電廠鍋爐燃燒器燒損事故的原因研究

山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司 馬海軍

電廠鍋爐指的是電廠用來發(fā)電的鍋爐，通常分為煤粉爐與循環(huán)流化床鍋爐兩大類，具備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率高等特點(diǎn)。電廠鍋爐在實(shí)際運(yùn)行過程中易出現(xiàn)一些事故問題，進(jìn)而影響鍋爐的正常、安全運(yùn)行。如：電廠煤粉爐易出現(xiàn)燃燒器燒損事故問題，需在了解設(shè)備工況、燃燒器燒損情況的基礎(chǔ)上分析燒損的原因，并給出有效的解決對策。

電廠鍋爐燃燒器燒損會影響電廠鍋爐的正常、安全運(yùn)行，進(jìn)而影響電廠鍋爐工作效率及質(zhì)量的提升。因此有必要深入分析電廠鍋爐燃燒器燒損事故發(fā)生的原因，采取有效預(yù)防處理對策，提升電廠鍋爐運(yùn)行質(zhì)量及安全性。本文以電廠燃燒鍋爐工作原理為切入點(diǎn)，進(jìn)一步結(jié)合具體案例，對典型鍋爐燃燒器燒損的實(shí)際情況、原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)預(yù)防處理對策，以及電廠鍋爐燃燒器檢修質(zhì)控策略。

1 電廠燃燒鍋爐工作原理概述

電廠相關(guān)操作工作人員，基于鍋爐操作期間需熟悉電廠鍋爐的基本工作原理，充分熟悉材料相關(guān)要素，包括材料輸送、材料動能與熱能燃燒方式的選擇、燃燒能量的轉(zhuǎn)化等。電廠鍋爐運(yùn)行的基本原理為：電廠相關(guān)操作人員負(fù)責(zé)煤炭等材料的選擇，利用相關(guān)機(jī)械設(shè)備把材料輸送至設(shè)備以后，通過燃燒的模式使煤炭等材料基于電廠鍋爐爐膛內(nèi)進(jìn)行劇烈地燃燒，以此使材料的化學(xué)能得到有效產(chǎn)生，進(jìn)一步使材料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成所需熱能與動能，為其他相關(guān)汽輪機(jī)設(shè)備提供所需能量。值得注意的是，將構(gòu)成電機(jī)運(yùn)行除外，采取上述方式轉(zhuǎn)化形成的熱能效率頗高。

在電廠鍋爐燃燒過程中，需對煤炭等材料的各種復(fù)雜成分合理利用，在化學(xué)反應(yīng)以后，使溫度極高的煙氣有效構(gòu)成，由煙氣形成的大量熱能煙氣基于運(yùn)行過程中在電廠的鍋爐內(nèi)部運(yùn)作，把爐溫溫度偏高的熱氣部分通過鍋爐再熱加熱處理之后，形成的高溫?zé)煔庖詿崃康膫鬟f能力為依據(jù)，使處于工作狀態(tài)的部件在逐步傳遞煙氣的情況下，經(jīng)持續(xù)高溫加熱，將熱量輻射出來，對流換熱以后產(chǎn)生一定的壓力、水蒸氣等。在水蒸氣流進(jìn)的基礎(chǔ)上，利用汽輪機(jī)進(jìn)行氣噴嘴使水蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化成動能，使汽輪機(jī)正常運(yùn)作。值得注意的是，所產(chǎn)生的水蒸氣能夠在煙氣當(dāng)中，在熱量吸收的作用向汽輪機(jī)部分傳遞，并在轉(zhuǎn)化水蒸氣里面的熱能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將一定的電能產(chǎn)生出來。

此外，值得注意的是，對于火力發(fā)電鍋爐來說，由于受到強(qiáng)制循環(huán)作用影響，使得和別的鍋爐內(nèi)部形成的工作物質(zhì)存在明顯的差異?；趦?nèi)部循環(huán)驅(qū)動力作用條件下，外部循環(huán)泵才能夠處于正常穩(wěn)定且安全性的工作狀態(tài)當(dāng)中。

