旋流對沖鍋爐火檢信號劇烈波動(dòng)的原因分析及調(diào)整措施

周文臺(tái)

（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 201100）

旋流對沖鍋爐火檢信號劇烈波動(dòng)的原因分析及調(diào)整措施

周文臺(tái)

（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院，上海 201100）

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司＃62鍋爐在低負(fù)荷狀態(tài)下投運(yùn)D層燃燒器時(shí)爐內(nèi)火焰檢測信號劇烈波動(dòng)，分析原因?yàn)镈層燃燒器煤粉著火延遲，導(dǎo)致火焰黑龍區(qū)過長，未點(diǎn)燃的煤粉影響鄰層燃燒。通過調(diào)整一次風(fēng)溫度、煤粉細(xì)度及一次風(fēng)、二次風(fēng)流量等參數(shù)，改善了煤粉的著火條件，縮短了煤粉的著火時(shí)間，使煤粉進(jìn)入爐膛后能夠快速點(diǎn)燃。燃燒調(diào)整后，該鍋爐在低負(fù)荷狀態(tài)下投運(yùn)D層燃燒器，爐內(nèi)火焰檢測信號波動(dòng)情況大為改善。

火檢波動(dòng)；燃燒調(diào)整；煤粉細(xì)度；一次風(fēng)溫度；旋流對沖鍋爐

0 引言

火焰信號檢測系統(tǒng)（以下簡稱火檢系統(tǒng)）是現(xiàn)代大型鍋爐必須配備的設(shè)備之一。該系統(tǒng)能夠有效檢測火焰的有無及強(qiáng)弱，滅火時(shí)系統(tǒng)發(fā)出保護(hù)信號，切斷燃料的供給，以免出現(xiàn)爐膛爆燃等危險(xiǎn)狀況；鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，信號的強(qiáng)弱能較為直觀地反映鍋爐內(nèi)的燃燒狀況，為鍋爐運(yùn)行人員提供數(shù)據(jù)參考。

火焰檢測（以下簡稱火檢）信號劇烈波動(dòng)是鍋爐運(yùn)行中較為常見的問題，對鍋爐的安全性影響較大，容易觸發(fā)主燃料跳閘（MFT）等重大事故，因此不容忽視。引起火檢信號劇烈波動(dòng)的原因也較多，有燃燒不佳、火檢設(shè)備自身缺陷等。針對四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司＃62鍋爐在低負(fù)荷狀態(tài)下投運(yùn)D層燃燒器容易出現(xiàn)火檢信號波動(dòng)的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并有針對性地進(jìn)行了燃燒調(diào)整。

1 設(shè)備簡介

該公司三期＃62鍋爐為某廠制造的DG2028／17.45-Ⅱ5型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的Π型汽包爐。鍋爐大板梁標(biāo)高80.100m，汽包中心線標(biāo)高71.650m，頂棚標(biāo)高67.354m，爐膛寬20.700m，深16.500m。鍋爐制粉系統(tǒng)采用一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，設(shè)6臺(tái)中速磨煤機(jī)。設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R90＝16%。該鍋爐D層、F層燃燒器采用動(dòng)態(tài)分離器對粗煤粉進(jìn)行分離，其他燃燒器采用靜態(tài)折向擋板進(jìn)行分離。

鍋爐配用UR600IR型火檢系統(tǒng)，該火檢系統(tǒng)利用紅外線原理來測量爐膛內(nèi)火焰，安裝在燃燒器前部外二次風(fēng)口面板上，用來檢測煤粉燃燒產(chǎn)生火焰的閃爍信號，檢測光譜范圍為600～3 000 nm。它只接收燃料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的湍流而引起的閃爍部分的火焰信號，即燃燒的動(dòng)態(tài)輻射部分［1］。

2 運(yùn)行問題

該公司三期＃62鍋爐燃燒器布置方式如圖1所示，鍋爐共配有30個(gè)低NOx旋流式煤粉燃燒器，30個(gè)燃燒器分3層分別布置在鍋爐前、后墻水冷壁上，每層各有5個(gè)燃燒器。

