鍋爐低氮改造后滅火原因分析與對(duì)策

朱磊

（華電國(guó)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(duì)策

朱磊

（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

鍋爐滅火是機(jī)組停止的主要原因，其時(shí)間短暫、不易覺(jué)察，而且滅火原因多種多樣。針對(duì)某廠鍋爐的滅火，從運(yùn)行調(diào)整、煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式、二次風(fēng)配比等方面查找出不足，并且制定切實(shí)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(yán)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(jī)組安全運(yùn)行。

制粉系統(tǒng)；滅火；二次風(fēng)；磨煤機(jī)；燃燒器

1 設(shè)備概況

某廠1號(hào)爐于1996年投產(chǎn)，是上海鍋爐廠設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)燃料為山西晉中貧煤。鍋爐采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式鋼球磨（4臺(tái)）制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉，四角切圓燃燒，擺動(dòng)式煤粉噴嘴。

2013年9—11月，利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)，對(duì)燃燒器進(jìn)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(jì)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(fēng)噴嘴、3層三次風(fēng)噴嘴、3層油槍輔助風(fēng)噴嘴、4層輔助風(fēng)噴嘴、1層消旋OFA（燃燼風(fēng)）噴嘴。其中一次風(fēng)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(fēng)噴嘴，分別位于第7層（對(duì)應(yīng)A磨、D磨三次風(fēng)2/3風(fēng)量），13層（對(duì)應(yīng)A磨、D磨三次風(fēng)1/3風(fēng)量），14層（對(duì)應(yīng)B磨、C磨三次風(fēng)）。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(fēng)）噴嘴，低位燃燼風(fēng)噴嘴中心線距最上層三次風(fēng)煤粉燃燒器6.9 m。

2014年4月，供熱期結(jié)束后，結(jié)合機(jī)組小修進(jìn)行了低氮燃燒優(yōu)化改進(jìn)：針對(duì)二次風(fēng)門、周界風(fēng)風(fēng)門與噴口面積不匹配問(wèn)題，根據(jù)噴口面積，對(duì)風(fēng)門面積進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，并在小修后對(duì)改動(dòng)的二次風(fēng)門特性進(jìn)行了標(biāo)定，風(fēng)門特性良好；對(duì)三次風(fēng)噴嘴恢復(fù)原上鍋廠設(shè)計(jì)。小修后調(diào)整了煤種，啟動(dòng)后鍋爐開始出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。

2 事件經(jīng)過(guò)

2014年8月19日6∶41，1號(hào)機(jī)組負(fù)荷171 MW，主汽壓力13.17 MPa，爐膛壓力-60 Pa，氧量4.8%，送、引風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)，一次風(fēng)機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)，制粉系統(tǒng)B和C投運(yùn)（共4臺(tái)磨），A，B，C層共12臺(tái)給粉機(jī)投運(yùn)，給粉量手動(dòng)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(dòng)。無(wú)運(yùn)行操作，無(wú)檢修工作。

6∶41∶28，運(yùn)行監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)1號(hào)爐冒正壓（＋248 Pa），立即投入4層1，2，3，4號(hào)油槍，檢查1號(hào)爐小油槍自動(dòng)投入。

6∶41∶38，1號(hào)機(jī)組負(fù)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(hào)機(jī)組負(fù)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(hào)爐MFT（主燃料跳閘）動(dòng)作，首發(fā)原因“汽包水位低”，就地檢查1號(hào)爐渣船內(nèi)掉落大量焦和渣，撈渣機(jī)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(hào)爐渣船內(nèi)掉落大量焦和渣，撈渣機(jī)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(dòng)作情況。

