李戈，朱海寶，王軍

(1.華電電力科學(xué)研究院材料技術(shù)部， 杭州 310030； 2.哈爾濱熱電廠生產(chǎn)技術(shù)部， 哈爾濱 150046)

0 前言

江蘇某電廠#3機(jī)組檢修期間，在爐膛內(nèi)部進(jìn)行防磨防爆檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)四角燃燒器噴口均存在不同程度的燒損現(xiàn)象，從噴口燒損程度來看，火焰已不能形成理想切角燃燒，燃燒器四周管壁存在吹損、過熱的隱患，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

通過對(duì)停爐前分散控制系統(tǒng)(DCS)運(yùn)行數(shù)據(jù)及相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告等資料的收集，并與電廠相關(guān)運(yùn)行人員進(jìn)行了多方面的溝通，了解機(jī)組運(yùn)行期間爐膛內(nèi)部燃燒情況，從多個(gè)角度分析機(jī)組燃燒器噴口燒損的原因，并對(duì)后期的防治工作提出了一些建議。

1 設(shè)備概況

江蘇某電廠#3鍋爐為660 MW超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行Π型直流爐，設(shè)計(jì)型號(hào)為SG-2024/26.15-M621，采用定-滑-定運(yùn)行方式，單爐膛、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)煤種為淮南煤，校核煤種為淮北煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，每爐配6臺(tái)HP1043型磨煤機(jī)(5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用)，煤粉細(xì)度按200目篩通過量為75%?？諝忸A(yù)熱器進(jìn)風(fēng)加熱方式：熱風(fēng)再循環(huán)。

燃燒器擺動(dòng)時(shí)，在熱態(tài)運(yùn)行中一、二次風(fēng)均可上下擺動(dòng)，最大擺角一次風(fēng)為±20°，二次風(fēng)為±30°。噴口的擺動(dòng)由能反饋電信號(hào)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。油燃燒器的總輸入熱量按20%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(B-MCR)計(jì)算。采用2種點(diǎn)火方式：(1)高能電火花點(diǎn)燃輕油，然后點(diǎn)燃煤粉；(2)微油點(diǎn)火，設(shè)置在最下層燃燒器上。

2 檢修現(xiàn)狀

2.1 燃燒器噴口燒損、變形

該機(jī)組自2009年投運(yùn)，并于2013年大修期間更換過D，E層燃燒器，更換原因是燃燒器噴口變形、損壞。2015年初檢修期間發(fā)現(xiàn)B，C，F(xiàn) 3層燃燒器也普遍出現(xiàn)噴嘴及噴筒變形、燒壞嚴(yán)重的情況，同樣進(jìn)行了更換。通過調(diào)研了解，#4機(jī)組存在同樣的問題，并計(jì)劃于今年大修期間對(duì)部分燃燒器進(jìn)行更換。#3機(jī)組本次更換燒壞的燃燒器如圖1所示。

圖1 燃燒器噴口燒損

檢修期間，對(duì)#3機(jī)組2013年更換的燃燒器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，燃燒器噴口已經(jīng)發(fā)生了明顯的變形，如圖2所示。

圖2 燃燒器噴口變形

表1 水冷壁掛灰、結(jié)焦具體位置

圖5 #2角sofa風(fēng)層噴口左右兩側(cè)區(qū)域水冷壁掛焦情況

另外還發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口存在堵焦、掛焦現(xiàn)象，而且部分二次風(fēng)噴口也已經(jīng)發(fā)生較大變形和斷裂，如圖3所示。

圖3 燃燒器噴口堵焦、掛焦嚴(yán)重

2.2 水冷壁區(qū)域掛灰、結(jié)焦

#3機(jī)組本次檢修期間，對(duì)爐內(nèi)水冷壁區(qū)域進(jìn)行了外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域水冷壁有掛灰、結(jié)焦現(xiàn)象，而且呈相對(duì)集中、對(duì)稱分布。主要位置位于4個(gè)角的D，E，F(xiàn)上3層燃燒器噴口區(qū)域沿煤粉氣流方向至爐墻中部，垂直方向上延伸至緊湊式燃盡風(fēng)(ccofa)風(fēng)層上部邊緣，ccofa風(fēng)層與sofa風(fēng)層之間掛灰結(jié)焦中斷，至sofa風(fēng)層，沿各層風(fēng)門噴口氣流方向至爐墻中部位置又出現(xiàn)掛灰結(jié)焦現(xiàn)象。圖4模擬了爐膛內(nèi)火焰燃燒流場(chǎng)效果圖，結(jié)合模擬效果圖，水冷壁區(qū)域掛灰、結(jié)焦具體位置見表1。