圖1 燃燒器布置方式

鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（小于450MW），一般采取5運(yùn)1備的燃燒器投運(yùn)方式，但難以投運(yùn)D層燃燒器，一旦投運(yùn)D層燃燒器而停運(yùn)其他任何1臺(tái)燃燒器時(shí)，不但D層火檢信號波動(dòng)劇烈，與之相鄰的C層、E層火檢信號也會(huì)劇烈波動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)無法檢測到火焰的情況。當(dāng)在低負(fù)荷狀態(tài)下需要檢修其他燃燒器而必須投運(yùn)D層燃燒器時(shí)，經(jīng)常投運(yùn)油槍來進(jìn)行穩(wěn)燃，以免火檢信號波動(dòng)過大觸發(fā)MFT而停機(jī)。

在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，該鍋爐經(jīng)常停運(yùn)D層燃燒器而非最上層的E層或F層燃燒器，這樣就造成了火焰中心上移，煙氣行程縮短，導(dǎo)致減溫水量偏大以及飛灰含碳量偏高，對鍋爐的經(jīng)濟(jì)性及過熱器、再熱器金屬壁溫均有較大影響。因此，解決低負(fù)荷時(shí)投運(yùn)D層燃燒器帶來的火檢信號波動(dòng)問題意義重大。

3 火檢系統(tǒng)原理

風(fēng)粉混合物噴入爐膛經(jīng)過加熱、氣化、著火、燃燒等過程，根據(jù)煤粉燃燒特性，可將燃燒過程分為4部分，從喉口開始依次為黑龍區(qū)（即燃料未燃區(qū)）、初始著火區(qū)、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)［2］，如圖2所示。黑龍區(qū)只對燃料進(jìn)行加熱，沒有輻射強(qiáng)度；初始著火區(qū)由于燃燒不穩(wěn)定，因此具有強(qiáng)烈的閃爍頻率，同時(shí)具有一定的輻射強(qiáng)度；隨著火焰燃燒的穩(wěn)定，其閃爍頻率會(huì)逐漸降低，因此燃燒區(qū)輻射強(qiáng)度較強(qiáng)，閃爍頻率較低；燃盡區(qū)閃爍頻率和輻射強(qiáng)度均已降至很低?；饳z系統(tǒng)安裝在初始著火區(qū)有利于有效檢測和區(qū)分其他燃燒區(qū)火焰?；饳z系統(tǒng)就是利用初始燃燒區(qū)的火焰亮度和火焰閃爍頻率特性來判斷火焰是否真實(shí)存在。

圖2 煤粉燃燒過程及火檢原理

4 火檢信號劇烈波動(dòng)原因分析

一般來說，煤粉氣流最好在離開燃燒器200～300mm處著火，最多不要超過500mm［3］。超過500 mm后著火，則會(huì)由于著火點(diǎn)距火檢探頭位置較遠(yuǎn)，檢測到的火檢強(qiáng)度低于火檢閥值而導(dǎo)致火檢信號時(shí)有時(shí)無，波動(dòng)劇烈。

4.1 D層燃燒器著火延遲

投運(yùn)D層燃燒器后，通過就地查看火孔可以清晰地觀察到D層燃燒器噴口的火焰較后墻的B層燃燒器噴口火焰明顯發(fā)黑，可見D層燃燒器比其他燃燒器著火差。

火檢信號劇烈波動(dòng)常見于450MW以下的低負(fù)荷，這是因?yàn)榇藭r(shí)爐溫相對較低，加之實(shí)際燃用的煤質(zhì)揮發(fā)分相對較低，造成低負(fù)荷時(shí)煤粉著火推遲，導(dǎo)致黑龍區(qū)分布過長，此時(shí)原本應(yīng)該在初始燃燒區(qū)著火的煤粉未完全點(diǎn)燃，因此其閃爍頻率及火焰強(qiáng)度難以達(dá)到火檢閥值，出現(xiàn)火檢信號波動(dòng)的現(xiàn)象。

