某回轉式空氣預熱器二次燃燒原因分析

趙志發，李 冬，林 喆，徐 江，薛小宇

（國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇泰州 225327）

1 系統基本情況

空預器為采用三分容克式回轉空氣預熱器，其傳熱元件按煙氣流動方向可以分為熱端、中層和冷端層。空氣預熱器采用中心驅動方式，傳動裝置是驅動轉子轉動的部件，由帶有變頻器的電動機、減速器、傳動齒輪、傳動裝置支承。為保證轉子運行的可靠性和事故情況下能夠盤動空預器，每臺空預器配置了2 臺電機：空預器主電機、空預器輔電機和1 臺空預器氣動馬達。轉子正常轉速1 r/min，采用變頻調速慢速檔轉子轉速0.25 r/min，空預器電機額定電流45 A，正常運行電流在20 A 左右，過流跳閘值55 A，延時1 min。

在每臺空氣預熱器的熱端、冷端各安裝了1 臺蒸汽吹灰器，在吹灰蒸汽進入空氣預熱器吹灰器之前的管道裝有疏水裝置，吹灰之前充分疏水。蒸汽流向為從下向上進入吹灰器，避免運行中有水進入空預器。在鍋爐的啟動階段和低負荷運行階段，空預器投入連續吹灰。當鍋爐轉入正常運行后，一般情況下，每8 h 投運1 次空預器吹灰，2 次熱端，1 次冷端。機組啟動期間，考慮到煤粉燃燒不充分，有煤粉集聚，保持空預器連續吹灰，1次熱端，1 次冷端。

機組共配置2 臺空預器，正常運行中煙氣聯絡運行。配置2臺汽動引風機及1 臺電動引風機，聯絡煙氣擋板位于電動引風機與A 汽動引風機入口煙道之間。機組啟動階段電動引風機運行，機組負荷200 MW 以后切至汽動引風機運行。

鍋爐為超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用П 型布置、單爐膛、改進型低NOXPM 主燃燒器和MACT 型低NOx 分級送風燃燒系統、反向雙切圓燃燒方式。磨煤機采用沈陽重型機械集團有限責任公司生產的MPS280 型中速磨煤機。磨煤機分離器正常運行轉速為1000 r/min，一般煙煤磨煤機出口溫度控制在80 ℃左右。A 磨煤機出口煤粉管裝設等離子點火裝置，鍋爐點火方式為等離子點火，點火時投運等離子暖風器加熱一次風，加熱熱源為輔汽，溫度300 ℃，壓力1.0 MPa。

2 事故過程及現象

本次啟動為機組檢修后首次啟動，在機組檢修期間曾對空預器中溫段換熱元件進行解包清理。鍋爐首次一次點火成功，鍋爐點火煤量為45 t/h，磨煤機分離器850 r/min，點火前磨出口溫度85 ℃，鍋爐著火后磨煤機出口溫度降至52 ℃，等離子裝置拉弧穩定，鍋爐總風量1600 t/h，6 min 后鍋爐著火穩定，逐步降低磨煤機煤量至35 t/h，保持穩定燃燒，3 h 后開始逐漸增加煤量，至空預器二次燃燒前，磨煤機煤量增加至56 t/h，磨出口溫度68 ℃，鍋爐火檢穩定，工業電視監測火焰燃燒較好，整個鍋爐升溫升壓期間煤量變化平穩。A 磨加倉煤種為國能，國能煤發熱量比較高，水分適中，揮發分偏高，灰分較低，是比較適合做鍋爐點火煤種的，著火比較穩定，而且在數次鍋爐啟動中都作為點火煤種使用，均能較好著火。國能煤的煤質：發熱量（5 296 kcal 22 173.3 kJ），揮發分（Vad）29.24/%，水分（Mt）16.6/%，灰分（Aad）12.74%，硫分（Stad）0.46%，灰熔點1150 ℃。

