1 030 MW機(jī)組鍋爐旋流燃燒器外置式火檢信號(hào)丟失原因分析及對(duì)策

李彥猛，沈利

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

1 030 MW機(jī)組鍋爐旋流燃燒器外置式火檢信號(hào)丟失原因分析及對(duì)策

李彥猛1，沈利2

（1.浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州310003）

針對(duì)1 030 MW超超臨界機(jī)組鍋爐旋流燃燒器在配置外置式火檢時(shí)存在火檢信號(hào)丟失的問題，從鍋爐燃燒特性、火檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及火檢與燃燒器匹配方面進(jìn)行了深入分析，找出火檢失去的原因，并在此基礎(chǔ)上提出增加火檢套管、防止燃燒器二次風(fēng)箱內(nèi)部揚(yáng)灰以及優(yōu)化磨煤機(jī)因火檢失去而跳閘的邏輯等措施，結(jié)果表明采取以上整改措施后徹底解決了磨煤機(jī)因火檢信號(hào)失去而發(fā)生跳閘的問題。

燃煤鍋爐；旋流燃燒器；外置式火檢；火檢套管

浙江某發(fā)電廠1號(hào)、2號(hào)機(jī)組分別于2014年7月10日和9月17日投產(chǎn)運(yùn)行，但自2014年10月22日1號(hào)機(jī)組B磨煤機(jī)因火檢信號(hào)失去而跳閘以來，多次發(fā)生中、下層燃燒器煤火檢信號(hào)失去情況。針對(duì)此問題，分別從鍋爐燃燒特性、火檢裝置及火檢與燃燒器匹配等方面進(jìn)行深入分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

1 機(jī)組概況

該發(fā)電廠2×1 030 MW超超臨界機(jī)組燃煤鍋爐為北京巴威公司生產(chǎn)的國內(nèi)首臺(tái)百萬千瓦級(jí)超超臨界參數(shù)鍋爐。鍋爐采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，共分3層，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式。每臺(tái)鍋爐配置48臺(tái)DRB-4ZTM型低NOX雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器和16臺(tái)低NOX噴口（OFA），各燃燒器上分別配置ABB公司的UVISOR 810型號(hào)煤火檢和油火檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 外置式火檢監(jiān)測(cè)原理

ABB外置式火檢系統(tǒng)是利用火焰燃燒時(shí)具有亮度變化和脈動(dòng)閃爍的特點(diǎn)來進(jìn)行光電火焰監(jiān)測(cè)。燃料燃燒時(shí)，火焰輻射的紅外線照在探頭鏡面上，經(jīng)光敏元件轉(zhuǎn)換為弱電壓信號(hào)，再經(jīng)交流放大、濾波轉(zhuǎn)換成與火焰強(qiáng)度、頻率成比例的脈沖信號(hào)送至火檢控制單元進(jìn)行處理、判斷，檢測(cè)方法如圖1所示。控制單元判斷有無火焰有4個(gè)條件：火焰的最小直流光強(qiáng)度、火焰的最小交流光強(qiáng)度、正確的光波長區(qū)域、最小的閃爍頻率。當(dāng)檢測(cè)到的火焰信號(hào)同時(shí)滿足以上4個(gè)條件，即判斷為有火，發(fā)出“有火”信號(hào)，檢測(cè)原理如圖2所示。

圖1 ABB外置式火檢監(jiān)測(cè)示意

圖2 ABB外置式火檢監(jiān)測(cè)原理

火檢系統(tǒng)將探頭監(jiān)測(cè)煤粉燃燒所產(chǎn)生的光強(qiáng)度和閃爍頻率進(jìn)行處理，最終形成火檢信號(hào)Q值，并根據(jù)Q值的大小來做出火檢有關(guān)的判斷。

3 火檢失去原因分析

3.1 火檢本身問題

針對(duì)1號(hào)、2號(hào)鍋爐多次發(fā)生因火檢信號(hào)失去而引起磨煤機(jī)跳閘的情況，初步判斷火檢系統(tǒng)可能存在問題，聯(lián)系廠家到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)火檢裝置本身進(jìn)行檢查。首先外窺式火檢探頭，安裝角度只能與燃燒器保持在一條直線上，也就不存在安裝角度不準(zhǔn)的問題。然后對(duì)單只火檢進(jìn)行了檢驗(yàn)，將火檢探頭拆除后，用手電光“頻閃檔”對(duì)其照射，能夠監(jiān)測(cè)到頻率和強(qiáng)度。通過廠家現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)及實(shí)際驗(yàn)證和初期火檢系統(tǒng)的使用情況，可判定火檢裝置本身不存在問題。

