煤粉鍋爐燃燒器燒損原因及防范對(duì)策

侯小平，王凱(.陜西煤化咸陽(yáng)新型熱能有限公司，陜西 咸陽(yáng) 7300；.陜西煤業(yè)新型能源科技股份有限公司，陜西 西安 7000)

0 引言

某電力企業(yè)采用高壓中儲(chǔ)式煤粉鍋爐(其額定蒸發(fā)量為700 t/h)，其燃燒器采取的是四角布設(shè)、切圓燃燒的方式，該鍋爐設(shè)計(jì)的煤種特性如表1所示。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)燃料特性

2020年10月5日13:00發(fā)現(xiàn)1#鍋爐的3#燃燒器出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的情況，隨即停止其運(yùn)行。經(jīng)過(guò)30 min之后5#燃燒器的壁溫有了較大上升(從190 ℃上升到220 ℃)，又經(jīng)過(guò)15 min后該燃燒器退出并且將7#燃燒器投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后噴口壁溫逐漸降低，燃燒器處于正常工作狀態(tài)，逐漸降低到38 ℃后處于穩(wěn)定。在16:52現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)則發(fā)現(xiàn)7#燃燒器已經(jīng)燒損，其壁溫?zé)犭娕及l(fā)生脫落問(wèn)題，事故情況如圖1所示。

圖1 燃燒器燒損情況示意圖

1 煤粉鍋爐燃燒器燒損原因分析

(1)直接原因。通過(guò)對(duì)該燃燒器分析可知，造成其燒損的直接原因在于沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)清焦，使得燃燒器周邊發(fā)生了比較嚴(yán)重的結(jié)焦，從而造成煤粉氣流無(wú)法順利噴出，煤粉在燃燒器根部發(fā)生燃燒而損壞。

(2)工況異常。正常情況下燃燒器的耐溫控制在1 000 ℃左右(主要采取的是耐熱鑄鋼材料)，燃燒器的壁溫保持在180～220 ℃范圍。但是，7#燃燒器在實(shí)際工作時(shí)從高溫降低到38 ℃后沒(méi)有變化就是非常明顯的工況異常。相關(guān)工作人員并沒(méi)有對(duì)該種異常的工況給予足夠重視，也可能認(rèn)為較低溫度并不會(huì)對(duì)燃燒器造成某些影響，所以并沒(méi)有采取針對(duì)性措施。此種非正常的低溫情況對(duì)后續(xù)燃燒器燒損埋下了較大隱患。在燃燒器燒損之后，對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶出現(xiàn)脫落，此時(shí)的環(huán)境溫度就是38 ℃。

(3)偏燒的問(wèn)題。該鍋爐的3#以及7#燃燒器分別處在同個(gè)角的上下不同層，由于早期3#燃燒器出現(xiàn)了焊縫開(kāi)裂停止運(yùn)行的情況，所以該角的燃燒強(qiáng)度會(huì)大大降低，就會(huì)造成此區(qū)成為低壓區(qū)，這就會(huì)引發(fā)整個(gè)爐膛火焰都會(huì)向著此處發(fā)生偏燒的問(wèn)題，從而造成7#燃燒器煤粉氣流發(fā)生提前著火的問(wèn)題。

(4)管理方面的原因。

第一，儀表測(cè)溫點(diǎn)沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝。正常情況下燃燒器的壁溫?zé)犭娕级际窃O(shè)置在燃燒器的壁面之上，從而避免出現(xiàn)松脫而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)溫的情況。但是從實(shí)際情況來(lái)看，熱電偶并沒(méi)有牢牢固定而是直接插入保溫層當(dāng)中。之所以7#燃燒器壁溫下降到38 ℃，最可能的原因就是3#燃燒器保溫位置焊縫漏點(diǎn)而脫落造成的[1]。

第二，煤質(zhì)發(fā)生較大的變化。該公司儲(chǔ)煤量巨大，并且煤炭種類(lèi)較多(超過(guò)10種)，很難按照煤質(zhì)對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分類(lèi)堆放，也很難按照具體需求進(jìn)行取用。另外，煤質(zhì)存儲(chǔ)區(qū)域有限，所用設(shè)備較為老舊，無(wú)法進(jìn)行高質(zhì)量的配煤，從而造成煤質(zhì)存在較大波動(dòng)，該鍋爐2020年入爐煤質(zhì)的分析數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2020年鍋爐入爐煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

