鍋爐燃燒器燒損原因分析與防范措施

宮琛琛　劉俊明　劉金靜

摘要：煤粉燃燒器作為鍋爐設(shè)備中重要的設(shè)施，對(duì)其進(jìn)行研究需要對(duì)燃燒器所處的環(huán)境以及鍋爐的運(yùn)行工況進(jìn)行綜合分析，從具體的分析中找出合理的燒損原因，并提出具有針對(duì)性的預(yù)防措施，對(duì)于保證安全生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本都具有重要意義。

關(guān)鍵字：鍋爐燃燒器；燒損原因；防范措施

1 燃燒器結(jié)構(gòu)與布置措施

1.1煙氣再循環(huán)

采用煙氣再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是尾部煙氣具有一定溫度，通入爐膛既可以降低燃燒溫度，又不至于讓燃燒溫度過低。在實(shí)際工作中，調(diào)節(jié)煙氣供給與空氣供給的比例，并進(jìn)行有效的控制，有利于遏制熱力型氮氧化物的生成。燃燒器的布置方法主要有 2 種：①氧氣與煙氣混合后一同攜帶煤粉進(jìn)入爐膛燃燒。這種方法不利于煤粉與氧氣的充分接觸。②先讓空氣作為一次風(fēng)攜帶煤粉進(jìn)行燃燒，然后將煙氣與二次風(fēng)混合再噴入燃燒區(qū)進(jìn)一步燃燒。這種方法既有利于煤粉初步燃燒，又使得燃燒溫度不至于過高。

1.2 分級(jí)燃燒

分級(jí)燃燒的主要措施是：①將燃料分為 2 部分，由不同燃燒器噴嘴噴入爐膛，燃料比較多的一部分先進(jìn)行富氧燃燒，然后再與較少的另一部分混合，將一級(jí)燃燒生成的氮氧化物還原。②將爐內(nèi)燃燒空間分為 2 部分，不同的燃燒區(qū)域采用不同的氧氣濃度。爐內(nèi)底部為主燃燒區(qū)，控制此處的溫度，使空氣供給不足，即可形成缺氧燃燒的局面，抑制氮氧化物的生成。然后燃料在煙氣流帶動(dòng)下進(jìn)入富氧區(qū)（可以通過燃燒器噴嘴二次進(jìn)風(fēng)），在此區(qū)域內(nèi)完全燃燒，有效抑制氮氧化物的生成，而且溫度也可以用進(jìn)風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)。③為了使效果更佳顯著，可以將以上方法結(jié)合，即將煙氣循環(huán)與空氣混合，再分級(jí)進(jìn)入鍋爐控制燃燒溫度和氧氣濃度。同時(shí)，采用兩部分分級(jí)法，一部分是燃燒器內(nèi)分級(jí)，另一部分是鍋爐內(nèi)燃燒器布置分級(jí)。燃燒器內(nèi)分級(jí)是將煤粉與空氣以及煙氣分級(jí)供給，通過控制空氣進(jìn)給量（或者氧氣進(jìn)給量）輔以煙氣調(diào)節(jié)燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物生成量的控制。鍋爐內(nèi)燃燒器布置是將爐內(nèi)空間分為主燃燒區(qū)、主還原區(qū)和完全燃燒區(qū)，分級(jí)噴入不同濃度的燃料、空氣和煙氣，以達(dá)到進(jìn)一步減少氮氧化物的目的。分級(jí)燃燒的缺陷是，煙氣與空氣的混合比例難以控制，過多的煙氣和空氣會(huì)使?fàn)t內(nèi)溫度降低過多，不利于煤粉充分燃燒，且容易帶走爐內(nèi)熱量，降低鍋爐效率；過少的空氣會(huì)導(dǎo)致燃料不能充分燃燒。

2燃燒器噴管燒損異常工況

第一，2014年9月20日9：15，#1鍋爐C2燃燒器處護(hù)板燒壞，停磨檢查發(fā)現(xiàn)C2燃燒器噴管左側(cè)中部偏下有1個(gè)孔洞，導(dǎo)致煤粉泄漏燃燒，護(hù)板過熱燒損。第二，2014年9月22日13：00，#1鍋爐F2粉管入爐膛處有火星冒出，停磨檢查發(fā)現(xiàn)F2噴管的右側(cè)有1個(gè)孔洞，底部有2個(gè)孔洞。第三，2014年10月17日9：23，#2鍋爐C4燃燒器噴管外護(hù)板燒紅，停磨檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口有結(jié)焦，噴管內(nèi)部左側(cè)無明顯磨損。第四，2014年10月21日3：55，#2鍋爐F4燃燒器區(qū)域護(hù)板燒壞，停磨檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口燒壞，噴管背火側(cè)全部燒壞，附近燃燒器擺角連桿、電纜燒損。第五，2014年10月21日20：03，在2F磨出口處F4粉管插板門后加裝堵板，啟動(dòng)2F磨煤機(jī)運(yùn)行，21：32F2燃燒器區(qū)域護(hù)板燒壞，停磨檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口燒壞，噴管背火側(cè)全部燒壞，附近電纜燒損。