3.2 鍋爐燃燒問題

根據(jù)采用旋流燃燒器的鍋爐的燃燒特性，分析造成火檢信號(hào)失去的原因[1]：一是火焰燃燒時(shí)形成黑龍區(qū)短時(shí)對(duì)火檢探頭造成了遮擋，如圖3所示；二是火焰在燃燒器噴口卷吸強(qiáng)烈，燃燒時(shí)頻率監(jiān)測(cè)信號(hào)達(dá)到飽和狀態(tài)（如強(qiáng)光照射火檢時(shí)一樣）而不能夠監(jiān)測(cè)到火焰閃爍頻率，導(dǎo)致火檢Q值降低而失去火檢。針對(duì)該燃燒問題，運(yùn)行方面也采取了多項(xiàng)措施來避免黑龍區(qū)的形成：

（1）讓磨煤機(jī)分離器運(yùn)行在高速區(qū)域，使煤粉細(xì)度能夠保證，不至于使著火區(qū)遠(yuǎn)離燃燒器噴口。

（2）調(diào)節(jié)減小2號(hào)爐中、下層（D，F(xiàn)，A，B層）燃燒器內(nèi)二次風(fēng)葉片的開度，增加其旋流強(qiáng)度。

（3）降低一次風(fēng)壓，將1號(hào)、2號(hào)鍋爐的一次風(fēng)壓力偏置設(shè)置為（-0.4 kPa），來降低一次風(fēng)壓力，防止煤粉著火點(diǎn)過遠(yuǎn)。

（4）保持燃燒高揮發(fā)分煤種。

然而這些手段都未解決火檢信號(hào)失去的問題，并且仍存在因火檢信號(hào)失去而引起磨煤機(jī)跳閘的情況。

圖3 火焰著火各區(qū)域示意

3.3 爐內(nèi)落灰遮擋問題

通過對(duì)其他電廠的調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)部分電廠因水平煙道落灰或折煙角落灰而造成對(duì)火檢探頭的遮擋從而發(fā)生火檢失去。一般落灰會(huì)對(duì)上層或中層煤火檢產(chǎn)生影響，而1號(hào)、2號(hào)爐均由于中、下層煤火檢信號(hào)失去，進(jìn)而引起磨煤機(jī)跳閘。另外，通過對(duì)幾次火檢信號(hào)失去觸發(fā)磨煤機(jī)跳閘故障時(shí)的干渣機(jī)渣井工業(yè)電視回看分析，得出磨煤機(jī)跳閘前不存在大量積灰或結(jié)焦物落下。

3.4 一次風(fēng)量過大問題

鍋爐在燃燒過程中，可能會(huì)存在一次風(fēng)量過大導(dǎo)致燃燒器噴口脫火的情況。然而實(shí)際情況是鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，只發(fā)生了中、下層煤火檢信號(hào)失去導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘，而上層磨煤機(jī)從未發(fā)生過這種情況。在相同的一次風(fēng)壓下，不可能只有中、下層燃燒器脫火，而上層燃燒器燃燒正常。另外，磨煤機(jī)在啟停時(shí)，即使在煤量很低的情況下，也從未發(fā)生過因風(fēng)量大而脫火失去火檢信號(hào)的情況。上述分析說明一次風(fēng)量大不是火檢失去的主要原因。

3.5 火檢風(fēng)機(jī)管道積灰問題

根據(jù)煤火檢失去而觸發(fā)磨煤機(jī)跳閘時(shí)的火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口壓力、濾網(wǎng)差壓以及爐膛負(fù)壓的變化情況，并結(jié)合火檢風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)管路布置情況分析，認(rèn)為火檢風(fēng)機(jī)內(nèi)部管路積灰影響不大。由于在火檢風(fēng)機(jī)切換、風(fēng)壓波動(dòng)擾動(dòng)時(shí)未發(fā)生過磨煤機(jī)因火檢失去而跳閘，故排除了火檢風(fēng)機(jī)管路內(nèi)部積灰對(duì)火檢探頭遮擋的影響[2]。

