1 000MW機組塔式鍋爐滅火原因分析及對策

徐亦淳，翟德雙

（上海電力股份有限公司，上海 200010）

1 概述

某電廠2臺1 000MW超超臨界機組鍋爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-2956／27.46-M534直流鍋爐，引用阿爾斯通塔式鍋爐技術(shù)，單爐膛塔式布置、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊構(gòu)造。配上海汽輪機廠1 000 MW超超臨界單軸四缸四排汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)配有兩臺軸流式送風(fēng)機、兩臺軸流式引風(fēng)機、兩臺軸流式一次風(fēng)機、兩臺容克式三分倉空氣預(yù)熱器。

鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺中速磨煤機，每臺磨煤機帶2層煤粉噴嘴，2層煤粉噴嘴中間配置一層助燃輕油槍。整臺鍋爐沿著高度方向燃燒器分成四組，最上一組燃燒器是可水平擺動的分離燃盡風(fēng)（SOFA），分有6層風(fēng)室；向下沿爐膛高度分為3組煤粉燃燒器，每組包括4層煤粉噴嘴、2層助燃油槍、4層燃料風(fēng)噴嘴、2層輔助風(fēng)噴嘴、2層直流風(fēng)噴嘴和2層偏置風(fēng)噴嘴；在上層煤粉燃燒器組頂部布置有2層緊湊燃盡風(fēng)噴嘴（CCOFA）。火檢系統(tǒng)由美國FORNEY公司提供，每只燃燒器配有一只煤火檢和一只油火檢。

2 鍋爐滅火事件發(fā)生經(jīng)過

（1）事件經(jīng)過

2013年7月24日事件發(fā)生前工況：2號機組450MW負(fù)荷穩(wěn)定運行，協(xié)調(diào)控制方式，磨煤機D、E、F運行，其中磨煤機D、E加倉神木煤，磨煤機F加倉印尼褐煤，風(fēng)煤比合理，平均氧量4.1%，各控制系統(tǒng)運行正常，鍋爐燃燒工況穩(wěn)定。

03：13：49開始爐膛壓力突然大幅度波動，03：13：54爐膛壓力先到首次負(fù)壓極值-924Pa，03：14：04到正壓極值+1 129Pa，03：14：06磨煤機D、E跳閘，03：14：08磨煤機2F跳閘，鍋爐全燃料喪失保護動作MFT，汽機跳閘、發(fā)電機逆功率動作跳閘，從爐膛壓力波動開始到MFT只有20s事件?，F(xiàn)場設(shè)備、系統(tǒng)沒有異常，04：47鍋爐點火，08：20 2號機組并網(wǎng)，運行穩(wěn)定。

（2）相似事件回顧

相似事件之一：1月2日，1號機組負(fù)荷1 000 MW，AGC投入，磨煤機B、C、D、E、F運行，燃燒工況穩(wěn)定。17：37爐膛壓力開始大幅波動，17：37：27爐膛壓力先到正壓極值+621Pa，17：37：34爐膛壓力到負(fù)壓極值-1 298Pa，17：37：45爐膛壓力再到正壓極值+2 831Pa，爐膛壓力保護動作MFT。后分析為鍋爐掉焦引起爐膛壓力波動，熱控爐膛壓力控制回路調(diào)節(jié)性差引起爐膛壓力保護動作。

相似事件之二：10月22日，2號機組負(fù)荷405MW，協(xié)調(diào)運行方式，磨煤機D、E、F運行，燃燒工況穩(wěn)定。05：31鍋爐壓力開始大幅波動，爐膛壓力到負(fù)壓極值-1 000Pa，后到正壓極值+1 239Pa，再到負(fù)壓極值-1 522Pa，然后恢復(fù)正常值。在爐膛壓力波動期間煤火檢相繼失去，引起了磨煤機D、F跳閘，立即投入B、C、D、E層輕油槍穩(wěn)燃，逐步投用磨煤機C、磨煤機B，退出油槍，恢復(fù)正常運行。