3原因分析

第一，#1鍋爐C2和F2燃燒器燒損分析。噴管長(zhǎng)時(shí)間磨損，導(dǎo)致噴管穿孔造成煤粉泄漏引起燃燒，導(dǎo)致護(hù)板燒損。第二，#2鍋爐C4燃燒器噴管外護(hù)板燒損分析。可能是一次粉剛性不足導(dǎo)致噴口結(jié)焦，燒損的區(qū)域離噴口的距離較遠(yuǎn)，并有燃燒跡象，有可燃物存在才會(huì)導(dǎo)致燃燒，另外噴管內(nèi)沒有燃燒的痕跡，外護(hù)板和噴管內(nèi)間隙應(yīng)有15～20cm，同時(shí)該區(qū)域還有一定的周界風(fēng)風(fēng)量，如需把外護(hù)板燒紅，需要較多能量，如果粉管因噴口結(jié)焦導(dǎo)致噴管內(nèi)燃燒，噴管會(huì)燒紅、損壞，給粉管道會(huì)有燒紅的跡象。流速的降低會(huì)造成粉管的堵塞，但C磨運(yùn)行正常，沒有發(fā)現(xiàn)粉管堵管跡象，分析認(rèn)為是漏粉導(dǎo)致該區(qū)域燒損的可能性較大。第三，#2鍋爐F4和F2燃燒器燒損面為鍋爐的背火側(cè)，由鍋爐結(jié)構(gòu)、切圓和燃燒器噴口鈍體分析，鍋爐向火側(cè)存在卷吸效應(yīng)，應(yīng)該是向火側(cè)先著火，溫度也是該側(cè)溫度高，但從燒損的區(qū)域分析，燃燒器的燒損為背火側(cè)，噴管的燒損是一半而不是整段。分析認(rèn)為噴管的背火側(cè)，因設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝等原因，導(dǎo)致該區(qū)域磨損，噴管穿孔，使該區(qū)域漏粉，由于高溫的周界風(fēng)和爐膛的溫度，引起煤粉燃燒，產(chǎn)生“蠶食效應(yīng)”燒損噴管。其一，燃燒器噴管損壞或護(hù)板燒損前運(yùn)行參數(shù)，除2C2燃燒器處護(hù)板燒紅前，2C磨出口壓力從1.6kPa逐漸升到3.5kPa外，其他運(yùn)行參數(shù)均正常。#1、2鍋爐未修改相關(guān)接線邏輯或進(jìn)行與燃燒有關(guān)的技改，運(yùn)行方式已經(jīng)實(shí)行多年，未發(fā)現(xiàn)明顯問題，排除運(yùn)行調(diào)整問題。其二，2F2和2F4燃燒器燒損前燃燒的是不連混煤，1C2和1C4燃燒器燒損前燃燒的是澳煤，2C4燃燒器燒損前燃燒的是不連混煤，均不是高揮發(fā)性煤種，應(yīng)排除煤種原因。

4燃燒器改造方法

此鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，燃燒器采用東方鍋爐廠改進(jìn)設(shè)計(jì)的外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器。前后墻布置6層燃燒器，主燃區(qū)上部一定距離處前后墻布置1層燃燼風(fēng)（OFA）。在滿負(fù)荷時(shí)，SCR進(jìn)口NOx質(zhì)量濃度達(dá)到450mg/m3（標(biāo)態(tài)），而且停爐檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有燃燒器噴口燒損嚴(yán)重。根據(jù)氮氧化合物生成機(jī)理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區(qū)段含氧量、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時(shí)間和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有2方面：降低火焰溫度，防止局部高溫；降低過量空氣系數(shù)和含氧量，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。

但如果缺氧的話，鍋爐飛灰增加，鍋爐功率將會(huì)受到影響。既要低氮，又要保證下降飛灰、提高鍋爐功率，這對(duì)鍋爐實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)整添加了不小的難度。一般，有一個(gè)最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)含氧量以及適宜的燃燼風(fēng)率，使得排煙損耗以及氣體、固體未燃燼損耗之和最低，鍋爐功率最高。

為了提高兩邊墻的含氧量，下降CO質(zhì)量濃度，下降還原性氣氛下因?yàn)镾離子獨(dú)自存在而對(duì)鍋爐兩邊墻高溫腐蝕的危險(xiǎn)，此外為降低脫硝進(jìn)口的NOx質(zhì)量濃度，下降燃燒器燒損的危險(xiǎn)，對(duì)燃燒器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)；燃燒器一次風(fēng)擴(kuò)錐視點(diǎn)由45°改為25°，二次風(fēng)擴(kuò)錐視點(diǎn)由45°改為30°；添加1層燃燼風(fēng)，進(jìn)步燃燼風(fēng)率；對(duì)新設(shè)計(jì)的每只煤粉燃燒器添加空氣冷卻風(fēng)系統(tǒng)，保證燃燒器在停運(yùn)狀況時(shí)有可靠的冷卻辦法。煤粉燃燒器將燃燒用空氣分為4部分：即一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)以及中心風(fēng)。

總之，燃燒器燒損現(xiàn)象不是短時(shí)間形成的，而是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的惡性要素循環(huán)疊加引起的，不只會(huì)形成必定的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)峻時(shí)會(huì)形成必定的安全事故。因此相關(guān)部分應(yīng)該加強(qiáng)重視，經(jīng)過科學(xué)的方法和活躍的改造保證安全生產(chǎn)，下降鍋爐運(yùn)行過程中的危險(xiǎn)，保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文中筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)與鍋爐燃燒器燒損事例，詳細(xì)探討燒損原因，并給出詳細(xì)防治關(guān)鍵，促進(jìn)鍋爐運(yùn)行功率的提高。

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