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

6∶41∶27，B層4號(hào)角；

6∶41∶29，A層4號(hào)角；

6∶41∶30，A層1號(hào)角；

6∶41∶31，A層3號(hào)角、B層1號(hào)、3號(hào)角、C層3號(hào)角；

6∶41∶33，C層2號(hào)角、B層2號(hào)角、A層2號(hào)角；

6∶41∶34，C層4號(hào)角。

（3）摻配摻燒情況。

8月18日筒倉(cāng)存煤情況：1，3，4號(hào)筒倉(cāng)為貧煤，2號(hào)筒倉(cāng)為無(wú)煙煤。從18日白班開始，1—4號(hào)爐上煤方式相同，1，2，3筒倉(cāng)按1∶1∶2摻配。上煤均為火車來(lái)煤，未從煤場(chǎng)取煤。筒倉(cāng)內(nèi)煤種有：大昆侖、山西中聯(lián)、陽(yáng)泉天成、陽(yáng)泉聚晟，無(wú)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(jìn)行灰熔融性檢驗(yàn)，灰熔點(diǎn)均大于1 500℃，滅火發(fā)生時(shí)的灰熔點(diǎn)未見偏低現(xiàn)象，但不排除滅火前有低灰熔點(diǎn)煤入爐情況。事故煤樣灰熔點(diǎn)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(diǎn)化驗(yàn)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(guò)程長(zhǎng)。入爐煤含有較難燃的無(wú)煙煤，使得燃燒過(guò)程拉長(zhǎng)；主燃區(qū)可能缺氧，使得部分煤粉在主燃區(qū)沒(méi)有及時(shí)完成燃燒，燃燒過(guò)程被迫延遲。以上2個(gè)因素導(dǎo)致灰顆粒在向爐墻運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中冷卻時(shí)間不夠，灰顆粒到達(dá)爐墻時(shí)仍然處于熔融狀態(tài)，容易結(jié)焦。

（2）煤粉貼壁。1號(hào)爐在低氮燃燒改造時(shí)，一次風(fēng)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(huì)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(fēng)口設(shè)計(jì)有貼壁風(fēng)，且風(fēng)量較大（約占二次風(fēng)噴口風(fēng)量的30%）。一方面，貼壁風(fēng)屬于無(wú)組織風(fēng)，會(huì)干擾動(dòng)力場(chǎng)，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(fēng)分流了二次風(fēng)噴口的風(fēng)量，使有效二次風(fēng)的動(dòng)量減小、二次風(fēng)的剛性降低。所有這些因素會(huì)使得二次風(fēng)有組織地挾帶煤粉的能力減弱，煤粉運(yùn)動(dòng)軌跡更加紊亂，導(dǎo)致部分煤粉沖刷爐墻結(jié)焦。

（3）主燃燒區(qū)域局部燃燒過(guò)于強(qiáng)烈。將鍋爐下層三次風(fēng)的2/3風(fēng)量（約占總風(fēng)量6%）移至第7層（與2號(hào)爐不同之處），各層上下二次風(fēng)同時(shí)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(guò)?？諝庀禂?shù)應(yīng)低于1，而增加第7層三次風(fēng)量后，此處過(guò)剩空氣系數(shù)可能達(dá)到或超過(guò)1，而當(dāng)爐膛過(guò)剩空氣系數(shù)為1時(shí)，燃燒最為強(qiáng)烈，最易發(fā)生結(jié)焦。低氮燃燒改造后，1號(hào)爐比2號(hào)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(huì)導(dǎo)致灰熔點(diǎn)降低；而且爐膛局部火焰溫度較高，易引發(fā)結(jié)焦。1號(hào)爐現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)29 m看火孔火焰溫度最高達(dá)到了1 520℃，很有可能超過(guò)燃煤灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致結(jié)焦發(fā)生。

（5）雖然入爐煤灰熔點(diǎn)均符合要求，但不能排除入爐的混煤中含有低灰熔點(diǎn)煤（如陽(yáng)泉聚晟煤，其灰熔點(diǎn)為1 350℃），導(dǎo)致結(jié)焦的發(fā)生。

