660MW燃油鍋爐試運行常見問題分析

摘 要：沙特某電站燃油鍋爐作為國內自主設計的首臺大容量重油鍋爐，其在試運行過程中出現了鍋爐振動、懸掛屏過熱器爆管等問題，本文主要針對試運行中出現的問題進行分析并提出優化方案。

關鍵詞：燃油鍋爐；重油；爆管；振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.064

1 燃油鍋爐簡介

1.1 鍋爐本體

中東某項目2×660MW 亞臨界燃油機組鍋爐是東方鍋爐廠自主設計的首臺大容量前后墻燃燒的重油鍋爐，鍋爐主要特點如下：

鍋爐為亞臨界參數、自然循環、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、再熱汽溫采用煙氣再循環調節、平衡通風、單爐膛背靠背型露天布置的汽包鍋爐。

鍋爐爐膛呈長方形，燃燒器采用了前后墻對沖分級燃燒技術。在省煤器出口與空預器入口之間的煙道上抽出部分煙氣，通過再循環風機重新送入爐膛底部進行煙氣再循環。再熱蒸汽溫度主要通過煙氣再循環調節。

過熱器及再熱器受熱面主要采用了對流型布置 ， 這種布置方式使煙氣再循環對汽溫調節的靈敏度更高。過熱器受熱面由四部份組成，其中一部分是前豎井煙道蒸汽吊掛管和前屏、頂棚、后豎井煙道兩側包墻、頂包墻及后包墻。

1.2 燃燒器

燃燒設備主要由重油燃燒器、輕油點火器、大風箱、風門執行器、及爐前油系統組成。

大風箱采用分隔式風箱結構，燃燒器均勻分布在各層大風箱內。每個燃燒器有一上獨立的配風口；從空氣預熱器來的熱風從燃燒器的尾部，進入圓柱形燃燒器，熱風在燃燒器內部沿圓柱的周向分為兩股風，外圓周部分為二次風，內圓周部份為一次風。在一次風出口處還布置有一次風的穩燃環，其作用主要用于重油的著火與穩定燃燒。燃燒器的一次風、二次風的比例和穩燃器的位置設計為固定式。

燃燒器分四層布置有前后墻上，每層6只，共48只燃燒器。燃燒器層間距3800mm，列間距2590.8mm；燃燒器上方布置一層燃盡風。

鍋爐設計油種為沙特380CST重油。重油通過蒸汽加熱器進行爐前加熱，重油槍采用蒸汽霧化的方式，設計的重油粘度為15CST。

1.3 鍋爐煙氣再循環系統

本電站鍋爐設置煙氣再循環系統，主要用于調節再熱蒸汽溫度，該系統將部分煙氣從省煤器出口重新引入爐膛下部，增加對流受熱面的吸熱。

擋板1作為煙氣關斷用，用于切斷進入再循環系統的煙氣。當風機啟動時全開，當再循環風機停運時，它自動關閉。

擋板2為再循環風機自帶的進口調節門。

擋板3作為煙氣關斷用，當風機啟動時全開，停運時關閉。

擋板4作為煙氣關斷用，當風機停運時，擋板 4 應自動關閉，防止煙氣倒灌。風機開啟時，自動打開。

擋板5是熱風道連接至再循環煙道上的密封風的擋板。

2 重油定義及燃燒特點

2.1 重油的定義

重油屬重質燃料油，它是石油、油頁巖或煤制石油工業中提煉汽油、煤油、柴油及化工原料后剩余產物，重油的性質決定了原油品質、煉制方法等。具有密度和粘度大，燃點和閃點較高而不易揮發，碳氫含量高、灰分和水分含量少、發熱量高等特點。

粘度表示燃油流動性能的好壞，是重油最重要的質量指標和使用性能指標，粘度越大，霧化效果越差，燃燒工況越差；而隨著溫度的升高，重油粘度逐漸減小，因而高粘度的油為了順利的霧化和燃燒必須進行加熱升溫。一般情況下，機械式霧化燃燒器，其噴嘴前的推薦燃油粘度為2.5—3.5“E；空氣霧化燃燒器推薦燃油粘度3.0-4.5“E；蒸汽霧化噴嘴推薦粘度為4.5--5.8“E。

