試析穩(wěn)定燃燒減少熄火的對(duì)策

孫育恒

（中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230000）

1 實(shí)例分析

1.1 問題分析

在2014年通過168 h試運(yùn)行，1號(hào)爐轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行后，結(jié)合多次出現(xiàn)的爐膛熄火現(xiàn)象可發(fā)現(xiàn)，1號(hào)爐存在數(shù)據(jù)偏差、燃燒調(diào)整不當(dāng)、煤質(zhì)差、控制邏輯不完善、火檢探頭安裝位置不當(dāng)、火檢參數(shù)設(shè)置不合理問題。具體問題表現(xiàn)如下： （1）數(shù)據(jù)偏差。結(jié)合調(diào)查可發(fā)現(xiàn)，DCS顯示值低于實(shí)際一次風(fēng)壓值和一次風(fēng)速值，由于無法提供準(zhǔn)確可靠的調(diào)整參數(shù)，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一次風(fēng)壓和一次風(fēng)速過高情況，燃燒器附近的煤粉濃度和煙氣溫度因此下降，著火穩(wěn)定性自然會(huì)受到較為負(fù)面影響。 （2） 燃燒調(diào)整不當(dāng)。受運(yùn)行人員調(diào)整不當(dāng)影響，鍋爐低負(fù)荷燃燒情況下爐膛抗干擾能力較差，爐膛燃燒會(huì)直接受到切換制粉系統(tǒng)的干擾，并可能導(dǎo)致爐膛熄火。此外，配風(fēng)不合理情況也較為常見，未能及時(shí)投油穩(wěn)燃也可能引發(fā)爐膛熄火問題。 （3） 煤質(zhì)差。受市場(chǎng)因素影響，火電廠鍋爐采用的燃煤質(zhì)量較差，主要表現(xiàn)為流動(dòng)性差、灰分大，給粉機(jī)上部往往會(huì)因此形成蓬粉現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致來粉中斷的問題出現(xiàn)。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛燃燒工況會(huì)因較差的煤質(zhì)而惡化。此外，較高的含硫量與灰分也使得火檢探頭出現(xiàn)嚴(yán)重的積灰問題，爐膛火焰的準(zhǔn)確判斷會(huì)因此受到直接影響，最終導(dǎo)致火檢誤動(dòng)作。 （4） 控制邏輯不完善。結(jié)合實(shí)際調(diào)研可發(fā)現(xiàn)，機(jī)組設(shè)計(jì)存在低負(fù)荷燃燒時(shí)很容易造成全爐膛火焰喪失且MFT動(dòng)作的問題，這是由于控制邏輯設(shè)定為每一燃燒器層未檢測(cè)到的火焰數(shù)不少于該層燃燒器數(shù)的2/4，且5層燃燒器中有4層未檢測(cè)到火焰時(shí)，認(rèn)定為全爐膛火焰喪失。 （5） 火檢探頭安裝位置不當(dāng)。機(jī)組采用上下平行安裝燃燒器與火檢探頭的方式，直徑較大的燃燒器火焰可由火檢探頭實(shí)現(xiàn)可靠檢測(cè)，但在火焰直徑偏小情況下，由于近能夠檢測(cè)到火焰的外緣，在各類擾動(dòng)影響下，火檢探頭往往會(huì)出現(xiàn)無法檢測(cè)到火焰的問題[1]。

1.2 應(yīng)對(duì)措施

基于上述問題，火電廠采用了一系列針對(duì)性措施予以處理，具體措施選擇如下： （1） 重新標(biāo)定。為解決數(shù)據(jù)偏差問題，2017年9月，火電廠邀請(qǐng)電力試驗(yàn)院專家重新標(biāo)定機(jī)組一次風(fēng)壓、一次風(fēng)速，并同時(shí)修改靠背管系數(shù)，DCX顯示值與實(shí)際風(fēng)壓和風(fēng)速相一致，可靠的數(shù)據(jù)提供為熄火控制提供了有力支持。 （2） 燃燒調(diào)整?；谌紵{(diào)整不當(dāng)問題，火電廠運(yùn)行部基于實(shí)際鎮(zhèn)定了詳細(xì)的燃燒調(diào)整對(duì)策和措施，并在DCS畫面上增加緊急投油按鈕，由此鍋爐低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性得以進(jìn)一步提升，快速的投油穩(wěn)燃也能夠有效應(yīng)對(duì)低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)情況。 （3） 煤質(zhì)控制。為解決煤質(zhì)差問題，火電廠加大了優(yōu)質(zhì)煤的購(gòu)買力度，以此盡量采用優(yōu)質(zhì)煤用于鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，配合對(duì)煤質(zhì)情況的實(shí)時(shí)掌握，燃燒調(diào)整的針對(duì)性大幅提升。 （4） 修改控制邏輯。結(jié)合鍋爐控制邏輯存在的問題，修改A、B層燃燒器火檢跳給粉機(jī)邏輯，具體控制邏輯為：?jiǎn)蝹€(gè)燃燒器火焰喪失時(shí)，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，是否停止對(duì)應(yīng)給粉機(jī)由運(yùn)行人員負(fù)責(zé)；一個(gè)燃燒器對(duì)的兩個(gè)火焰喪失時(shí)，對(duì)應(yīng)給粉機(jī)自動(dòng)跳閘；C、D、E層不變；當(dāng)同層燃燒器未檢測(cè)到的火焰都不少于該層燃燒器3/4時(shí)，可確定全爐膛火焰喪失，此時(shí)MFT動(dòng)作，低負(fù)荷穩(wěn)燃需要即可得到更好滿足。 （5） 合理設(shè)置火檢探頭。在探頭瞄準(zhǔn)時(shí)，燃燒器中心線與探頭視線相交，通過控制二者角度，保證探頭能夠最大限度看到主燃區(qū)。為更好發(fā)揮火檢探頭效用，火電廠重新設(shè)置火檢參數(shù)，以此保證其能夠在燃燒工況惡化或低負(fù)荷運(yùn)行情況下“正確”動(dòng)作，配合定期開展的火檢探頭維護(hù)消缺，“誤動(dòng)”問題得到更好預(yù)防，最終機(jī)組存在的熄火問題得到較好解決。圖1為調(diào)整后火檢探頭安裝位置示意圖[2]。