2 電廠鍋爐燃燒器燒損事故的實(shí)際情況及原因分析

2.1 案例分析

本次以某電廠的1000MW級燃煤鍋爐為例，采取前后墻對沖燃燒模式，前、后各為3層，每層配置煤粉燃燒器各8支?？紤]到油耗能夠有效節(jié)省，對鍋爐燃燒器點(diǎn)火系統(tǒng)采取了改造措施，即：前墻底層改成采取等離子點(diǎn)火模式，后墻底層則采取微油點(diǎn)火模式。然而，基于鍋爐第一次點(diǎn)火之后，至吹管完成大概1個(gè)星期的時(shí)間當(dāng)中，整層煤粉燃燒器都出現(xiàn)了燒損事故。在燃燒器燒損的情況下，使檢修工作量及成本大大增加，同時(shí)使鍋爐內(nèi)燃燒工況受到嚴(yán)重破壞，進(jìn)而引發(fā)水冷壁結(jié)焦及高溫腐蝕等一系列問題，進(jìn)而使鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及安全性受到很大程度的影響。為了解決此類問題，便需對發(fā)生燒損事故的原因進(jìn)行深入分析。

2.2 鍋爐設(shè)備及燃燒器燒損情況分析

在鍋爐設(shè)備方面，屬于高效超臨界參數(shù)變壓直流爐，并且屬于全懸吊結(jié)構(gòu)II型鍋爐，采取固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)、一次再熱作業(yè)模式；在燃燒器燒損情況方面，站在燒損前采取等離子點(diǎn)火啟動，運(yùn)行一段時(shí)間后，燃燒器的外筒壁溫度從230℃快速上升到大概1300℃，導(dǎo)致等離子發(fā)生器出現(xiàn)斷弧停運(yùn)的狀況，經(jīng)分析判斷發(fā)現(xiàn)此燃燒器被燒毀。

2.3 發(fā)生燒損事故的原因分析

針對上述電廠鍋爐燃燒器燒損事故，從以下方面進(jìn)行了原因分析：

燒損之后及時(shí)采取了一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)顯示：等離子點(diǎn)火層的一次風(fēng)管（8支），在風(fēng)壓偏差上均比較小，不需要調(diào)平處理；由此可知燃燒器燒損和一次風(fēng)調(diào)平?jīng)]有關(guān)系。

在DCS燒損燃燒器壁歷史曲線分析方面，發(fā)現(xiàn)外筒由于比內(nèi)筒更加靠近爐膛，從而呈現(xiàn)更高的溫度，即外筒壁溫曲線位置相對更高?；谌紵鳠龘p過程角度來看在0點(diǎn)左右，燃燒器出現(xiàn)了回火狀況，導(dǎo)致內(nèi)筒與外筒熱負(fù)荷同時(shí)發(fā)生驟然上升的情況，進(jìn)而使壁溫突然上升，導(dǎo)致等離子發(fā)生斷弧的狀況。在斷弧之后，煤粉氣流不會受到等離子弧高溫火核影響而被點(diǎn)燃，最終的燃煤粉經(jīng)內(nèi)筒被冷卻，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)筒溫度突然降低；這個(gè)時(shí)候外筒與爐膛接近，但依舊在回火的范圍當(dāng)中，因此在沒有獲得充分冷卻的情況下而發(fā)生降溫的情況。斷弧之后，在短暫的時(shí)間范圍內(nèi)內(nèi)筒壁溫度再次出現(xiàn)突然上升的情況，從中可知燃燒器回火火焰再一次覆蓋到內(nèi)筒部位。最終受到冷卻風(fēng)閥與二次風(fēng)通風(fēng)的影響，導(dǎo)致燃燒器壁溫降低。

結(jié)合以上分析不難發(fā)現(xiàn)，在回火的影響下導(dǎo)致燃燒器燒損。從回火發(fā)生的機(jī)理層面分析即：火焰面?zhèn)鞑ニ俣缺蕊L(fēng)粉氣流流動速度更大，進(jìn)一步使燃燒過程中，朝燃燒器內(nèi)部發(fā)展。當(dāng)然，使燃燒器出現(xiàn)回火的原因諸多，總結(jié)起來，包括：此次所使用的燃燒器二次風(fēng)分為兩類，一種是內(nèi)二次風(fēng)，另外一種是外二次風(fēng)，也稱“旋流風(fēng)”。在旋流風(fēng)的旋流強(qiáng)度增大的情況下，即旋流風(fēng)開度處于偏小狀況，高溫回流區(qū)會朝內(nèi)延伸，進(jìn)而導(dǎo)致回火更加嚴(yán)重；如果回流火焰靠近燃燒器噴口，易使燃燒器壁溫出現(xiàn)超限的情況，進(jìn)而導(dǎo)致被損壞；因煤粉燃燒器旋流風(fēng)兩個(gè)開度值，即為燃油開度與燃煤開度，在投粉狀態(tài)下即轉(zhuǎn)換至燃煤開度進(jìn)行運(yùn)作。當(dāng)旋流風(fēng)門選擇氣動門，倘若傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障導(dǎo)致旋流風(fēng)開度偏低，便易使相對應(yīng)燃燒器旋流風(fēng)強(qiáng)度增高，在回流嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致燃燒器被燒損。

