某電廠煤粉鍋爐結(jié)焦原因分析與防范措施

李衍平

(華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 濟(jì)南 271100)

1 事故經(jīng)過及檢查情況

1.1 事故經(jīng)過

2018年3月12日，某電廠3號(hào)機(jī)組負(fù)荷471 MW。05:37，A、B、C、D、E磨煤機(jī)運(yùn)行，開始進(jìn)行爐膛吹灰。05:44，3號(hào)鍋爐出現(xiàn)落焦，爐膛壓力最高至193 Pa。05:46，3號(hào)鍋爐再次落焦，爐膛壓力最高至376 Pa，運(yùn)行人員投入AB層4支油槍助燃。05:49，運(yùn)行人員檢查火檢無閃動(dòng)，爐膛壓力穩(wěn)定在-100 Pa左右，檢查撈渣機(jī)水位正常，退出AB2、AB4油槍。05:52，爐膛壓力無較大波動(dòng)，火檢無閃爍，運(yùn)行人員退出AB1、AB3油槍[1]。05:54:17，爐膛壓力突升至105 Pa，AR3火檢失去；05:54:19，爐膛壓力升至723 Pa，AR1火檢失去，運(yùn)行人員按下緊急投油按鈕(最終因MFT投油不成功)；05:54:20，AR2、BR1、BR2、BR4火檢失去，爐膛壓力723 Pa；05:54:22，A、B磨煤機(jī)跳閘，爐膛壓力降至346 Pa；05:54:23，爐膛壓力-606 Pa，鍋爐MFT。檢查MFT首出原因“爐膛壓力低低”(爐膛壓力低低保護(hù)取自開關(guān)量，當(dāng)爐膛壓力≤-2000 Pa動(dòng)作)。

1.2 檢查情況

a．檢查火檢情況，確認(rèn)火檢動(dòng)作正常。

b.磨煤機(jī)跳閘情況。磨煤機(jī)跳閘邏輯為層火檢失去且當(dāng)任意相鄰層火檢失去時(shí)磨煤機(jī)跳閘，確認(rèn)磨煤機(jī)跳閘符合保護(hù)邏輯[2]。

c.就地檢查情況。撈渣機(jī)內(nèi)有大量焦塊，部分焦塊尺寸較大(最大焦塊長(zhǎng)度達(dá)1.5 m)，撈渣機(jī)停轉(zhuǎn)，撈渣機(jī)周圍發(fā)現(xiàn)大量琉璃狀態(tài)的焦渣和水跡[3],見圖1、圖2。3月12日—13日機(jī)組啟動(dòng)后檢查鍋爐結(jié)焦情況，結(jié)焦位置為燃盡風(fēng)向下至A層燃燒器水冷壁區(qū)域，撈渣機(jī)撈出黑色細(xì)渣和黃色顆粒狀渣2種[4]。

d.運(yùn)行操作情況。3月11日18:45，爐膛吹灰1次，無明顯掉焦；3月12日00：00—02:26，機(jī)組負(fù)荷346 MW左右穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行人員無大幅操作。

e．吹灰情況。3月10日01:00至滅火前，爐膛吹灰正常進(jìn)行，共吹灰6次，每班吹灰1次。符合鍋爐2月9日滅火防范措施中的吹灰規(guī)定[5]。

f．入爐煤化驗(yàn)情況。3月11日16:00至次日01:00所上燃煤，折算成干燥無灰基揮發(fā)分為15.44%(設(shè)計(jì)煤種15.63%)，硫分1.72%(設(shè)計(jì)值1.2%)，在爐內(nèi)實(shí)際燃燒狀況下有灰熔點(diǎn)降低可能性，揮發(fā)分符合摻配摻燒要求[6]，硫分高于鍋爐設(shè)計(jì)值。

g.飛灰可燃物指標(biāo)分析。3號(hào)鍋爐啟動(dòng)后，飛灰可燃物波動(dòng)較大，呈明顯降低趨勢(shì)，個(gè)別班次最低值2.61%。分析和入爐中含有煙煤有關(guān)，煙煤和失重斜率大的無煙煤混合燃燒時(shí)能降低飛灰可燃物。