圖1 調(diào)整后火檢探頭安裝位置示意圖

2 穩(wěn)燃技術(shù)措施選擇

除上文采用的具體措施外，為穩(wěn)定鍋爐燃燒，減少熄火問題出現(xiàn)概率，鈍體穩(wěn)燃、濃淡分離燃燒穩(wěn)燃、四角切圓燃燒穩(wěn)燃等技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視，具體技術(shù)原理及應(yīng)用措施如下。

2.1 鈍體穩(wěn)燃技術(shù)

在煤粉與空氣混合物離開噴口后，其到達(dá)著火點(diǎn)的時(shí)間非常短，熱輻射的吸收也較為有限。相較于輻射傳熱，直接接觸的高溫?zé)煔馀c可燃混合物可實(shí)現(xiàn)更為強(qiáng)烈的對(duì)流傳熱，在煙氣的回流支持下，煤粉與空氣混合物可實(shí)現(xiàn)更為有效的加熱，滿足鍋爐穩(wěn)燃需要。結(jié)合鈍體穩(wěn)燃技術(shù)的基本原理進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)，繞過鈍體的煤粉與空氣混合物會(huì)使得鈍體后形成穩(wěn)定回流區(qū)，由于充滿爐膛中心回流的高溫?zé)煔?，該回流區(qū)可以被視作一個(gè)巨大的蓄熱體。主流與回流區(qū)外側(cè)之間區(qū)域?yàn)闊峄亓鳠煔馀c新鮮可燃燒氣粉混合物湍流混合區(qū)，受較大的徑向速度梯度影響，高溫?zé)煔馀c可燃混合物之間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的能量、動(dòng)量、質(zhì)量交換，在不斷加熱升溫的過程中，可燃混合物會(huì)在達(dá)到著火溫度后開始著火，由內(nèi)向外傳播的火焰會(huì)使得回流煙氣重新充滿熱量，并循環(huán)反復(fù)地傳遞給可燃混合物，滿足鍋爐穩(wěn)燃需要。在不斷的循環(huán)過程中，回流氣體也在不斷發(fā)生變化，燃燒和回流的新陳代謝在其中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。

2.2 濃淡分離燃燒穩(wěn)燃技術(shù)

為進(jìn)一步提升鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，必須針對(duì)性提高煤粉濃度，濃淡分離燃燒穩(wěn)燃技術(shù)便屬于其中典型。濃淡分離燃燒穩(wěn)燃技術(shù)在應(yīng)用中需在一次風(fēng)煤粉管道上安裝煤粉濃縮器，一般需選用高濃縮比煤粉濃縮器，由此一次風(fēng)煤粉氣流通過煤粉濃縮器被分為濃與淡兩種，即濃度較低的淡煤粉氣流與含大部分煤粉的高濃度煤粉氣流。濃淡煤粉氣流會(huì)在水平方向以一定夾角噴入爐膛內(nèi)，分別為向火側(cè)與背火側(cè)，這類的背火側(cè)指的是水冷壁與濃煤粉氣流之間。由此，向火側(cè)噴入的濃煤粉氣流會(huì)形成高煤粉濃度區(qū)域，淡煤粉氣流的噴入則會(huì)使得背火側(cè)產(chǎn)生更強(qiáng)的氧化性氣氛。顯著提高的向火側(cè)煤粉濃度相增加燃燒初期釋放出的揮發(fā)分，著火及火焰?zhèn)鞑タ捎纱双@得有力支持。受到一次風(fēng)量減少的影響，粉煤氣流所需找貨熱同樣出現(xiàn)一定下降，更高的溫度上升速度可有效保證鍋爐燃燒的穩(wěn)定。此外，更高的煤粉濃度可有效增加煤粉氣流黑度，爐內(nèi)高溫火焰及高溫回流區(qū)的敷設(shè)熱量可由濃煤粉氣流更好吸收，這同樣能夠較好服務(wù)于鍋爐穩(wěn)燃[3]。

