大型燃煤機組一次風對爐膛壁溫的影響分析

陸浩，伊琳

（國電滎陽煤電一體化有限公司，河南 洛陽 450100）

某2×630MW超臨界燃煤機組鍋爐為“W”火焰型式鍋爐，磨煤機為雙進雙出鋼球磨，并設置有入磨的容量風以攜帶煤粉、不入磨的旁路風以及接在分離器出口的清掃風，其中，容量風在攜帶煤粉經煤粉分離器進入燃燒器前，又分離出一部分乏氣風進入爐膛底部，以增強爐膛的底部燃燒，其乏氣風量與進入燃燒器的一次風量相等，煤粉含量與進入燃燒器的煤粉比例約為1：5。該鍋爐在一次啟動時，因B3清掃風門未關嚴，導致了爐膛燃燒長時間惡化，水冷壁溫度難以調整，直至壁溫超限，嚴重影響了水冷壁管材的使用壽命。下文將主要展開分析各種形式的一次風對鍋爐燃燒工況的影響。

1 容量風

容量風在雙進雙出鋼球磨中起到攜帶和干燥煤粉的作用，容量風量將影響該磨煤機的帶粉出力，其風量調整可通過容量風調門實現。當運行的磨煤機驅動端容量風量增加時，將導致驅動端容量風攜帶煤粉量增加，而在總入磨風量不變時，自由端容量風的帶粉量將降低，從而導致驅動端分離器所對應的兩個煤粉燃燒器負荷增大，進入爐膛以后，其所對應的爐膛區域燃燒將增強，而另一側的爐膛燃燒將相應的有所減弱。

容量風對爐膛工況的影響主要源于其攜帶煤粉量的改變，由于容量風量的變化將導致爐膛內部的燃燒平衡打破，一側燃燒增強而另一側燃燒減弱，并逐漸穩定在新的動力場下燃燒，一般情況下，極易造成一側爐膛過熱而引起水冷壁超溫，因此，可將容量風的調整用于爐膛工況燃燒不平衡時對燃燒工況的調整，燃燒工況允許的情況下，降低壁溫較高側的容量風，也可以降低水冷壁溫。

2 旁路風

旁路風在磨煤機系統中的作用在于可以調整某一側的入爐一次風量和一次風速。一般地，由于旁路風不進入磨煤機不攜帶煤粉，磨煤機運行時，在增大磨煤機驅動端旁路風時，驅動端的出口總一次風量和一次風速將有所提升，但由于旁路風的排擠作用，導致容量風會有一定程度的減少，也因此降低了驅動端的煤粉攜帶量，該側所對應的的爐膛內燃燒工況將減弱；然而，因旁路風的增加將導致煤粉濃度降低，提供給煤粉燃燒所需要的氧量增多，特別是在煤粉顆粒度較大時，可使得在煤粉燃燒器中煤粉的燃燒更加完善，從而改進該側的爐內燃燒工況。

在磨煤機停運時，可操作磨煤機的風門擋板，使得一部分一次風經過停運的磨煤機通道進入爐膛，用以調整燃燒工況的平衡。若在磨煤機停運時增大驅動端旁路風，此時，由于磨煤機沒有運行，并沒有容量風攜帶煤粉，而只是冷的一次風經過旁路風通道進入對應側的爐膛內部，將降低該側的爐膛溫度，若該側水冷壁溫度較高，用此方法進行調整將可以降低水冷壁溫，也可避免燃燒器附近局部過熱引起的結焦現象。但由于此調整方式改變了爐內動力場，并增大了煙氣量，調整后，將對汽溫偏差和再熱汽溫有相應的影響，需注意防止屏式過熱器及二級過熱器超溫。

3 乏氣風

乏氣風攜帶有部分煤粉，進入爐膛時位置位于燃燒器下部、分級風的上部，用以加強爐膛的底部燃燒。若運行中的乏氣風退出運行（以A1乏氣風管為例），將導致A1煤粉燃燒器的過粉量增加，從而加強A1燃燒器附近的燃燒，使得爐內高溫區域向A1燃燒器附近靠攏，相應的使對側的爐膛溫度降低。但是，若此時A1燃燒器本身帶粉負荷較高，在A1乏氣風退出時，A1燃燒器出口因過量的煤粉著火燃燒引起局部超溫，可能導致燃燒器噴口結焦，進而使燃燒惡化。

乏氣風作為攜帶少量煤粉的一次風，在進入爐膛底部時，也可由高溫煙氣將煤粉點燃，并借助底部的分級風形成富氧燃燒區域，但因其燃燒溫度較低，也可以起到分級燃燒降低NOx生成的目的。在乏氣風退出運行時，減少了進入爐膛底部的煤粉，使得爐底的燃燒工況變差，低負荷甚至深調工況時的鍋爐抗擾動能力將大大降低。