圖4 火焰燃燒模擬流場(chǎng)

由表1可見水冷壁上掛灰、結(jié)焦現(xiàn)象相對(duì)集中，且呈對(duì)稱分布，而且每個(gè)角都發(fā)生在一側(cè)爐墻上，另外一側(cè)爐墻相對(duì)清潔、光滑?，F(xiàn)場(chǎng)拍攝了幾組水冷壁掛灰結(jié)焦圖片，如圖5，圖6所示。

2.3 水冷壁局部鼓包、膨脹

本次檢修期間還發(fā)現(xiàn)該機(jī)組水冷壁上部區(qū)域局部發(fā)生鼓包、膨脹變形，具體位置主要位于爐膛四角區(qū)域水冷壁拐角處冷彎位置一側(cè)，高度基本上在D層燃燒器以上至sofa風(fēng)層，與上述水冷壁掛灰、結(jié)焦位置基本吻合。檢修期間，電廠已對(duì)其中鼓包嚴(yán)重管段進(jìn)行了更換，現(xiàn)場(chǎng)水冷壁鼓包部位如圖7所示。

從圖7中可以看出，鼓包位置分布相對(duì)一致，有一定的規(guī)律性，而且與水冷壁掛灰位置基本吻合，因此我們分析主要是由于水冷壁向火側(cè)局部過熱引起的蠕脹變形。產(chǎn)生局部過熱的原因主要有兩個(gè)方面：一方面，煤粉在燃燒器噴口區(qū)域的提前燃燒，導(dǎo)致燃燒器區(qū)域溫度過高，進(jìn)而對(duì)該區(qū)域水冷壁造成較強(qiáng)的熱輻射，從而產(chǎn)生局部過熱；另一方面，爐內(nèi)流場(chǎng)的紊亂，燃燒層切圓直徑的擴(kuò)大以及sofa風(fēng)層不具備反切的效果，導(dǎo)致了煤粉的刷墻、掛灰，進(jìn)而導(dǎo)致水冷壁溫度的升高[1]。

圖6 #3角D，E層燃燒區(qū)域B側(cè)墻水冷壁掛焦情況

圖7 水冷壁發(fā)生鼓包的位置

可以推斷目前該機(jī)組在燃燒方式及配風(fēng)方式上存在一定的問題，而燃燒器噴口燒損變形會(huì)導(dǎo)致火焰流場(chǎng)發(fā)生改變，進(jìn)而加劇爐墻掛灰、結(jié)焦以及管壁鼓包現(xiàn)象。

3 原因分析

根據(jù)檢修期間發(fā)現(xiàn)的爐膛內(nèi)部現(xiàn)狀，從機(jī)組入爐煤質(zhì)、燃燒器結(jié)構(gòu)、燃燒方式及配風(fēng)方式等幾個(gè)方面進(jìn)行原因分析[2]。

3.1 機(jī)組入爐煤質(zhì)

從電廠調(diào)取了該機(jī)組停爐前近6個(gè)月的入爐煤煤質(zhì)分析報(bào)告，報(bào)告顯示該機(jī)組燃燒煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)相當(dāng)，燃燒煤種為淮北煤，并進(jìn)行了少許摻燒，但是揮發(fā)分含量比較高，爐內(nèi)燃燒時(shí)容易提前燃燒、燒損燃燒器噴口，運(yùn)行中可以適當(dāng)增大一次風(fēng)量和燃料風(fēng)量。

3.2 燃燒器結(jié)構(gòu)

