超臨界鍋爐塌灰滅火原因分析及應對措施

李有信 陳英武 朱家英 虞昊天

摘 要：? 某電廠#2機組長時間低負荷運行，造成折焰角水平煙道積灰嚴重，積灰大面積掉落，引起鍋爐MFT動作，深入探索MFT動作原因，并提出通過低負荷吹灰、負壓擾動方式等有效對策，從而防止大面積塌灰的發生，穩定了機組運行，起到了良好的效果。

關鍵詞： 塌灰;滅火;擾動

中圖分類號：TK 227.7? 文獻標識碼：B

隨著風電、光伏發電等新能源的發展，火力發電擔負著越來越重的調峰任務，時常長時間低負荷運行，對于Π型爐，部分機組存在水平煙道積灰及塌灰情況，嚴重時造成鍋爐滅火。對塌灰導致MFT的機理進行研究，并制定出有效的應對措施，對機組的穩定安全運行顯得尤為重要。

1 設備概況

某電廠鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司生產的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全懸吊結構Π型鍋爐。鍋爐型號：SG-1938/29.3-M6015。采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統。采用微油點火，安裝在鍋爐下層燃燒器上（對應A磨）。爐膛上部的折焰角與水平煙道直接相連接，折焰角上部呈30o、水平煙道底部呈15o共同向爐膛傾斜。

2 MFT發生前工況及過程

機組負荷334.2MW、總燃料量150.5t/h、A、B、C、D制粉系統運行、爐膛壓力-183Pa、總風量1457t/h、A/B引風機動葉開度48%/46%，機組運行穩定。

19：47：03 爐膛壓力突然由-83Pa波動至-1124Pa，A、B引風機動葉開度指令下降至43%/41%，通過少油圖像火檢電視及爐膛火焰電視觀察到火焰突然由明亮變暗，并大幅波動。撈渣機附近就地巡檢人員聽見渣井發出響聲，然后又看見大量灰從爐膛溢出，判斷爐膛有大量積灰或焦塊掉落。

19：47：03 運行人員投入AB1油槍;

19：47：06 A1、A4、B3、C4火檢突然下降，4s后從99%下降至0%，其他火檢均有小幅下降;

19：47：07 運行人員增投AB3油槍。

19：47：08 爐膛壓力-1167Pa，并開始回頭上升，此時A、B引風機動葉開度41.5%/40.6%;

19：47：10 爐膛壓力升至-160Pa，AB1大油槍點火成功;

19：47：12 爐膛壓力升至+1622Pa，A/B引風機動壓開度45%/42%，爐膛壓力高（保護定值：+1520Pa）MFT保護動作，爐膛壓力最大升至+2021Pa;

19：56：22 就地發現除渣系統渣量較大，A/B斗提機相繼過載跳閘，造成干渣機聯鎖跳閘。

3 MFT滅火原因分析

3.1 滅火原因判斷

MFT后8分鐘，發現斗提機過載跳閘，造成干渣機聯鎖跳閘。打開斗提機檢修孔，發現斗提機已堵塞，對堵塞物進行人工清理。清理物灰白色，粉末狀，判斷為鍋爐飛灰。之后停爐機會對水平煙道進行檢查，發現在斜坡角度為15°的水平煙道處存在大量積灰，深度達到2～3m。由此判斷造成此次滅火的起因是鍋爐水平煙道積灰踏落造成。

3.2 積灰原因分析

3.2.1 折焰角斜坡角度較小

折焰角設計下部斜坡角度為30°，上部斜坡角度為15°，而一般堆灰自然流動角為30°～45°，上部斜坡實際角度遠小于堆灰自然流動角，外加煙氣流動的附加力的作用，會使得沉積下來的飛灰很難及時從爐膛掉落，致使飛灰堆積嚴重。