2.3 四角切圓燃燒穩(wěn)燃技術(shù)

除上述兩種技術(shù)外，四角切圓燃燒穩(wěn)燃技術(shù)同樣能夠較好服務(wù)于鍋爐熄火問題的應(yīng)對(duì)。深入分析可發(fā)現(xiàn)，通過利用上游領(lǐng)角火焰點(diǎn)燃下游煤粉氣流，四角切圓燃燒鍋爐煤粉的著火具備顯著熱點(diǎn)。由于爐膛對(duì)角線與各噴嘴出口中心線間偏轉(zhuǎn)一較小夾角，可得到爐膛中央與噴嘴中心線相切的較小圓周，將其命名為切圓。由于同時(shí)射入爐內(nèi)，四角射流在下游射流推動(dòng)下會(huì)出現(xiàn)尾段向爐中心偏轉(zhuǎn)情況，曲線運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)因此相互作用而產(chǎn)生，最終形成“動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)切圓”。由于燃燒器出口處煤粉氣流遇高溫包圍，迅速地?zé)豳|(zhì)交換將實(shí)現(xiàn)快速的加熱升溫、著火，以及強(qiáng)烈的燃燒，直沖下游出口染料流的高溫火焰將供給大量點(diǎn)燃熱源，煙氣再循環(huán)度也會(huì)由此大幅增加，在摻混加強(qiáng)的情況下，鍋爐著火、穩(wěn)燃可獲得必要和充分條件支持。深入分析可發(fā)現(xiàn)，切圓燃燒的上一層燃燒強(qiáng)化與穩(wěn)定可獲得下一層旋轉(zhuǎn)上升火焰的有力支持，下層火焰的擾動(dòng)則由上一層旋轉(zhuǎn)上升火焰負(fù)責(zé)加強(qiáng)，通過相互依存與促進(jìn)的角與角、層與層關(guān)系，鍋爐燃燒效率可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足提升，煤種適用范圍的擴(kuò)大、穩(wěn)燃目的的實(shí)現(xiàn)、熄火問題的預(yù)防均可獲得有力支持。

2.4 要點(diǎn)總結(jié)

結(jié)合上述三種技術(shù)，圍繞更好實(shí)現(xiàn)鍋爐的穩(wěn)定燃燒，減少熄火事故發(fā)生概率，需重點(diǎn)關(guān)注煙氣回流、煤粉富集、分級(jí)著火三個(gè)層面。具體關(guān)注點(diǎn)如下： （1） 煙氣回流。結(jié)合相關(guān)研究與實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)，射流燃燒器、鈍體回流器、旋流燃燒器均可實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)煤粉氣流的回流熱加熱，四角切圓燃燒方式的應(yīng)用較為普遍，新進(jìn)入爐膛的未燃?xì)饬饔舌徑且讶几邷貧饬鼽c(diǎn)燃。 （2） 煤粉富集。結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究與實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)，煤粉濃度的提高會(huì)使得反應(yīng)速度不斷加快，并導(dǎo)致著火時(shí)間提前、著火溫度下降、著火距離縮短、著火熱降低、火焰溫度提高、火焰?zhèn)鞑ニ俣忍嵘?，NOx的排放也能夠由此大幅下。氣流著火所需的著火熱可通過煤粉富集有效降低，一般情況下煙煤、貧煤、無煙煤得穩(wěn)燃最佳濃度分別為0.5～0.6 kg/kg、0.7～0.8 kg/kg、1.1～1.4 kg/kg。 （3） 分級(jí)著火。著火工況的分級(jí)可基于整個(gè)爐艟或鈍體內(nèi)回流組織實(shí)現(xiàn)，如w型火焰爐基于整個(gè)爐艟實(shí)現(xiàn)著火工況的分級(jí)，開縫鈍體燃燒器則通過鈍體內(nèi)回流組織實(shí)現(xiàn)，這同樣可較好滿足鍋爐穩(wěn)燃需要。

3 結(jié)語

綜上所述，鍋爐穩(wěn)定燃燒減少熄火不僅能夠有效提升設(shè)備使用壽命，還能夠有效避免直接經(jīng)濟(jì)損失的出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的重新標(biāo)定、燃燒調(diào)整、煤質(zhì)控制、修改控制邏輯、合理設(shè)置火檢探頭、鈍體穩(wěn)燃技術(shù)、濃淡分離燃燒穩(wěn)燃技術(shù)、四角切圓燃燒穩(wěn)燃技術(shù)等內(nèi)容，則提供了可行性較高的鍋爐穩(wěn)燃路徑。為更好保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒，等離子氣化點(diǎn)火、熄火延遲跳機(jī)等新型技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視。