第三，缺少對(duì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)的有效分析。現(xiàn)階段該企業(yè)還是采取人工的方式進(jìn)行煤質(zhì)分析，但是此種分析方式消耗較大人力，所以只能限定當(dāng)天取樣第二天出分析報(bào)告的模式。此種方式使得司爐不能準(zhǔn)確判定入爐煤的質(zhì)量，對(duì)鍋爐燃燒造成較大影響。例如10月6日13:00還沒(méi)有受到10月5日的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，14:00受到數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)其各方面指標(biāo)都要超出設(shè)計(jì)值，這也是造成燃燒器燒損的重要原因。

對(duì)于煤粉鍋爐來(lái)說(shuō)，煤的揮發(fā)分、熱值、灰分等是影響鍋爐燃燒安全、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)的關(guān)鍵性因素，一旦揮發(fā)分過(guò)高就非常容易燃燒以及著火。此種情況下就要一定程度控制一次風(fēng)溫度以及風(fēng)速，盡量保持煤粉氣流和燃燒器的距離，避免煤粉在燃燒器根部燃燒而造成燃燒器燒損。另外，若是高揮發(fā)分時(shí)為了有效減小燃燒速度、降低燃燒器根部熱量，也可一定程度提升煤粉粒度，適度提升煤粉的粗度。若是低揮發(fā)分情況那么就要一定程度上提升一次風(fēng)溫度，以此來(lái)降低煤粉粒度，從而保證煤粉可以快速燃燒，具有更好的經(jīng)濟(jì)性。所以一定要提升對(duì)煤質(zhì)變化的分析速度，否則在煤質(zhì)變化快速的情況下，沒(méi)有及時(shí)對(duì)煤質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，就無(wú)法對(duì)燃燒進(jìn)行指導(dǎo)。

2 煤粉鍋爐燃燒器防范措施

(1)嚴(yán)格執(zhí)行清焦管理制度，保證及時(shí)清焦。

第一，為了避免鍋爐出現(xiàn)比較嚴(yán)重的結(jié)焦，每一班在交接班之后要安排專(zhuān)門(mén)人員及時(shí)進(jìn)行清焦，一旦發(fā)現(xiàn)沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行清焦，就要遵照相應(yīng)制度進(jìn)行考核。要按照具體結(jié)焦情況設(shè)定清焦的頻率，一般情況下每一班要清焦2～4次左右，一定要保證燃燒器、水冷壁等不存在較為明顯的大焦情況。

第二，若是由于沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行清焦或者沒(méi)有進(jìn)行完全的清焦而引發(fā)燃燒器堵塞，那么要按照具體損壞程度對(duì)其實(shí)施分級(jí)考核。

(2)提升對(duì)異常工況的管理力度。一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)和預(yù)定值存在相應(yīng)偏差，那么就要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的分析，制定出準(zhǔn)確的工藝異常報(bào)告以便其他班組進(jìn)行共享。若是發(fā)現(xiàn)工藝異常情況沒(méi)有進(jìn)行處理，要按照其對(duì)生產(chǎn)的影響情況對(duì)其進(jìn)行必要處罰。同時(shí)，要增強(qiáng)熱工儀表的維護(hù)管理力度，確保其按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行安裝和維護(hù)，保證其指示的準(zhǔn)確性和調(diào)節(jié)的靈敏性[2]。