3 相關(guān)預(yù)防處理對策分析

為了使電廠鍋爐燃燒器燒損事故的發(fā)生得到有效預(yù)防控制，則有必要重視預(yù)防處理措施的實(shí)施?？偨Y(jié)起來，具體預(yù)防處理措施如下。

3.1 合理安裝燃燒器設(shè)備

在燃燒器內(nèi)筒與外筒熱電偶溫度探頭安裝過程中，需對其安裝位置加以明確，確保可以將燃燒器套筒整體溫度情況如實(shí)反映出來[1]。比如，對于測點(diǎn)位置需與爐膛側(cè)靠近；與此同時(shí)合理增設(shè)熱電偶的數(shù)量；可以基于膨脹縫分割開的每一段筒體外壁將探頭安裝設(shè)置好，使由于分膨脹縫導(dǎo)致導(dǎo)熱受到影響的狀況避免出現(xiàn)。如此，燃燒器內(nèi)、外套筒金屬溫度能夠獲得有效監(jiān)控；倘若有超溫狀況發(fā)生則落實(shí)有效處理策略，比如可以增設(shè)一次風(fēng)壓或使等離子功率減弱，亦或?qū)πD(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速進(jìn)行降低處理，以此使燃燒器燒損事故的發(fā)生得到有效預(yù)防控制。

3.2 在線監(jiān)測進(jìn)入爐膛相關(guān)參數(shù)值

基于8支等離子燃燒器一次風(fēng)管道當(dāng)中，進(jìn)行文丘里管的安裝，然后對進(jìn)入爐膛前一次風(fēng)粉氣流的流速及流量進(jìn)行在線監(jiān)測，倘若其中的一支或者若干支管道的流速、流量呈現(xiàn)偏低的情況，則需落實(shí)有效處理對策，比如使一次風(fēng)壓增加，使燃燒器燒損事故的發(fā)生得到有效預(yù)防控制。此外，在全部管道流量及流速恢復(fù)到正常值之后，再執(zhí)行運(yùn)行作業(yè)[2]。

3.3 定期校準(zhǔn)旋流風(fēng)門閥位，做好結(jié)焦處理

一方面，對旋流風(fēng)門閥位進(jìn)行定期校對處理，保證其實(shí)際開度和DCS制定開度保持一致性，避免由于旋流風(fēng)門開度偏低、旋流強(qiáng)度偏高導(dǎo)致回流區(qū)偏大的狀況出現(xiàn)。另一方面，如果燃燒器噴口位置發(fā)生結(jié)焦，需第一時(shí)間增設(shè)一次風(fēng)量并降低煤量；在必要條件下，采取暫停鍋爐運(yùn)行進(jìn)行清理作業(yè)的措施，以此避免煤粉氣流基于燃燒器內(nèi)發(fā)生劇烈燃燒情狀況的發(fā)生，進(jìn)而使燃燒器被燒損事故的發(fā)生得到有效預(yù)防控制[3]。

4 電廠鍋爐燃燒器檢修質(zhì)控策略分析

如前所述，對電廠鍋爐燃燒器燒損事故的相關(guān)預(yù)防處理對策有了一定程度的了解。而從電廠鍋爐燃燒器檢修工作質(zhì)量水平全面提升角度考慮，則需落實(shí)有效的質(zhì)控策略?？偨Y(jié)起來，具體質(zhì)控策略如下。