2.2 重油燃燒的特點

重油燃燒是在汽態下進行的，燃油鍋爐通過油噴嘴將具有一定壓力和溫度的重油霧化成細小的油滴噴入爐膛，然后在爐膛中邊蒸發，邊與空氣融合燃燒。

根據基本的燃燒原理，優化重油燃燒工況的主要有以下兩種方法：

（1）提高霧化質量：通過預熱、加壓、蒸汽霧化等方式提高油槍霧化質量，從而有利于重油與空氣的均勻混合，從而改善燃燒工況，加速燃燒并減少不完全燃燒損失；

（2）預熱和旋轉空氣：預熱空氣一方面可以降低反應活化能，改善重油的著火條件； 另一方面可以提高燃燒溫度，有助于實現完全燃燒。旋轉空氣可以加強油與氣的混合，實現均勻燃燒，減少析碳和有害氣體的排放，還可增加徑向氣體動量，有利于穩定燃燒火焰。

3 鍋爐運行常見問題及優化分析

3.1 鍋爐振動及改造

本電站#1鍋爐在首次啟動時，即發生鍋爐振動；后經試驗證明，當時同時存在水平煙道振動和鍋爐本體振動。

3.1.1 運行調整對鍋爐振動的影響

（1）變重油溫度試驗。燃燒器設計的重油粘度為15CST，在沙特380CST重油油質下對應的油溫在140℃左右。試運行中，重油溫度一般都在136℃以上，但鍋爐振動狀況無明顯改善。后經某研究院同意，進行降低重油溫度試驗后發現，降低重油溫度后鍋爐燃燒變差，但是鍋爐穩定運行的負荷卻得到很大的提高；油溫恢復后，鍋爐穩定運行負荷明顯降低；重油溫度對振動的影響明顯。

降低油溫能夠有效地提高鍋爐穩定運行的負荷，主要是隨著油溫的降低，使得燃燒器出口的燃油不能立即充分燃燒，燃燒推遲，在燃盡風量比較充足情況下，一部份未燃盡的燃料在燃盡風區域繼續燃燒，有效降低了主燃燒區域的熱量，推遲了振動的發生。但是，油溫過低將導致尾部炭黑含碳量大幅升高，容易造成二次燃燒及空預器的沾污腐蝕，危及鍋爐的安全運行。

（2）燃油霧化蒸汽壓力試驗。機組首次啟動，霧化蒸汽壓力按照1.2MPa運行，第二次啟動后霧化蒸汽按照設計值0.83MPa運行，兩次振動負荷接近，霧化蒸汽壓力對其影響不明顯。后期，在負荷穩定地情況下，進行了霧化蒸汽升壓實驗，壓力由0.85MPa提升至1.2MPa，負荷336MW，提升過程中未發生振動；后維持蒸汽壓力，升負荷至410MW發生振動，振動負荷較實驗前未有提升；霧化蒸汽壓力對振動無影響。

（3）變燃盡風量試驗。燃盡風是調整鍋爐配風的一種重要手段，在常規的調試中一般通過調整燃盡風來調節主燃燒區的風量和上部風量的比例，從而達到調整氮氧化物的目的。試驗過程中，通過關小燃盡風擋板增大爐膛下部的風量來強化爐內的燃燒，但試驗證明這并不能改善振動，反而通過加大燃盡風量，減小爐膛下部風量使之處于欠氧燃燒狀態，加強燃盡風區域的燃燒更能提高鍋爐穩定運行的負荷。

從試驗結果來看，在500MW負荷下，70%OFA開度的振幅相對于60%OFA開度振幅得到了明顯的改善。這說明增大OFA風量有助于改善爐膛的溫度，OFA風量越大，爐膛溫度就相對越低，鍋爐振動的負荷點就越高。但是，在低負荷時燃盡風開度不宜開得過大，應保證燃燒穩定。

（4）其他試驗。在振動處理過程中，通過現場試驗證明鍋爐振動受爐膛負壓波動、氧量大小等運行參數影響較小。

3.1.2 鍋爐振動原因及改造方案

本電站燃油鍋爐尾部煙道振動通過煙道內安裝隔板和導流板改造解決；鍋爐本體振動，通過多次實驗和數據分析，認為引起鍋爐振動根本原因為熱驅動型熱聲振動和燃燒自激型熱聲振動。

