉系統(tǒng)運(yùn)行組合偏差程度不同，這與燃燒器的燒損、鈍體板的脫落有直接關(guān)系。

3.1 燃燒器區(qū)域溫度偏高

機(jī)組負(fù)荷1 000MW時(shí)，用遠(yuǎn)紅外輻射高溫儀進(jìn)行測(cè)量爐膛溫度，各層燃燒器區(qū)域的溫度分布見(jiàn)圖5，A～F燃燒器區(qū)域爐膛溫度越來(lái)越高，這與燃燒器的燒損情況分布相符合。爐膛火焰中心溫度偏高，高溫?zé)煔鈱?duì)燃燒器的輻射換熱增強(qiáng)，而燃燒器周界冷卻風(fēng)量不足，導(dǎo)致燃燒器噴口溫度過(guò)高，造成燃燒器燒損。

圖5 爐膛燃燒器區(qū)域溫度分布

3.2 運(yùn)行調(diào)整方面

3.2.1 煤粉著火距離太近

煤粉著火距離太近有兩方面原因：

（1）磨煤機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于通風(fēng)阻力大，進(jìn)口一次風(fēng)量低于設(shè)計(jì)值，可能造成著火距離太近，引起燃燒器噴口的過(guò)熱變形直至損壞。

（2）為降低機(jī)組廠用電率，鍋爐氧量控制偏低，二次風(fēng)風(fēng)速低，煤粉著火距離太近，造成燃燒器噴口燒損。

3.2.2 入爐煤質(zhì)變化

入爐煤揮發(fā)分變化范圍大（w（Vdaf）＝34%～46%），嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種。揮發(fā)分提高后，一次風(fēng)噴口的煤粉著火距離變近，而運(yùn)行人員未能配合煤質(zhì)揮發(fā)分的變化及時(shí)調(diào)整一次風(fēng)和二次風(fēng)，以適應(yīng)煤種的變化。

3.2.3 燃燒器停運(yùn)時(shí)的周界風(fēng)偏小

磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，對(duì)應(yīng)燃燒器周界風(fēng)開(kāi)度偏小，一次風(fēng)噴口得不到足夠冷卻，從而造成燃燒器的過(guò)熱、變形直至損壞［1］。但實(shí)際情況表明，下層燃燒器燒損較輕或沒(méi)有燒損，基本上可排除這一原因。

3.3 燃燒器設(shè)計(jì)方面

3.3.1 材質(zhì)方面

燃燒器部件選材不當(dāng)：

（1）燃燒器中間鈍體板原選用的合金鋼材料1Cr20Ni14Si2，耐磨強(qiáng)度不夠，燃燒器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，沒(méi)有粘貼耐磨陶瓷的部分很快磨穿，造成鈍體板斷開(kāi)、脫落。

（2）燃燒器噴口材質(zhì)耐磨強(qiáng)度不夠。燃燒器運(yùn)行不到14 000h就發(fā)現(xiàn)燃燒器下部噴口有磨穿現(xiàn)象，煤粉從磨穿處進(jìn)入周界風(fēng)噴口，燒損周界風(fēng)噴口。

3.3.2 結(jié)構(gòu)方面

燃燒器鈍體板與一次風(fēng)噴口連接處沒(méi)有粘貼耐磨陶瓷，使其耐沖刷強(qiáng)度下降；鈍體板被沖刷斷裂后脫落或搭在燃燒器一次噴口下部，改變了同層各燃燒器阻力特性，使同一層燃燒器煤粉分配不均，阻力小的燃燒器煤粉量增大，引起燃燒器負(fù)荷大于設(shè)計(jì)值，使燃燒器燒損；同時(shí)，鈍體板掉落在一次風(fēng)噴口，在噴口處產(chǎn)生強(qiáng)烈的回流，造成噴口溫度過(guò)高而燒損。

3.3.3 停運(yùn)燃燒器周界風(fēng)設(shè)計(jì)值不當(dāng)

停運(yùn)燃燒器周界風(fēng)開(kāi)度設(shè)計(jì)值見(jiàn)表1。

表1 停運(yùn)燃燒器周界風(fēng)設(shè)計(jì)值

從表1可以看出：燃燒器停運(yùn)時(shí)，燃燒器周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度設(shè)計(jì)值偏小，高負(fù)荷時(shí)燃燒器區(qū)域溫度高，輻射熱量大，而冷卻風(fēng)量不足以冷卻燃燒器，造成燃燒器過(guò)熱直至燒壞。