4.1 檢修準(zhǔn)備環(huán)節(jié)質(zhì)控

基于檢修準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，相關(guān)檢修工作人員需將檢修工作所需的各類工具、材料、照明設(shè)備準(zhǔn)備好，然后在檢修區(qū)域范圍內(nèi)將防火棚蓬布鋪設(shè)好。與此同時(shí)，需將檢修設(shè)備電源線敷設(shè)完好，將腳手架等裝置搭設(shè)好之后，以檢修現(xiàn)場的具體情況為依據(jù)，對焊機(jī)的位置充分明確。并且，針對上述設(shè)備及裝置的穩(wěn)固性、安全性實(shí)施安全檢查，并確保合格之后，需將外圍保溫棉拆除，然后實(shí)施檢修作業(yè)[4-5]。在拆除鍋爐燃燒器過程中，基于一次風(fēng)筒作業(yè)期間，相關(guān)檢修工作人員需利用槽鋼材料（12#規(guī)格），對煤粉管進(jìn)行加固處理，同時(shí)實(shí)施有針對性的防護(hù)干預(yù)，并動態(tài)監(jiān)測煤粉管的具體位置，確保能夠?qū)γ悍酃芪恢米兓膶?shí)時(shí)情況詳細(xì)掌握。在煤粉管加固施工完成之后，相關(guān)檢修工作人員需拆除一次風(fēng)筒的中心連接彎頭。

4.2 檢修作業(yè)環(huán)節(jié)質(zhì)控

基于作業(yè)期間，需以“先上后下”的順序針對連接彎頭部位的螺栓進(jìn)行拆解處理，將連接彎頭移除之后，需將施工現(xiàn)場留下的洞口封堵好[6-7]。在拆解風(fēng)筒當(dāng)中的中心密封圈時(shí)，需采取氧氣炔火焰切割設(shè)備進(jìn)行切割操作，同時(shí)采取環(huán)鏈葫蘆設(shè)備將風(fēng)筒抽出，并在平臺上放置好。倘若錐形擴(kuò)散器當(dāng)中的風(fēng)筒部分需更換處理，相關(guān)檢修工作人員可采取等離子切割設(shè)備對其卡槽外部進(jìn)行切割處理，取出之后對擴(kuò)散器設(shè)備進(jìn)行更換檢修，然后恢復(fù)卡塊的位置，進(jìn)一步使用焊接方式使其充分固定。

基于鍋爐燃燒器分離板變形位置校正過程中，需及時(shí)更換脫落的部分。基于檢修期間需及時(shí)更換風(fēng)筒，相關(guān)檢修工作人員需結(jié)合實(shí)際磨損、變形情況，對更換的位置充分明確。倘若檢修過程，需更換風(fēng)筒前部，相關(guān)檢修工作人員需利用等離子切割設(shè)備對風(fēng)筒前部進(jìn)行切除處理，然后針對開出坡口打磨、清理處理，在金屬光澤露出來之后，進(jìn)一步對更換部分進(jìn)行焊接牢固處理。

4.3 其他作業(yè)質(zhì)控

基于焊接期間需對焊接的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，比如嚴(yán)格控制收弧、接頭焊接質(zhì)量等[8-9]?；谑栈∵^程中，需確保熔池填滿。倘若需針對風(fēng)筒實(shí)行整體更換處理，相關(guān)檢測工作人員需基于廠內(nèi)對原風(fēng)筒拆除之后的放置位置充分明確，并對更換部件的安裝位置充分明確，進(jìn)一步嚴(yán)格檢查風(fēng)筒設(shè)備焊接部位，保證表面無質(zhì)量缺陷，在嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)操作的基礎(chǔ)上，使新部件的更換、安裝質(zhì)量得到有效保障。

5 結(jié)語

電廠煤粉燃燒器燒損的原因需具體情況具體分析，本次研究發(fā)現(xiàn)發(fā)生回火是導(dǎo)致電廠鍋爐燃燒器燒損的主要原因，因此需合理安裝燃燒器設(shè)備，對進(jìn)入爐膛相關(guān)參數(shù)值進(jìn)行在線監(jiān)測，并采取有效處理措施；同時(shí)，定期校準(zhǔn)旋流風(fēng)門閥門，針對結(jié)焦現(xiàn)象做好相應(yīng)的處理，以此使燃燒器燒損事故的發(fā)生得到有效預(yù)防控制，進(jìn)一步保證電廠鍋爐運(yùn)行的可靠性及安全性。