h．煤粉細(xì)度情況。各磨煤機(jī)煤粉細(xì)度與之前相比無較大變化[7]。

i．事故煤樣情況。干燥無灰基揮發(fā)分除C磨煤機(jī)外均高于17.4%(設(shè)計(jì)值15.63%)。

j.灰熔點(diǎn)化驗(yàn)結(jié)果。事故煤樣灰熔點(diǎn)變形溫度1170 ℃，軟化溫度1350 ℃，溫度偏差180 ℃以上。取撈渣機(jī)中焦塊化驗(yàn)灰熔點(diǎn)[8]，焦塊灰熔點(diǎn)變形溫度為1178 ℃，軟化溫度1190 ℃(設(shè)計(jì)煤種軟化溫度1390 ℃)。說明煤中混有低灰熔點(diǎn)煤,見表1。

k.入爐煤摻配方式情況。3月11日08:00—12日08:00入爐煤化驗(yàn)指標(biāo)在正常范圍內(nèi)。11日08:00—16:00，上煤3294 t，綜合指標(biāo)(V12Q21S1.7)；11日16:00—12日01:00，上煤2608 t，綜合指標(biāo)(V11Q21S1.7)；12日01:00—8:00，上煤2549 t，綜合指標(biāo)(V11Q21S1.3)。

表1 2018年入廠煤灰熔融性指標(biāo)

2 原因分析

a．MFT原因?yàn)闋t膛壓力低低保護(hù)動(dòng)作[9]。

b．爐膛壓力低的原因?yàn)闋t膛掉大焦，大量焦塊落至撈渣機(jī)內(nèi)，渣井內(nèi)的水被迅速加熱，產(chǎn)生大量水蒸氣，水蒸氣上升造成爐內(nèi)燃燒工況急劇惡化，A、B磨煤機(jī)失火跳閘，爐膛壓力降低至保護(hù)動(dòng)作值[10]。

c．鍋爐結(jié)焦原因?yàn)?號(hào)鍋爐按燃用貧煤設(shè)計(jì)，斷面及容積熱負(fù)荷高，設(shè)計(jì)煤種干燥無灰基揮發(fā)分15.63%，全硫分1.2%，灰熔點(diǎn)溫度(DT、ST、FT)均大于1300 ℃。機(jī)組負(fù)荷470 MW時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量淡粉燃燒器上部爐膛溫度為1450 ℃(與2019年結(jié)焦較少時(shí)持平)，遠(yuǎn)高于入爐煤灰熔點(diǎn)變形溫度，入爐煤煙煤比例偏高時(shí)，鍋爐易結(jié)焦。3月7日水冷壁大量掛焦，壁面粗糙、爐溫升高，造成鍋爐結(jié)焦進(jìn)一步加劇;3月11日多種含高比例煙煤的混煤疊加摻配，煙煤揮發(fā)分高，易燃，首先消耗助燃空氣，造成混煤中的貧煤或無煙煤缺氧、燃燒滯后，被爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流帶至水冷壁壁面處貼壁燃燒，加劇了水冷壁壁面還原性氣氛，引發(fā)結(jié)焦。

3 存在問題及防范措施

3.1 存在問題

a.易結(jié)焦煤種不能提前發(fā)現(xiàn)和調(diào)整。燃料采購(gòu)、燃煤摻配依據(jù)熱值、揮發(fā)分、硫分3項(xiàng)指標(biāo)，在某些來煤組分構(gòu)成差別大、低熔點(diǎn)煙煤比例偏高時(shí)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整。

b.在鍋爐明顯結(jié)焦的情況下，未能從燃煤采購(gòu)、燃煤摻配、燃燒調(diào)整方面采取有效措施，減緩和控制掉焦滅火的發(fā)生。

c.在鍋爐明顯結(jié)焦的情況下，未及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，減輕鍋爐結(jié)焦情況。