3 鍋爐滅火原因分析

3.1 爐膛壓力波動原因分析

從幾次事件起因分析，每次爐膛壓力都是先下降再上升，引發(fā)爐膛壓力先下降的常規(guī)原因有兩個：一是部分煤噴嘴失火；二是爐膛壓力測點下方塌焦，也就是水冷壁區(qū)域。

根據(jù)事件發(fā)生的歷史數(shù)據(jù)分析，如圖1所示，鍋爐滅火保護動作前負(fù)荷穩(wěn)定，各臺磨煤機給煤量、風(fēng)量、風(fēng)壓、電流無任何異常變化，不存在磨煤機堵煤情況，部分煤噴嘴失火可能性很小。

圖1 鍋爐滅火有關(guān)運行參數(shù)記錄

調(diào)取撈渣機監(jiān)視錄像，事件發(fā)生前撈渣機上渣量少且顆粒細小，如圖2所示。燃燒穩(wěn)定、充分。事件發(fā)生時首先看見爐底水封水位先收縮后釋放（對應(yīng)爐膛壓力先負(fù)后正這一現(xiàn)象）；隨之撈渣機兩側(cè)水變渾濁，出現(xiàn)正壓噴汽，然后撈渣機刮板上焦渣明顯增多，如圖3所示。從視頻上分析，機組跳閘前先有一次掉焦的過程，隨后機組MFT后有大量的灰焦落下，兩次掉渣的間隔時間約25 s，與爐膛壓力下降開始到機組MFT之間的時間間隔基本一致。說明爐膛壓力波動主要原因為爐膛水冷壁區(qū)域塌焦引起，大量焦渣掉落時引起爐膛壓力先下降；落入撈渣機內(nèi)水氣化，產(chǎn)生的大量蒸汽引起鍋爐壓力上升；焦渣落下時攜帶氧氣和熱量，點燃爐膛底部可能存在CO未燃盡氣體，因此落焦過程伴隨氣體爆燃也會引起爐膛壓力波動。

3.2 爐膛水冷壁區(qū)域塌焦分析

從吹灰記錄來看，2號爐MFT前16h運行兩個班次均進行了包括水冷壁在內(nèi)的鍋爐全面吹灰，但仍發(fā)生了結(jié)渣和掉渣。9月份該臺機組進行了B級檢修，從檢修中拍攝照片看，由于鍋爐燃燒器長期被煤粉風(fēng)沖刷，部分煤噴嘴底板已磨成洞，隔板變形，燃料風(fēng)不規(guī)則輸出，無法做到風(fēng)包煤，造成水冷壁周界風(fēng)減弱，極易誘發(fā)燃燒器周圍結(jié)焦，而此范圍是在吹灰器蒸汽噴射范圍外，是造成易結(jié)焦的主要原因。如圖4所示。

3.3 鍋爐全燃料喪失的動作原因

圖4 噴燃器噴口損壞圖

根據(jù)阿爾斯通塔式爐特點，鍋爐MFT保護沒有全火檢信號喪失保護，但火檢信號作為支撐磨煤機運行的保護之一，當(dāng)該臺磨煤機四角煤火檢中有3個及以上探測不到火焰信號，則該臺磨煤機會因點火能量不足而跳閘。從事件發(fā)生的SOE記錄來看，見表1。爐膛壓力波動中，磨煤機D、E的3個角火檢信號相繼消失，引起兩臺磨煤機跳閘。2s后剩余運行的磨煤機F因為沒有相鄰磨煤機運行支撐而保護跳閘，觸發(fā)全燃料喪失保護MFT。

表1 事件SOE記錄

1 000MW機組鍋爐由于爐膛容積大，塌焦不會直接壓滅火焰，而爐膛壓力在±1 000pa范圍波動中引起D、E磨煤機火檢接連失去，是此次MFT的主要原因。2號機組在平時低負(fù)荷運行時段時常發(fā)生部分火檢失去，火檢強度數(shù)值僅在100%與0%這兩個點竄動，說明火檢探測靈敏度、抗干擾性存在問題。