3.6 二次風(fēng)箱內(nèi)部揚(yáng)灰問題

通過對(duì)旋流燃燒器火檢安裝套管及外置式火檢安裝情況的分析，可知燃燒器的安裝外置式火檢的套管長度只有50 cm，未穿過整個(gè)二次風(fēng)箱，如圖4所示。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，二次風(fēng)箱內(nèi)部及燃燒器上積灰增多，如圖5所示，而積灰增多后導(dǎo)致積灰脫落、揚(yáng)灰等會(huì)對(duì)火檢窺視管頭部造成遮擋而使火檢信號(hào)短時(shí)失去。

圖4 燃燒器側(cè)面結(jié)構(gòu)及火檢安裝套管

圖5 燃燒器二次風(fēng)箱內(nèi)部火檢套管管口

此鍋爐燃燒器采用一體式環(huán)形大風(fēng)箱，當(dāng)環(huán)形風(fēng)箱底部積灰后，在二次風(fēng)壓擾動(dòng)下產(chǎn)生揚(yáng)灰，距中、下層燃燒器最近，因此中、下層發(fā)生火檢信號(hào)失去的情況較多，且下層多于中層，大部分發(fā)生在減負(fù)荷過程中。通過分析認(rèn)為，鍋爐在高負(fù)荷段時(shí)二次風(fēng)箱壓力在0.3～0.5 kPa，當(dāng)減負(fù)荷至600 MW左右時(shí)二次風(fēng)箱壓力接近0 kPa或負(fù)壓狀態(tài)，此時(shí)發(fā)生風(fēng)箱內(nèi)部擾動(dòng)的幾率最大；并且在減負(fù)荷過程中，磨煤機(jī)煤量超調(diào)較大，燃燒器二次風(fēng)電動(dòng)小風(fēng)門也參與調(diào)節(jié)，在動(dòng)作過程中燃燒器上的積灰也會(huì)發(fā)生脫落或揚(yáng)起，更加劇了對(duì)火檢窺視管口的遮擋。所以，在減負(fù)荷過程或減至低負(fù)荷階段容易造成火檢信號(hào)失去。

4 解決措施

由以上分析可知，造成火檢信號(hào)失去的主要原因是旋流燃燒器安裝的火檢套管過短，配置外置式火檢時(shí)，在二次風(fēng)箱內(nèi)部火檢探頭存在裸露段，火檢信號(hào)受風(fēng)箱內(nèi)部揚(yáng)灰擾動(dòng)影響較大，故采取以下措施加以解決。

4.1 增加火檢套管長度

為防止二次風(fēng)箱的揚(yáng)灰對(duì)火檢產(chǎn)生遮擋，故對(duì)各燃燒器的火檢探頭初始安裝套管進(jìn)行窺視口加長，從原來50 cm增長至2 m，穿過二次風(fēng)箱，前端延伸到旋流燃燒器外二次風(fēng)葉片處，如圖6所示。

圖6 燃燒器增加二次風(fēng)箱內(nèi)部火檢套

將旋流燃燒器上外置式火檢套管延長至穿過整個(gè)風(fēng)箱，能夠有效避免二次風(fēng)箱內(nèi)部揚(yáng)灰對(duì)火檢探頭的積灰遮擋影響。但火檢套管加長后，受爐膛負(fù)壓的影響，火檢冷卻風(fēng)在順向上的吹掃壓力減弱，原火檢探頭冷卻風(fēng)Y型接口如圖7所示，不能有效清除火檢探頭上的積灰。為此又將火檢冷卻風(fēng)的Y型接口由順向接入更換為反向接入即反向翻轉(zhuǎn)180°，更換后能夠正對(duì)火檢鏡頭吹掃，達(dá)到清灰冷卻的效果。

4.2 邏輯優(yōu)化

由于磨煤機(jī)火檢信號(hào)失去時(shí)，機(jī)組負(fù)荷均在500 MW以上，爐內(nèi)著火情況穩(wěn)定，燃燒工況對(duì)火檢信號(hào)的影響很小，經(jīng)與火檢設(shè)備廠家分析討論，對(duì)火檢的開關(guān)量觸發(fā)設(shè)定值進(jìn)行了優(yōu)化，將中、下層4臺(tái)制粉系統(tǒng)煤火檢信號(hào)強(qiáng)度定值由25%優(yōu)化為10%，頻率定值由10 Hz優(yōu)化為5 Hz，降低火檢開關(guān)量的觸發(fā)值。同時(shí)，根據(jù)國內(nèi)同類型機(jī)組的調(diào)研情況及磨煤機(jī)在500 MW負(fù)荷以上燃燒情況，對(duì)磨煤機(jī)因火檢信號(hào)失去而跳閘的邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，將中、下層煤火檢信號(hào)失去3/8而觸發(fā)磨煤機(jī)跳閘修改為5/8。