4 清掃風

清掃風用作磨煤機停運后粉管的清掃用風，保證粉管內的煤粉吹空，防止長時間停運引起煤粉堆積自燃，該電廠清掃風引自冷一次風母管。在某次鍋爐啟動后，機組負荷300MW時爐膛火檢顯示正常，但就地觀察發現火焰閃爍晃動，燃燒工況并不穩定。升負荷過程中，水冷壁后墻壁溫大幅升高，遠超經驗值，后經排查發現為B3清掃風門未關閉嚴密導致。因B3清掃風門未關嚴，且其風壓比進入磨煤機后的容量風風壓要高，導致B3粉管中清掃風的比例較大，對磨煤機容量風起到了強烈的排擠作用，使得B3粉管出口一次風速較高但帶粉很少，B磨煤機中所研磨的高揮發分的點火煤被排擠到其余粉管中，加強了其余粉管對應燃燒器的燃燒工況，使得B3粉管附近爐膛燃燒惡化，且由于大量的冷一次風進入而降低了B3燃燒器附近的爐膛溫度，而其他部位的局部燃燒加強，由此而引發了水冷壁溫較高而難以通過正常手段調整的問題。

清掃風只應用于磨煤機停運后的吹掃，當清掃風在磨煤機運行中介入時，會引起磨煤機出粉的不均衡，從而進入爐膛的煤粉沒有得到均勻的分配，爐內燃燒工況部分過熱而局部惡化，使得爐膛內部動力場不穩，大大降低了爐膛的運行安全性。

5 密封風

冷一次風可用作磨煤機和給煤機的密封風，防止筒體內的煤粉通過間隙噴出或進入軸承，一般運行中要求磨煤機的密封風壓要比入磨一次風壓高3～5kPa。密封風量較小且其風道一般設計為閘板門而非可調節的調門，在磨煤機啟動前需投入密封風，磨煤機停運后若密封風仍投運，則其可由旁路風通道進入磨煤機，起到與旁路風同樣的效果。

6 改善方案

由上述分析可以看出，一次風在爐膛燃燒的調整中起著至關重要的作用，其相較于二次風來看，有著風壓大風速高的特點，為改善爐膛的燃燒工況，避免水冷壁超溫或局部過熱結焦等現象，本文提出以下方案：

（1）改善一次風機的運行工況。通過燃料量和一次風壓的轉換調節，盡量使得一次風母管在低風壓工況下運行，一可降低一次風機電耗，二可防止一次風通道的突然變化引起的風機失速，三可使得磨煤機出粉顆粒度相對較細而容易燃盡，不易引起局部燃燒較強的情況。

（2）選擇合理制粉系統運行方式。運行人員需了解制粉系統的運行特性，對各個磨煤機的出力情況有所掌握，當某一磨煤機出力明顯較大時，及時調整運行方式或限制其出力以均衡爐內燃燒工況，防止燃燒惡化或局部過熱，嚴重時甚至會引起燃燒器結焦燒利用停運磨煤機通風改善燃燒工況；停運的磨煤機可以調整其旁路風量，驅動端旁路風增加時可降低爐內溫度，導致該側換熱減弱，汽溫和壁溫都將有所降低，可由此調整汽溫的偏差和水冷壁的局部超溫現象。

（3）運行中乏氣風門可用以擾動。當爐內動力場穩定后，仍出現有水冷壁局部超溫時，可通過開關其對側的乏氣風來擾動鍋爐動力場，以使得爐內燃燒向低溫側偏移，達到降低局部超溫的目的，同時，改善鍋爐的燃燒工況。

（4）清掃風門慎用；清掃風只用作磨煤機停運后的吹掃，磨煤機運行中介入的清掃風將大大干擾爐內燃燒，使得火焰燃燒不穩，從而導致局部超溫或貼壁燃燒，引起爐內工況的惡化。

（5）機組啟動前做好閥門傳動；保證相關風門開關正常，關閉時嚴密，防止機組啟動后出現漏風漏粉等現象，引起爐膛外部擾動增大。

（6）完善機組控制邏輯；在磨煤機啟動后，可增加邏輯至清掃風門關閉指令，并檢查關狀態正常，保證清掃風不在磨煤機運行時開啟。

7 結語

經上文分析可以看出，一次風不論其是否攜帶煤粉，均對爐內工況有較大的影響，一般有兩種情況，即改變入爐煤粉分配和降低局部爐膛溫度。事故情況下，當運行磨煤機單一粉管退出運行時，磨煤機出粉仍會分配給其他三根粉管，雖然熱負荷將分配不均，但爐內動力場也會形成新的平衡，而清掃風則因其風壓高風速大的特點，使得爐內動力場時刻擺動難以穩定，可見其對爐膛燃燒工況的影響較大。