3.2 防范措施

a.對(duì)各煤源進(jìn)行組分比例分析，為優(yōu)化進(jìn)煤結(jié)構(gòu)和燃煤摻配提供依據(jù)。所有煤源進(jìn)行一次成分比例普查，通過反射率分析或熱重分析，建立各煤源中煙煤、無煙煤構(gòu)成比例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；發(fā)現(xiàn)某煤源成分變動(dòng)較大時(shí)，及時(shí)檢測(cè)更新數(shù)據(jù)。

b.入爐煤每半個(gè)月進(jìn)行灰熔點(diǎn)分析，及時(shí)掌握結(jié)焦趨勢(shì)變化，減少易結(jié)焦煤入爐比例。發(fā)現(xiàn)結(jié)焦加重時(shí)，對(duì)入爐煤立即取樣進(jìn)行灰熔點(diǎn)分析。

c.改進(jìn)燃煤采購(gòu)和燃煤摻燒摻配。①依據(jù)各煤源組分比例分析數(shù)據(jù)、灰熔點(diǎn)化驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化進(jìn)煤結(jié)構(gòu)，減少易結(jié)焦煤源進(jìn)煤量；②依據(jù)分析數(shù)據(jù)優(yōu)化煤場(chǎng)堆料，減少取料面易結(jié)焦煤種的摻混占比；③入爐煤摻配時(shí)嚴(yán)格控制煙煤組分明顯偏高煤種比例小于20%。

d.根據(jù)鍋爐結(jié)焦情況調(diào)整燃煤摻配。繼續(xù)跟蹤結(jié)焦、落焦與入爐煤對(duì)應(yīng)關(guān)系，監(jiān)督爐膛溫度變化。結(jié)焦加重時(shí)，當(dāng)日調(diào)整摻配方案，減少易結(jié)焦煤的摻配比例。

e.在掉焦明顯的情況下，繼續(xù)執(zhí)行每班吹灰措施。負(fù)荷低不滿足吹灰條件時(shí)，申請(qǐng)吹灰負(fù)荷或投油進(jìn)行吹灰。落焦引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)大時(shí)及時(shí)投油穩(wěn)燃，在確認(rèn)燃燒恢復(fù)正常、無繼續(xù)掉焦的情況下保持10 min后停油。

f.通過燃燒調(diào)整均勻爐膛內(nèi)溫度分布，消除局部高溫區(qū)。進(jìn)行單因素調(diào)整試驗(yàn)，保持12 h后檢查爐膛溫度變化和結(jié)焦、掉焦情況，總結(jié)改進(jìn)燃燒調(diào)整。分以下幾個(gè)因素進(jìn)行調(diào)整：①適當(dāng)減少總風(fēng)量，延緩燃燒速度，氧量在之前控制值的基礎(chǔ)上降低0.5個(gè)百分點(diǎn)運(yùn)行；②改變各層配風(fēng)比例，下部濃粉層二次風(fēng)門由60%～80%關(guān)小至40%～60%，濃粉燃燒器周界風(fēng)門由10%～20%開大至20%～30%，上層淡粉周界風(fēng)門由10%～20%開大至20%～40%；③均衡各層燃燒器出力分配比例，并注意保持燃燒穩(wěn)定性。

g.進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)減少結(jié)焦，兼顧經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和高溫腐蝕。鍋爐檢修前進(jìn)行摸底排查，啟動(dòng)前進(jìn)行動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，啟動(dòng)后進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。

h．檢查結(jié)焦部位及分布形態(tài)，做好記錄和分析。修補(bǔ)或更換燒損變形嚴(yán)重的燃燒器，檢修二次風(fēng)門，清理爐內(nèi)結(jié)焦，結(jié)焦部位表面打磨干凈。

i.鍋爐設(shè)備改造，減小衛(wèi)燃帶面積，改為間斷布置，以減小易沾焦面積、降低鍋爐溫度。

4 結(jié)束語

開拓煤源、合理?yè)綗胰埸c(diǎn)較低煤種，合理調(diào)整二次風(fēng)燃燒方式，空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)符合設(shè)計(jì)工況。經(jīng)過多方面優(yōu)化后，電廠鍋爐未再發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，保障了鍋爐的安全運(yùn)行。