4.2 D層燃燒器影響鄰層燃燒器

當(dāng)D層燃燒器煤粉著火不佳時(shí)，未點(diǎn)燃的煤粉會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)氣流對鄰層燃燒器進(jìn)行干擾。低負(fù)荷狀態(tài)下，C層、E層的燃燒狀態(tài)也僅僅處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)D層未點(diǎn)燃的煤粉隨著氣流擴(kuò)散至C層、E層附近時(shí)，煤粉會(huì)吸收該區(qū)域的大量熱量，進(jìn)而導(dǎo)致C層、E層的煤粉吸熱量減少，升溫速率降低，著火推遲，出現(xiàn)與D層相似的狀況，導(dǎo)致其火檢信號也出現(xiàn)巨大波動(dòng)。

5 調(diào)整措施

通過上述原因分析，為能夠讓火檢設(shè)備在低負(fù)荷時(shí)持續(xù)檢測到火焰信號，就必須縮小D層燃燒器的黑龍區(qū)，此外，對C層、E層燃燒器來說，應(yīng)通過強(qiáng)化煤粉的著火來提高火焰的抗干擾能力。因此，改善著火條件、縮短著火時(shí)間是調(diào)整的主要目標(biāo)。

5.1 提高磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度

在日常運(yùn)行中，運(yùn)行人員把磨煤機(jī)出口溫度控制在80℃以內(nèi)，防止給煤機(jī)斷煤導(dǎo)致磨煤機(jī)出口溫度飛升，觸發(fā)跳閘磨煤機(jī)邏輯保護(hù)。從實(shí)際運(yùn)行來看，該公司燃用煤質(zhì)水分不大，斷煤可能性極小，此外，實(shí)際燃用煤質(zhì)的干燥無灰基揮發(fā)分在15%左右，僅略好于無煙煤，因此，可將磨煤機(jī)出口溫度邏輯保護(hù)值適當(dāng)調(diào)高，與之匹配的是調(diào)高磨煤機(jī)出口溫度。通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口冷、熱風(fēng)門開度，將原有磨煤機(jī)出口溫度由70～80℃提高至95℃左右，這樣能夠有效提高一次風(fēng)粉的初始熱量，減少煤粉需要在爐膛中吸收的熱量，縮短著火時(shí)間［4］。

5.2 減少一次風(fēng)流量

實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行人員為防止堵磨，常將磨煤機(jī)入口的所有風(fēng)門全部打開，以保證通風(fēng)出力。在低負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)磨煤機(jī)的出力相對較小，所需要的通風(fēng)出力也相對較低，一次風(fēng)流量過大，這樣一方面會(huì)導(dǎo)致一次風(fēng)風(fēng)速較高，煤粉進(jìn)入爐膛后的單位距離所需時(shí)間減少，吸熱量也隨之減少；另一方面會(huì)降低燃燒器噴口處的局部煤粉濃度，不利于煤粉的快速著火。減小一次風(fēng)流量，會(huì)使著火熱量顯著降低，有利于著火［3］。將磨煤機(jī)入口容量風(fēng)開度適當(dāng)關(guān)小，保證能夠滿足磨煤機(jī)的通風(fēng)出力需要，試驗(yàn)中從初始的100%開度關(guān)至75%開度左右，仍然能滿足磨煤機(jī)的通風(fēng)出力要求。

5.3 選擇適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度

煤粉越細(xì)，煤粉顆粒的相對面積就越大，越有利于吸熱、著火，越容易燃盡［3］。煤粉細(xì)度的選擇與煤質(zhì)關(guān)系較大，選擇適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度既要有利于燃燒又要控制制粉單耗。設(shè)計(jì)煤種的煤粉細(xì)度推薦值為R90＝16%。從實(shí)際取樣測試來看，除B層、E層燃燒器基本達(dá)標(biāo)外，其他燃燒器的煤粉細(xì)度明顯偏高，尤其是C層燃燒器的R90在30%以上。由于在低負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)磨煤機(jī)的出力要求相對較小，可以將煤粉細(xì)度適當(dāng)調(diào)細(xì)。試驗(yàn)中調(diào)細(xì)了C層、D層、F層燃燒器的煤粉細(xì)度，使其盡量接近設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度。調(diào)整前、后的煤粉細(xì)度對比見表1、表2。