3.3.4 一次風(fēng)測(cè)點(diǎn)不符合要求

磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)道安裝的流量測(cè)點(diǎn)直管段長(zhǎng)度不夠，一次風(fēng)流量測(cè)量值與實(shí)際值存在偏差，造成燃燒器一次風(fēng)速過(guò)高或過(guò)低。

4 燃燒器燒損的防治措施

4.1 設(shè)備維修方面

對(duì)設(shè)備要加強(qiáng)監(jiān)督和維修：

（1）發(fā)現(xiàn)燃燒器燒損后要及時(shí)進(jìn)行更換或進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)脫落的燃燒器鈍體板進(jìn)行更換，在鈍體板與一次風(fēng)噴口接觸處粘貼耐磨陶瓷。

（2）提高燃燒器鈍體板的耐溫耐磨等級(jí)；采取新的安裝工藝，解決燃燒器鈍體板磨損、脫落問(wèn)題。

（3）加強(qiáng)對(duì)燃燒器進(jìn)口煤粉管壁溫的監(jiān)督；經(jīng)常校驗(yàn)測(cè)溫元件的精度，以保證測(cè)量準(zhǔn)確。

（4）利用停爐機(jī)會(huì)，檢查燃燒器及輔助二次風(fēng)的安裝角度，確保爐膛燃燒中心不會(huì)偏移；做好鍋爐一次風(fēng)速冷、熱態(tài)的調(diào)勻試驗(yàn)及二次風(fēng)的冷態(tài)擋板特性試驗(yàn)，保證爐膛火焰的中心不偏斜。

4.2 運(yùn)行調(diào)整方面

加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整：

（1）合理控制各層二次風(fēng)門(mén)、燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度，使?fàn)t膛與風(fēng)箱壓差值在設(shè)計(jì)值附近，保證燃燒器周界風(fēng)量能夠符合冷卻和燃燒的要求。

（2）鍋爐各負(fù)荷段煙氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)（φ（O2））控制在設(shè)計(jì)值附近，防止各層二次風(fēng)噴口風(fēng)速太低，使煤粉著火距離太近而燒損燃燒器。

（3）優(yōu)化停運(yùn)燃燒器周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度控制曲線。燃燒器周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度與鍋爐總風(fēng)量曲線見(jiàn)圖6，增加停運(yùn)燃燒器周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度，保證燃燒器噴口的冷卻，防止燃燒器燒損。

圖6 燃燒器周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度-鍋爐總風(fēng)量曲線

（4）加強(qiáng)對(duì)停運(yùn)燃燒器進(jìn)口煤粉管壁溫的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)溫度異常升高時(shí)應(yīng)手動(dòng)開(kāi)大燃燒器周界風(fēng)門(mén)。

（5）根據(jù)磨煤機(jī)負(fù)荷，合理控制一次風(fēng)母管壓力和一次風(fēng)流量，保證燃燒器一次風(fēng)速，防止煤粉提前著火燒壞燃燒器。

4.3 設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)上要采取以下措施：

（1）根據(jù)燃燒器區(qū)域的溫度，合理選擇優(yōu)質(zhì)合金鋼材料，提高燃燒器的防磨、耐熱性能。

（2）合理設(shè)計(jì)燃燒器周界風(fēng)噴口截面積，保證燃燒器周界風(fēng)量，降低燃燒器噴口金屬溫度。

（3）優(yōu)化燃燒器鈍體板的結(jié)構(gòu)，在煤粉噴嘴迎風(fēng)面粘貼耐磨陶瓷；合理選擇鈍體板的材質(zhì)，提高鈍體板的耐磨損強(qiáng)度，防止其脫落。

5 結(jié)語(yǔ)

北疆電廠鍋爐燃燒器的燒損問(wèn)題，在百萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組同類(lèi)型鍋爐上有一定的代表性。經(jīng)采取一系列措施后，通過(guò)近半年的運(yùn)行實(shí)踐，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)燃燒器再次燒損和鈍體板脫落現(xiàn)象；同時(shí)對(duì)于同類(lèi)型鍋爐解決燃燒器燒損問(wèn)題，加強(qiáng)和優(yōu)化燃燒調(diào)整，提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有借鑒意義。

［1］黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.