該機(jī)組燃燒器采用的低氮同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS技術(shù))，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是多層布置，多層燃燒，同層可調(diào)，在控制低氮燃燒與防止高溫腐蝕方面，技術(shù)比較落后，與現(xiàn)代流行的水平/垂直濃淡低氮燃燒器相比，該系統(tǒng)主要通過分層燃燒來降低NOx排放，在NOx排放指標(biāo)上雖然達(dá)到可控，但是該燃燒系統(tǒng)在煤粉燃燒層上部設(shè)置了5層sofa風(fēng)道和2層coofa風(fēng)道，如果單純追求NOx排放指標(biāo)，勢(shì)必造成下層燃燒器二次風(fēng)量不足，煤粉在下層欠氧燃燒，火焰中心上移，爐膛上部局域熱負(fù)荷變大，進(jìn)而導(dǎo)致壁溫超溫、高溫腐蝕等現(xiàn)象的發(fā)生。

建議適當(dāng)關(guān)小sofa風(fēng)及coofa風(fēng)門開度，適當(dāng)調(diào)大下層輔助風(fēng)機(jī)周界風(fēng)門開度，同時(shí)建議二次風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)由同層控制改為單獨(dú)控制。

3.3 配風(fēng)方式

3.3.1 一次風(fēng)量不足

通過調(diào)研了解，該機(jī)組投運(yùn)后，省電科院進(jìn)行過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，其中在試驗(yàn)報(bào)告中關(guān)于變一次風(fēng)量的燃燒調(diào)整試驗(yàn)結(jié)論是這樣的：降低一次風(fēng)量，加快一、二次風(fēng)摻混，同時(shí)降低一次風(fēng)機(jī)電流，從而調(diào)高鍋爐熱效率；單純從鍋爐熱效率方面考慮，這樣做是可以的，但是考慮到入爐煤的品質(zhì)，揮發(fā)分近30%，燃點(diǎn)很低，降低一次風(fēng)量勢(shì)必將著火提前，縮短了燃燒距離，擴(kuò)大了爐膛火焰中心，燃燒器噴口附近溫度過高，從而發(fā)生熱變形。噴嘴變形進(jìn)一步導(dǎo)致噴嘴面積變大，一次風(fēng)速降低，一次風(fēng)量不足。從上圖中可以看出，在噴筒中已有嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象。

3.3.2 一次風(fēng)速顯示不準(zhǔn)

通過與電廠運(yùn)行人員溝通得知，當(dāng)磨煤機(jī)一次風(fēng)門開度開到10%左右時(shí)，一次風(fēng)量即達(dá)到140 t/h，可見一次風(fēng)量調(diào)節(jié)存在很大偏差，運(yùn)行人員基本處于“盲調(diào)”。另外，機(jī)組自投運(yùn)以來，只是在2009年進(jìn)行過熱態(tài)一次風(fēng)速標(biāo)定，之后機(jī)組經(jīng)過幾年的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而且于2013年進(jìn)行過燃燒器的更換，期間并沒有再對(duì)在線風(fēng)速進(jìn)行過標(biāo)定，所以DCS顯示在線風(fēng)速及一次風(fēng)量是否準(zhǔn)確值得商榷。

建議電廠進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力廠試驗(yàn)，重新對(duì)一次風(fēng)量及一次風(fēng)速進(jìn)行標(biāo)定及調(diào)平。

3.3.3 燃料風(fēng)不足

同樣在江蘇省國(guó)網(wǎng)電科院的燃燒調(diào)整試驗(yàn)報(bào)告中，關(guān)于變周界風(fēng)的調(diào)整試驗(yàn)結(jié)論為：適當(dāng)關(guān)小周界風(fēng)開度，鍋爐熱效率將會(huì)提高，NOx排放濃度降低，并建議周界風(fēng)門開度保持在25%～30%之間。對(duì)于燃燒貧煤或者無煙煤的鍋爐來說，適當(dāng)關(guān)小甚至全關(guān)周界風(fēng)門開度，可以減少一次風(fēng)的剛性，擴(kuò)大切圓直徑，同樣可以降低NOx排放。但是根據(jù)該機(jī)組入爐煤質(zhì)，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卣{(diào)大周界風(fēng)門開度，用以推遲著火。因此25%～30%的風(fēng)門開度是否較小，是否還有上調(diào)的空間，有待于熱態(tài)進(jìn)一步觀察。