(3)提升混配煤的管理力度，建立起準(zhǔn)確的煤質(zhì)臺(tái)賬。為了確保鍋爐燃燒的質(zhì)量，需要進(jìn)一步增強(qiáng)煤源的管理力度，要在燃煤的整個(gè)流程(包括卸煤、煤場(chǎng)、原煤倉(cāng)、制粉系統(tǒng)等)加強(qiáng)配煤摻燒工作力度。為了提升燃煤質(zhì)量，在進(jìn)行煤源采購(gòu)時(shí)需要確定好具體煤種的灰熔點(diǎn)指標(biāo)，盡可能減少低熔點(diǎn)易結(jié)渣煤質(zhì)的采購(gòu)。同時(shí)也要控制高硫以及粘結(jié)性較強(qiáng)的煤質(zhì)數(shù)量，要從根本上控制住鍋爐燃燒質(zhì)量。另外，要建立并不斷完善入爐煤跟班化驗(yàn)制度，要最大程度確保對(duì)煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。并且要建立起完善的煤質(zhì)臺(tái)賬，確保相關(guān)工作人員能夠第一時(shí)間了解并掌握煤質(zhì)變化情況。同時(shí)能夠按照化驗(yàn)結(jié)果的情況，進(jìn)行鍋爐燃燒情況的優(yōu)化改善，要加強(qiáng)對(duì)燃用低熔點(diǎn)易結(jié)渣煤種的控制力度。除此之外，要對(duì)燃燒情況進(jìn)行必要調(diào)整，保證同一層每一個(gè)燃燒器的出力相同，避免產(chǎn)生貼壁燃燒、缺氧燃燒等問(wèn)題，防止出現(xiàn)鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行的情況，從而降低鍋爐結(jié)焦的問(wèn)題。

(4)進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒器的治理力度，實(shí)施升級(jí)改造。要充分利用停爐檢修的時(shí)機(jī)對(duì)已發(fā)生燒損的燃燒器實(shí)施相應(yīng)維護(hù)，必要情況下對(duì)其進(jìn)行更換，避免已經(jīng)燒損的部分從燃燒器發(fā)生脫落。另外，為了確保燃燒器更加充分的進(jìn)行燃燒，需要對(duì)燃燒器實(shí)施升級(jí)改造，可以在擴(kuò)錐位置設(shè)置可以吸收膨脹形變的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以在燃燒器三次風(fēng)噴口外部增設(shè)擴(kuò)錐，以此來(lái)轉(zhuǎn)變?nèi)物L(fēng)的方向和速度，從而最大程度減少三次風(fēng)氣流貼壁刷墻的情況[3]。

(5)運(yùn)行人員要增強(qiáng)燃燒調(diào)整力度。

第一，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行一次風(fēng)量的調(diào)整，能夠更加有效地完善燃燒器噴口一次風(fēng)速，可以對(duì)著火距離實(shí)施調(diào)節(jié)，可以一定程度上增強(qiáng)一次風(fēng)速。同時(shí)，要加強(qiáng)中上層磨煤機(jī)風(fēng)量的有效控制，確保磨煤機(jī)風(fēng)量偏置控制在-10 m/s之內(nèi)，最大程度減少燃燒器周邊的熱負(fù)荷量，從而降低結(jié)渣以及噴口燒損的概率。

第二，若是鍋爐處在較高負(fù)荷條件下就會(huì)具有較好的燃燒性，此種情況也容易產(chǎn)生結(jié)渣問(wèn)題，所以需要控制好比較低的旋流強(qiáng)度，形成較強(qiáng)的三次風(fēng)門(mén)開(kāi)度。在較低負(fù)荷情況下鍋爐的燃燒不夠穩(wěn)定，所以需要加強(qiáng)旋流強(qiáng)度的控制，從而確保鍋爐的燃燒性能。要按照鍋爐的具體情況加強(qiáng)燃燒器旋流強(qiáng)度的控制力度，實(shí)現(xiàn)較高負(fù)荷來(lái)降低結(jié)渣的情況。對(duì)于中上層燃燒器來(lái)說(shuō)，由于其具有較高的熱負(fù)荷性，屬于避免結(jié)渣以及燒損噴口的關(guān)鍵位置，一定要確保比較低的旋流強(qiáng)度，通過(guò)增加三次風(fēng)門(mén)來(lái)延緩氣流著火，提升燃燒的穩(wěn)定性[4]；對(duì)于下層來(lái)說(shuō)，為了確保燃燒器穩(wěn)定性需要一定程度提升旋流的強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

煤粉鍋爐燃燒器燒損的原因是多方面的，不但會(huì)受到煤質(zhì)的影響，同時(shí)也會(huì)受到鍋爐的結(jié)構(gòu)、燃燒器材質(zhì)等多種因素的影響。所以在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要對(duì)燃燒器燒損原因進(jìn)行仔細(xì)分析，采取針對(duì)性措施對(duì)其進(jìn)行防范，從而保障燃燒器的正常運(yùn)行，保證鍋爐的運(yùn)行質(zhì)量。