表1 A，B，C，E層燃燒器調(diào)整前、后的煤粉細(xì)度對比 %

表2 D，F(xiàn)層燃燒器調(diào)整前、后的煤粉細(xì)度對比

5.4 調(diào)節(jié)內(nèi)二次風(fēng)流量

一般來說，內(nèi)二次風(fēng)的大小決定燃燒器噴口的旋流強(qiáng)度，內(nèi)二次風(fēng)開度越大，旋流越強(qiáng)，內(nèi)煙氣卷吸量也越多，越有利于煤粉的著火。從C層、D層、E層就地檢查的結(jié)果來看，多數(shù)內(nèi)二次風(fēng)都已全開，剩余部分內(nèi)二次風(fēng)開度也較大，因此，將未全開的內(nèi)二次風(fēng)開至全開狀態(tài)，以增大燃燒器噴口煙氣卷吸量，改善著火條件。

5.5 調(diào)節(jié)外二次風(fēng)流量

在全開內(nèi)二次風(fēng)以后，適當(dāng)關(guān)小外二次風(fēng)，有利于增加內(nèi)二次風(fēng)流量，增強(qiáng)旋流強(qiáng)度。試驗(yàn)中將初始各燃燒器的外二次風(fēng)關(guān)小10%左右，火檢信號明顯增強(qiáng)。

6 調(diào)整后運(yùn)行狀況

通過上述幾方面的優(yōu)化，在低負(fù)荷時(shí)，D層燃燒效果明顯改善，對鄰層燃燒的影響也大大降低，鍋爐在400MW運(yùn)行時(shí)，D層未出現(xiàn)火檢信號劇烈波動(dòng)的情況，也未對鄰層的火檢信號造成巨大影響。

7 結(jié)論

（1）低負(fù)荷投運(yùn)D層燃燒器時(shí)，爐內(nèi)火檢信號劇烈波動(dòng)的直接原因是火焰的黑龍區(qū)過長，初始燃燒區(qū)滯后。

（2）火檢信號劇烈波動(dòng)的根本原因是D層燃燒器的煤粉著火出現(xiàn)延遲，未點(diǎn)燃的煤粉影響了鄰層的著火。

（3）通過對一次風(fēng)溫度、一次風(fēng)流量、煤粉細(xì)度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，大幅改善了低負(fù)荷下煤粉的著火條件，縮短了煤粉的著火時(shí)間，低負(fù)荷時(shí)投運(yùn)D層燃燒器后火檢信號未出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。

［1］聶景華，李明堂.UVISOR火焰檢測系統(tǒng)在菏澤、聊城電廠的應(yīng)用［J］.電力設(shè)備，2005，6（11）：61-62.

［2］束長勇.電站鍋爐燃燒分析及火檢系統(tǒng)應(yīng)用探索［J］.江蘇電機(jī)工程，2011，30（4）：82-84.

［3］丁立新.電廠鍋爐原理［M］.北京：中國電力出版社，2006：93-101.

［4］程智海，金鑫，張富祥，等.W型火焰鍋爐的燃燒調(diào)整［J］.動(dòng)力工程，2009，29（2）：129-133.

（本文責(zé)編：弋洋）

TK 227.1

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1674-1951（2015）07-0052-03

周文臺(tái)（1981—），男，四川達(dá)州人，工程師，工學(xué)碩士，從事大型電站鍋爐的燃燒調(diào)整及能耗檢測評估方面的研究（E-mail：zhouwentai＠speri.com.cn）。

2015-04-08；

2015-06-18