3.4 燃燒器材質(zhì)變化

與電廠人員了解，更換后的燃燒器噴嘴及噴筒在結(jié)構(gòu)和尺寸上沒有變化，只是改變了選用材質(zhì)。通過對(duì)原廠燃燒器噴嘴及2013年更換的噴嘴的燒壞變形情況進(jìn)行對(duì)比，如圖8所示，可以看出原廠的燃燒器噴嘴經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間煤粉沖刷及過燒后發(fā)生嚴(yán)重磨損，但是變形量小，材質(zhì)具有較強(qiáng)的耐熱性，但是耐磨性較差，而2013年更換的噴嘴經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，磨損較輕，但是已經(jīng)明顯在熱應(yīng)力作用下發(fā)生塑性變形，材質(zhì)具有較強(qiáng)的耐磨性，但是耐熱性較差。

建議電廠在燃燒器材質(zhì)選擇上統(tǒng)籌考慮耐熱、耐磨性能。

3.5 爐內(nèi)流場(chǎng)紊亂

通過對(duì)爐內(nèi)水冷壁掛灰、結(jié)焦位置的分析，我們可以推斷，鍋爐熱態(tài)運(yùn)行時(shí)爐內(nèi)流場(chǎng)紊亂；下部煤粉層與上部sofa風(fēng)層掛灰位置一致，說明了下部煤粉燃燒層切圓過大，而上部sofa風(fēng)層沒有起到反切消旋的作用[3]。

同時(shí)，我們調(diào)出了機(jī)組停爐前的DCS數(shù)據(jù)，通過對(duì)機(jī)組A，B兩側(cè)過熱器、再熱器減溫水量可以看出，A側(cè)過熱器一級(jí)減溫水量遠(yuǎn)大于B側(cè)過熱器一級(jí)減溫水流量，A側(cè)再熱器減溫水量大于B側(cè)再熱器減溫水量，說明機(jī)組A，B兩側(cè)存在較大的煙溫偏差，也印證了sofa風(fēng)層沒有起到反切、調(diào)節(jié)煙溫的功能。

另一方面，通過與電廠人員的了解，該機(jī)組自投運(yùn)以來，甚至在2013年更換燃燒器以后，沒有進(jìn)行過動(dòng)力場(chǎng)調(diào)整試驗(yàn)，這也是造成爐內(nèi)流場(chǎng)紊亂的一個(gè)重要原因[4-5]。

建議重新做冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)調(diào)整，調(diào)整燃燒器及各二次風(fēng)噴口擺角，適當(dāng)降低下部一次風(fēng)切圓，避免水冷壁掛灰、結(jié)焦。

圖8 原廠燃燒器噴嘴與2013年更換的噴嘴燒壞變形對(duì)比

4 結(jié)論

(1)該機(jī)組燃燒煤質(zhì)揮發(fā)分含量比較高，爐內(nèi)燃燒時(shí)容易提前燃燒并燒損燃燒器，可以適當(dāng)增大一次風(fēng)量和燃料風(fēng)量。

(2)DCS系統(tǒng)部分測(cè)點(diǎn)不準(zhǔn)確，建議對(duì)一次風(fēng)量及一次風(fēng)速重新進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)平。

(3)燃燒器材質(zhì)選材上不能兼顧材料的耐磨、耐熱性能，建議電廠可以重新選材。

(4)爐內(nèi)流場(chǎng)比較紊亂，煤粉燃燒層切圓變大，sofa風(fēng)層反切效果不明顯，造成煤粉刷墻、掛灰，建議進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。

(5)水冷壁局部已發(fā)生鼓包現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督，防止爆管事故的發(fā)生。

(6)目前機(jī)組雖然不存在水冷壁高溫腐蝕的問題，但是存在隱患，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督，注意運(yùn)行中氧量的控制及分配，同時(shí)加強(qiáng)入爐煤的管理。

[1]黃立,高小濤.火電廠鍋爐燃燒器燒損的試驗(yàn)研究[J].電力建設(shè),2002,23(6):48-50.

[2]郎巖,樊偉,董建勛.華能營(yíng)口電廠鍋爐燃燒器燒損的原因分析與解決措施[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,6(4):4-5.

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[4]張強(qiáng).綏電燃燒器燒損原因及處理[J].東北電力技術(shù),2001,22(6):11-13.

[5]焦偉營(yíng),雷先鋒.鍋爐煤粉燃燒器燒損原因分析及防止措施[J].廣西電業(yè),2011(11):88-89.