（6）爐膛掉焦干擾燃燒導(dǎo)致滅火。鍋爐滅火前三十多個(gè)小時(shí)一直低負(fù)荷運(yùn)行，未進(jìn)行爐膛吹灰，焦渣在低負(fù)荷下自行掉落。焦渣掉落入渣斗，濺起的水蒸汽進(jìn)入爐膛，打破了爐膛壓力的動(dòng)平衡，引發(fā)爐膛壓力升高至＋248 Pa。當(dāng)?shù)艚挂l(fā)的較多蒸汽進(jìn)入爐膛時(shí)，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(hào)火嘴由于失去火檢跳閘，對(duì)整個(gè)爐膛的燃燒穩(wěn)定擾動(dòng)很大，進(jìn)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(wú)火跳閘，不跳給粉機(jī))。

4.2 鍋爐穩(wěn)燃性差的原因分析

（1）機(jī)組負(fù)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(shè)計(jì)值下限，著火困難。檢查滅火時(shí)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(jī)組即進(jìn)入供熱期，供熱期間高背壓機(jī)組負(fù)荷一直維持在較高水平且相對(duì)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(dá)標(biāo)排放，摻燒澳大利亞煤控制硫分，總體揮發(fā)分較高。整個(gè)供熱季有過(guò)1次掉焦現(xiàn)象，但從未發(fā)生滅火情況。供熱結(jié)束后機(jī)組進(jìn)行了小修，修后改為純凝工況，負(fù)荷波動(dòng)較大且入爐煤揮發(fā)分總體較低。

（3）基于低氮燃燒器設(shè)計(jì)原理，改造后鍋爐穩(wěn)燃能力有所降低。

4.3 爐膛壓力波動(dòng)過(guò)程中未發(fā)出“爐膛壓力高高”信號(hào)的原因分析

1號(hào)爐1996年投產(chǎn)，采用Dwyer公司生產(chǎn)的機(jī)械式壓力開關(guān)。本次爐膛壓力驟變時(shí)雖然超過(guò)了MFT動(dòng)作值（＋3 240 Pa），但持續(xù)時(shí)間不足1 s，爐膛壓力開關(guān)沒(méi)有來(lái)得及反應(yīng)，因此“爐膛壓力高高”信號(hào)未發(fā)出。檢查爐膛壓力保護(hù)邏輯內(nèi)部無(wú)延時(shí)，組態(tài)頁(yè)掃描周期為50 ms；檢查壓力開關(guān)動(dòng)作情況，安裝在爐膛兩側(cè)的3個(gè)壓力高高保護(hù)開關(guān)均未動(dòng)作。跳閘后進(jìn)行了爐膛壓力開關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)證明壓力開關(guān)在爐膛壓力驟變時(shí)不動(dòng)作。

5 處理及防范措施

（1）減少無(wú)煙煤的摻配比例，盡量燃用設(shè)計(jì)煤種，并適當(dāng)提高揮發(fā)分至設(shè)計(jì)值的中、上限，在完成設(shè)備優(yōu)化改進(jìn)前，入爐煤空干基揮發(fā)分按上限控制在13%～16%。

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

（3）進(jìn)行運(yùn)行配風(fēng)方式的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，形成運(yùn)行調(diào)整的規(guī)范性措施。通過(guò)試驗(yàn)確定當(dāng)投運(yùn)2A和2D磨時(shí)，為抵消第7層三次風(fēng)投運(yùn)時(shí)在此區(qū)域增加的氧量，第6及第8層風(fēng)門需關(guān)??；主燃區(qū)不宜過(guò)度缺氧燃燒，主燃區(qū)的過(guò)氧系數(shù)維持在0.8～1.0。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行定期吹灰工作。每天吹短吹1次，當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量大于850 t/h連續(xù)運(yùn)行8 h以上時(shí)增加1次短吹。

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

[1]盧紅書.300 MW機(jī)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(jī)組燃煤鍋爐空氣分級(jí)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(jī)組高溫過(guò)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?jiǎng)?，?超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器爆管原因的分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，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(guò)熱器泄漏的原因與預(yù)防[J].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(yùn)行工作。