圖7 原火檢探頭冷卻風(fēng)Y型接口示意

4.3 燃燒調(diào)整

火檢信號(hào)失去主要是受二次風(fēng)箱揚(yáng)塵影響，因此對(duì)穩(wěn)定鍋爐燃燒防止二次風(fēng)箱壓力波動(dòng)方面也進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)行時(shí)盡可能保持二次風(fēng)箱壓力為正值，防止?fàn)t膛負(fù)壓的大幅度擾動(dòng)。同時(shí)通過燃燒調(diào)整合理控制各燃燒器二次風(fēng)門開度及NOX風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度，提高二次風(fēng)箱壓力。

5 結(jié)語

對(duì)1 030 MW超超臨界機(jī)組鍋爐旋流燃燒器在配置外置式火檢時(shí)易發(fā)生磨煤機(jī)煤火檢信號(hào)失去的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，認(rèn)為燃燒器初始安裝的火檢套管過短，導(dǎo)致外置式火檢受二次風(fēng)箱內(nèi)部揚(yáng)灰的擾動(dòng)而失去火檢信號(hào)。通過加長火檢套管、轉(zhuǎn)換火檢風(fēng)接口、優(yōu)化火檢邏輯及進(jìn)行燃燒調(diào)整等措施有效避免了因火檢信號(hào)失去而觸發(fā)磨煤機(jī)跳閘。

[1]曲廣浩.660 MW機(jī)組火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在問題分析[J].華東電力，2005，33（2）:54-56.

[2]張銳，徐冬青.火檢冷卻風(fēng)機(jī)切換引起的磨組跳閘原因分析及對(duì)策[J].寧夏電力，2005，（3）:28-30.

（本文編輯：張彩）

高性能鋰硫電池研究獲進(jìn)展為新一代電極材料開拓思路

作為鋰離子電池的正極材料，硫的高理論容量（1 675 mAh/g）引起了人們的極大關(guān)注。但是，硫具有不導(dǎo)電、中間產(chǎn)物聚硫鋰溶于電解質(zhì)、體積膨脹嚴(yán)重等缺點(diǎn)，這些問題使得鋰硫電池的大規(guī)模應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，包括安全性、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。

為了克服這些問題，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)明了一種在三維多孔碳（3D PGC）結(jié)構(gòu)中原位制備并負(fù)載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負(fù)載量達(dá)到90%，創(chuàng)造了硫的最高負(fù)載量紀(jì)錄，電極初始比容量高達(dá)1 382 mAh/g；硫的原位負(fù)載還形成碳硫鍵，顯著提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過1 000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達(dá)到了當(dāng)前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。因此，這一材料在提高硫的負(fù)載及利用效率的同時(shí)，還提高了電極材料3D S@PGC的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設(shè)計(jì)開拓了新思路。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上，隨后國際著名碳材料學(xué)家Rodney Ruoff教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授季恒星在《物理化學(xué)學(xué)報(bào)》（Acta Phys.Chim.Sin.）雜志上撰寫亮點(diǎn)文章，對(duì)以上研究成果的創(chuàng)新性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該研究工作得到中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”和國家自然科學(xué)基金的大力支持。

來源：光明網(wǎng)

Cause Analysis and Countermeasures on Signal Loss of External Fire Detection for Boiler Swirling Burner of 1 030 MW Units

LI Yanmeng1，SHEN Li2
（1.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Power Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China；2.Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

Aiming at signal loss of external fire detection for boiler swirling burner of 1 030 MW ultra-supercritical units，the paper conducts in-depth analysis on combustion characteristics，fire detection monitoring system and the matching between fire detection and burner to detect the reasons of fire detection loss；besides，it suggests equipping fire detection sleeve，preventing flying ash in secondary bellow of burner and optimizing tripping logic of coal pulverizer due to loss of fire detection.The result shows that tripping of coal pulverizer due to loss of fire detection is completely solved after the above corrective measures are taken.

coal-fired boiler；swirling burner；external fire detection；fire detection sleeve

TM621.2

：B

：1007-1881（2016）03-0038-04

2015-10-22

李彥猛（1983），男，工程師，從事火電廠鍋爐運(yùn)行技術(shù)管理工作。