空預器在點火后保持連續吹灰，A、B 空預器電流平穩，電流20 A 左右，排煙溫度及火災報警點監視溫度均上升平穩。空預器按1 次熱端吹灰、1 次冷端吹灰的頻次連續吹灰，吹灰壓力在0.85～0.89 MPa，吹灰器動作正常，吹灰壓力滿足要求。

圖1 為鍋爐點火后B 空預器排煙溫度及電流變化情。點火后6 h，B 空預器排煙溫度開始波動并快速上升，10 min 后空預器電流開始波動并快速上升，立即投入了空預器冷熱端吹灰器，后空預器主電機電流最高晃動至55 A，B 空預器主電機跳閘輔電機聯鎖啟動后亦跳閘，空預器轉子停轉，投運氣動馬達仍無法使空預器盤動。于是，將B 空預器進行隔離，由于引風機入口聯絡擋板在C 電動引風機與A 引風機之間，B 空預器運行中煙氣側無法完全隔離，鍋爐停爐。打開B 空預器人孔門觀察，確認空預器局部二次燃燒，立即用消防水滅火。

3 原因分析

本次空預器二次燃燒是發生在鍋爐檢修后首次點火期間發生，著火面積不是太大，為局部受熱面著火，事故發生后立即從安裝、檢修、運行、制造各個角度進行了分析，深入挖掘原因，以避免類似事故再次發生。

3.1 檢修方面原因分析

本次空預器二次燃燒為機組檢修結束后鍋爐點火后一段時間發生，在機組檢修期間曾對空預器中溫段換熱元件進行解包清理，采用的方法為將中溫段換熱元件解包，用木棍對每片換熱面敲擊，使附著物脫落，換熱面的保護漆脫落，換熱面表面布滿鐵銹，變得非常粗糙，圖2 為檢修期間用木棍敲擊后的空預器換熱面。機組啟動初期由于爐膛溫度低，煤粉濃度低，燃燒不充分，換熱面粗糙容易使大量煤粉集聚，若鍋爐煙氣、吹灰蒸汽也不能將煤粉帶走，很容易導致煤粉集聚，隨著煙氣溫度的上升而自燃。

3.2 運行方面原因分析

圖1 鍋爐點火后B 空預器主電機電流及排煙溫度變化

圖2 粗糙的空預器換熱面

鍋爐點火及升溫升壓期間，空預器吹灰器一直保持投運狀態，1 次熱端，1 次冷端，沒有間斷，吹灰壓力也維持在0.9 MPa左右，在正常范圍內，可以保證吹灰效果。鍋爐點火的煤量、煤粉細度、一次風量、一次風壓、磨煤機出口溫度等都控制在正常范圍內，無特別運行工況出現。磨煤機增加煤量比較均勻，圖3 為A 磨煤機啟動后至空預器燃燒期間煤量變化，可見無快速增加大量煤量現象，在45 t/h 煤量點火成功后，很快將煤量降下來，且數次啟機磨煤機煤量均如此控制，未發生問題，不存在煤量突增導致未燃盡煤粉增多。由于等離子暖風器換熱面有限，磨煤機入口一次風溫只有150 ℃，磨煤機出口溫度點火成功后保持比較低，但歷次啟機磨煤機出口溫度與本次接近，應該不是導致大量煤粉未燃盡留在空預器受熱面上的主因。

3.3 安裝方面原因分析

查閱資料可知，空預器的換熱元件共分4層，如圖4 所示，依次從上向下排列。

空預器換熱元件主要由2 種板型上下排列，即DU3、FNC，其立體模型見圖5、圖6。DU3 板型換熱元件為直波紋，不利于煤粉的集聚，吹灰較容易將積粉吹走；FNC 板型為斜波紋，與DU3 型換熱元件不同，比較容易集聚煤粉，吹灰不容易將積粉帶走。從圖7、圖8 現場DU3、FNC 換熱元件的整包圖也可看出通風性區別。