3.4 火檢問題分析

通過Forney廠家現(xiàn)場指導(dǎo)，組織專業(yè)人員調(diào)研同類型電廠，利用2013年9月檢修進入爐膛觀察火檢實際位置，發(fā)現(xiàn)該爐火檢存在以下問題：

（1）煤火檢辨識火焰能力只需在25%～35%負(fù)荷（相當(dāng)于最低穩(wěn)燃負(fù)荷）時，對所有煤火檢辨識火焰即可，反復(fù)多次辨識會造成檢測失真。熱控維護人員以往遇到檢測信號晃動，采用疊加辨識火焰能力的處理方式，導(dǎo)致每個火檢檢測到火焰強度都接近上限100%，火檢檢測不能客觀反映燃燒的真實狀況。

（2）檢修中檢查燃燒器火檢位置，部分火檢探測角度不正確，部分火檢探頭沒有伸到位，火檢探測點偏離火焰中心，導(dǎo)致火焰較弱或波動的時候探測不到。還有部分煤火檢光纖光導(dǎo)頭鏡片有灰塵和陰影，以及火檢外導(dǎo)管拉斷，增加了火檢的不可靠性。如圖5所示。

圖5 燃燒器內(nèi)火檢情況

（3）與相同爐型、相同類型火檢的電廠對比，該爐火檢熄火延時時間設(shè)置短了2s。爐膛壓力波動會引起噴燃火焰的伸縮，爐膛負(fù)壓大時煤粉管出口壓力與負(fù)壓疊加，火焰會伸長甚至脫火；爐膛正壓大時煤粉管出口壓力與正壓抵消，風(fēng)量、煤粉量減少，火焰縮短；這些都會引起火檢強度減弱甚至消失。而爐膛壓力往復(fù)波動往往較快，造成火檢在幾秒鐘前探測不到火焰，在幾秒鐘后又探測到火焰。

4 對策與措施

4.1 優(yōu)化燃燒調(diào)整，提高低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性

（1）優(yōu)化配煤摻燒。根據(jù)來煤不同，進行分倉摻燒試驗，獲得不同負(fù)荷不同煤種穩(wěn)定、經(jīng)濟的混燒方式，并且每日對飛灰和爐底渣取樣化驗分析，化驗報告作為摻燒和燃燒調(diào)整參考。運行中監(jiān)視掉焦情況和位置，結(jié)合停爐檢查爐內(nèi)結(jié)焦點，分析燃燒調(diào)整、煤種對結(jié)焦的影響，進一步優(yōu)化配煤摻燒和燃燒調(diào)整。

（2）根據(jù)不同煤種特點調(diào)整磨煤機運行參數(shù)。水分較高、熱值高的煤種（如神木煤、俄動力煤），磨煤機出口溫度控制在80℃，分離器轉(zhuǎn)速設(shè)置在60r／min來控制煤粉細度；高揮發(fā)份易燃煤（如印尼褐煤），磨煤機出口溫度控制在≯60℃，分離器轉(zhuǎn)速設(shè)置在55r／min來控制煤粉細度，并適當(dāng)加大該層燃料風(fēng)量防止燒壞燃燒器；粘煤、可磨性差的煤（如平朔煤），磨煤機出口溫度控制在82℃，加大磨煤機風(fēng)量和磨輥液壓加載力，分離器轉(zhuǎn)速設(shè)置在45～50r／min來控制煤粉細度。

（3）強化氧量控制，優(yōu)化各負(fù)荷階段鍋爐風(fēng)煤配比。兼顧鍋爐出口NOx排放控制，不同負(fù)荷段下不同氧量運行，在各負(fù)荷段400MW、600 MW、800MW、1 000MW 相 應(yīng) 氧 量 控 制 在4.5%、3.8%、3.2%、2.6%的區(qū)間內(nèi)，防止鍋爐出口NOx含量過高，又避免欠氧燃燒造成結(jié)焦。根據(jù)不同煤種調(diào)整各燃燒器層的燃料風(fēng)、輔助風(fēng)控制，提高鍋爐低負(fù)荷燃燒的穩(wěn)定性。