（1）在燃燒器-爐膛系統中，爐膛內煙氣溫度1400-1600℃，而燃燒器內空氣溫度80-300℃，構成較大系統溫差，存在熱聲不穩定的驅動力，易受到熱聲振動的影響。項目通過在燃燒器和燃盡風筒體內增加的阻尼管、改造進風口、增加反射罩，在大風箱內加裝帶有吸音材料的多孔板，來減少入爐聲波，徹底消除熱驅動型熱聲振動。

（2） 本電站鍋爐采用采用旋流燃燒方式，其流動處于湍流區域，當燃燒室內初始壓力、速度由于某些原因產生脈動，這一脈動將會激發一系列的脈動、聲音和波動，進而影響整個燃燒室聲場。當相位符合瑞利準則時，鍋爐本體即出現持續的自激諧振蕩。

項目通過拆除燃燒器出口的隔板，防止隔板后面產生的渦流；割除燃燒器一次風穩燃器的穩燃環，減少渦脫落引起的振動；將油槍與穩燃器向前推進 30mm左右，設置拉桿，以便對穩燃器進行調節；增設一次風可調節檔板，調節每一只燃燒器一、二次風的風量分配等改造，有效消除了燃燒自激型熱聲振動。

3.2 吊掛屏過熱器爆管

本電站鍋爐在試運行期間爆管四次，爆管位置都在吊掛屏過熱器。通過對吊掛管取樣、金相分析、垢成分分析，最終認定管內磷酸鹽鐵垢、振動實驗導致燃燒延遲造成局部熱負荷過高、吊掛屏過熱器旁通管流量設計不合理等是導致吊掛管爆管的根本原因。后期通過升級吊掛管屏管的管材、全部封堵旁通管、加強運行水質監督（控制磷酸根的濃度小于0.3mg/L、Na+小于3 ppb）、汽包正常控制水位由0mm調整至-100mm運行等方式，有效解決了爆管問題。

3.3 煙氣循環風機運行方式優化

本電站鍋爐再熱汽溫除燃燒調整外，主要靠煙氣再循環進行調節。煙氣再循環風機存在工頻與變頻兩種調節方式，當采取變頻運行方式時，擋板開度70%，轉速調節對于再熱汽溫的調節效果不明顯，且低轉速極易發生煙氣倒流，燒壞調節擋板，造成設備損壞。

經過調試、運行試驗，最終確定將轉速定于550r/min至650r/min，用煙氣擋板進行工頻調節，再熱汽溫調節效果明顯且煙再出口溫度明顯下降，煙氣不發生倒流。

3.4 汽包水位控制優化

燃油相對與燃煤燃燒速度快，對風量的變化反應靈敏。在正確安裝水位計的情況下，水位的偏差基本上是由于燃燒工況引起的。要消除燃燒工況對汽包水位的影響，首先要保證油槍的清潔度，以保持槍前油壓一致；然后通過調整四個角的燃盡風保持兩側、前后墻的風量一致，從而達到風、油配比一致；通過保持風、油配比一致，保證燃燒工況穩定，進而保證水位在正常范圍內安全運行。

4 結論

作為首臺國內自主設計的大容量燃油機組在試運行期間不可避免出現了一些問題。影響了工程投產進度，但這些問題的解決過程也為國內大容量燃油機組在設計、調試、運行等方面提供了寶貴的經驗并最終實現了機組的穩定、可靠、高效、環保運轉。

參考文獻：

[1]張國偉，胡海蓉，郭曉紅.重油燃燒原理及在出口鍋爐上的應用[J].鍋爐制造，2012（234）.

[2]何宏舟，吳德華.重油燃燒技術的現狀與展望[J].鍋爐技術，2004，35（03）.

[3]代魁，李春光，郭江濱，孫銳.大型燃油鍋爐熱聲振動分析和預防[J].節能技術，2016，34（01）：55-60.

[4]姚元旭，李風華，張玉雷.鍋爐振動分析及解決方案[J].全國電站鍋爐專業技術交流年會，2013.

作者簡介：王祥磊（1985-），男，山東德州人，本科，助理工程師，研究方向：火電機組運行與檢修技術管理。