空預器二次燃燒后，對空預器的換熱元件進行了抽出解包檢查，發現在空預器換熱元件排布較其他同類型空預器的換熱元件布置不同，B 空預器換熱元件煙氣經過斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）→斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）換熱元件，其他同類型空預器換熱元件煙氣分別經過斜波紋（DU3）→斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）→直波紋（FNC），這樣的換熱元件擺布容易導致煤粉集聚在中間層換熱元件，吹灰不易帶走。因換熱元件里的換熱面板板型相同，高度相同，整體的煙氣流程與其他同類型空預器相同，未對排煙溫度降低產生影響，故立即將中溫段FNC 換熱元件與DU3換熱元件對調，調整成與其他同類型空預器相同。

圖3 A 磨煤機煤量

圖4 空預器原受熱元件布置

圖5 DU3 立體模型

圖6 FNC 三維立體圖

圖7 現場DU3 換熱元件

圖8 現場FNC 換熱元件

圖9 其他空預器受熱元件布置

經過上述分析可見，本次空預器二次燃燒主要是由于空預器蓄熱元件在檢修期間進行過解包清理，導致換熱面表面粗糙，容易集聚煤粉。由于本空預器中溫段FNC 換熱元件與中溫段DU3 換熱元件位置與其余空預器不同，直波紋與斜波紋換熱元件交替布置，煙氣在經過空預器時不通暢，煤粉不容易帶走，在鍋爐點火初期，爐膛溫度偏低，煤粉燃燒不完全，有大量未燃盡的煤粉會附著在空預器換熱面上，吹灰不容易全部帶走未燃盡煤粉，煤粉越集聚越多，隨著空預器入口煙溫的上升，煤粉自燃。

4 防范措施

空預器二次燃燒是非常嚴重的事故，導致重大財產損失，若風煙隔離不嚴，機組將被迫MFT（Main Fuel Trip，主燃燒跳閘），造成影響較大。且空預器二次燃燒初期，從排煙溫度與空預器著火溫度探頭顯示的溫度均無法反應出事故，在燃燒到一定程度后才能反應到排煙溫度上，此時火勢已變大，為防止此類原因導致的空預器二次燃燒，必須從多方面采取相對應措施預防：①空預器檢修后注意檢查回裝質量，嚴格按施工圖進行施工，換熱面回裝前要做好檢查，確保換熱面干凈無油污；②盡量不要采用敲擊的方法來使空預器換熱面積灰脫落，對于積灰較嚴重的換熱面可整體更換，防止換熱面表面粗糙容易集聚煤粉，本次空預器二次燃燒，換熱面粗糙加劇了煤粉的集聚；③鍋爐點火時組織好燃燒工況，盡量保證煤粉充分燃燒，由于等離子暖風器的換熱面積不夠，導致磨煤機點火后溫度降低較多，不利于點火期間煤粉燃盡，故后續需做技改，提高磨煤機出口溫度，確保煤粉燃盡率；④空預器試轉前要進行內部檢查，重點檢查空預器吹灰器安裝是否正常，吹灰器程控是否正常，吹灰壓力是否滿足要求；⑤鍋爐點火升溫升壓過程中，空預器投入連續吹灰，并加強空預器著火報警溫度及兩側空預器排煙溫度偏差的監視，在空預器煙氣側開孔加裝在線觀察孔，啟機時定期檢查有無著火跡象，提前掌握空預器內情況；⑥一旦空預器排煙溫度開始晃動上升，說明空預器內部開始大面積二次燃燒，必須立刻進行空預器隔離滅火，防止火勢變大。

5 結束語

空預器二次燃燒是發電廠不常見但是危害較大的事故，多數發生在鍋爐啟動初期，爐膛溫度低，煤粉燃盡程度不夠，對它的防范絕不能掉以輕心。造成空預器二次燃燒的原因也是多方面的，運行調整、檢修、安裝、驗收等，具體問題具體分析，制定相應防范措施。在鍋爐啟動初期運行人員要高度關注排煙溫度變化，通過觀察孔定期查看，發現異常及時處理。