4.2 加強吹灰管理，減少運行中塌焦干擾

優(yōu)化吹灰措施，完善管理規(guī)定。對鍋爐燃燒方式、運行工況及受熱面的粘污程度、熱偏差進行分析，制定分時段、分區(qū)域、分層次、分組吹灰組合理有效的措施，確保鍋爐安全穩(wěn)定運行前提下，做到既降低吹灰耗汽，也提高了低負(fù)荷段再熱汽溫，避免了“過吹”和“欠吹”的發(fā)生。在機組長期低負(fù)荷運行時，為了避免結(jié)焦積聚，根據(jù)燃燒煤種情況，向調(diào)度申請階段性提高機組負(fù)荷進行吹灰。

4.3 消除噴嘴缺陷，改善設(shè)備運行健康水平

加強對制粉系統(tǒng)和燃燒器的消缺管理。利用停機機會，進入爐膛檢查燃燒器部件磨損情況，對磨穿的直板和曲板進行更換，對減薄的部位進行焊補處理，對各輔助風(fēng)門進行開度校驗，維持燃燒器健康運行。日常加強對磨煤機冷熱風(fēng)門、液壓站、出口分離器、粉管分配器等消缺維護，確保磨煤機運行可靠，進入爐膛的一次風(fēng)流速穩(wěn)定、煤粉混合均勻。

4.4 加強火檢維護，確保保護裝置正確動作

（1）調(diào)整火檢位置?；鹧鏅z測器的視線與燃燒器中心線相交有一個輕微的角度且能看到最大量的主燃燒區(qū)域時可獲得最佳效果，對每一個火檢調(diào)整確認(rèn)，確保火檢能夠準(zhǔn)確地反映燃燒器的運行狀況。并更換所有煤火檢的光導(dǎo)頭鏡片，更換油火檢、煤火檢的火檢光纖；對導(dǎo)管拉斷的煤火檢重新定位，焊接底座，更換新的外導(dǎo)管，確?；饳z設(shè)備可靠。如圖6所示。

（2）機組啟動后在低穩(wěn)燃負(fù)荷，對所有煤火檢進行重新辨識火焰。制定日常火檢維護措施，規(guī)范維護人員對日常火檢的維護，以及對火檢測量晃動及消失的處理方案。

圖6 火檢安裝角度示意圖

（3）調(diào)整火檢延時時間。火檢熄火延時時間加長會避免不必要的跳磨煤機甚至MFT，但火檢熄火延時時間過長會增加鍋爐爆燃風(fēng)險。根據(jù)同類型電廠經(jīng)驗和廠家建議，在每個火檢探頭上熄火響應(yīng)時間延時增加1s，在卡件上再增加1s延時，熄火響應(yīng)時間延時一共增加2s，增強了火檢抗干擾能力。

5 結(jié)語

通過調(diào)整運行手段、加強設(shè)備維護和完善火檢管理等對策措施的落實，2臺鍋爐運行的運行穩(wěn)定性得到了提高，基本沒有發(fā)生大的塌焦現(xiàn)象，火檢探測情況穩(wěn)定，強弱分明，抗干擾能力強，經(jīng)過1年多的時間運行，更沒有發(fā)生此類原因引起的鍋爐滅火事件。在2014年4月23日，2號機組845MW的負(fù)荷下，發(fā)生單側(cè)送、引風(fēng)機跳閘事件，爐膛壓力最低至-1 900pa，最高至1 100 pa，也有部分火檢瞬時失去信號，但火檢信號消失時間、數(shù)量明顯減少，沒有發(fā)生火檢信號消失而磨煤機跳閘，RB成功，避免了一次機組非計劃停運。