3.2.2 煙氣流速設計較低

該鍋爐折焰角30°斜坡上部和15°斜坡積灰區上部分別布置了高溫過熱器和高溫再熱器。積灰區域在50%THA和75%THA負荷下設計的平均煙氣流速分別為5.9m/s和8.3m/s，明顯偏低。對于燃煤鍋爐，該區流速在10.5～12.0m/s較為合理，且高溫再熱器管屏后未布置受熱面，流速較低的含塵煙氣在經過凈空間是時煙速進一步降低。再加上煙氣流過折焰角時，在此區域產生低速回流區和機組在70%THA負荷下運行一周，沒有高負荷運行，因此在該區域積灰產生大量積灰。

3.2.3 積灰掉落分析

隨著灰分的不斷積累，就造成了積灰更大的堆積角（遠大于粉末堆積的自流角）。一旦出現擾動，就會打破原先的相對平衡狀態，引起塌灰。折焰角為積灰的部位，但所積灰量及落灰的情況都不一樣，所以折焰角每次落灰對爐內燃燒的影響也有所差異。

3.2.4 塌灰滅火分析

由于爐內煤粉的燃燒主要依靠上下運動煙氣流和煤粉之間的傳熱來維持，而從折焰角落入爐內的大量積灰隨著下落會逐漸擴散，擴散的落灰雖不致造成爐膛溫度的急劇下降，但在下落過程中隔離或者屏蔽上下運動煙氣流和煤粉之間的傳熱，直接沖擊爐膛火焰中心，阻擋風粉的混合。當煙氣流和煤粉間傳熱突然受阻時，將導致傳熱惡化、燃燒不穩[1]。塌灰流剛形成過程中，爐膛負壓由-83Pa波動至-1124Pa，A/B引風機動葉開度由48%/46%指令下降至43%/41%，煤粉在爐膛內積聚，未有效點燃，并影響到其他煤粉的點燃及燃燒，這種情況在持續惡化，燃燒持續變差。此時投入AB1油槍，加上爐膛內溫度還比較高，被沖散的煤粉區域集聚到一定程度后被重新點燃，出現了較小規模的爆燃，對爐內本來就越來越不穩定燃燒造成了較大的沖擊。引風機負壓自動來不及調節，所以爆燃使爐膛壓力高而未發生MFT。

4 應對措施及實施

4.1 低負荷吹灰

此鍋爐設計吹灰負荷為460MW以上，但機組實際運行負荷不高，常在300MW～400MW負荷運行。

觀察鍋爐的燃燒工況穩定。嘗試在400MW以下負荷進行吹灰，以清除折焰角上積灰。并采取如下措施：

（1）只投運距離積灰位置最近L10、R10吹灰器，1～2天一次，逐個進行。

（2）吹灰時引風機負壓自動切除，改為手動操作，減少引風機的干擾。

吹灰器投運后，負壓最大由-405Pa波動至376Pa。吹灰過程中負壓波動比投運前也稍大。說明吹灰中有持續的積灰掉落。

4.2 負壓變動除灰

在水平煙道的積灰過多，造成了積灰更大的堆積角。當煙氣流擾動時，積灰的平衡狀態會打破，引起落灰。負壓的擾動，特別是負壓變化過程中，煙氣流的流速會變化，煙氣流的托扶力也會變化，造成積灰平衡破壞，積灰塌灰。鍋爐負荷330MW，提前投入2只少油燃燒器，兩臺引風機動葉自動狀態，負壓設定-30Pa，手動負壓自動設定改為-200Pa，引起折焰角落灰，負壓最大變化由-1057Pa到+616Pa。

5 結論

通過低負荷吹灰、爐膛負壓擾動等措施，使折焰角積灰在低負荷時提前掉落，有效地克服了鍋爐折焰角大量塌灰的產生，確保了設備的安全運行。

參考文獻：

[1]周校平，張曉男.燃燒理論基礎[M].上海：上海交通大學出版社，2001.

作者簡介： 李有信（1981—），男，本科，河南鄭州人，工程師，研究方向：電廠鍋爐。