煤粉鍋爐燃燒器燒損原因及防范對策

侯小平，王凱(.陜西煤化咸陽新型熱能有限公司，陜西 咸陽 7300；.陜西煤業(yè)新型能源科技股份有限公司，陜西 西安 7000)

0 引言

某電力企業(yè)采用高壓中儲式煤粉鍋爐(其額定蒸發(fā)量為700 t/h)，其燃燒器采取的是四角布設(shè)、切圓燃燒的方式，該鍋爐設(shè)計的煤種特性如表1所示。

表1 鍋爐設(shè)計燃料特性

2020年10月5日13:00發(fā)現(xiàn)1#鍋爐的3#燃燒器出現(xiàn)焊縫開裂的情況，隨即停止其運行。經(jīng)過30 min之后5#燃燒器的壁溫有了較大上升(從190 ℃上升到220 ℃)，又經(jīng)過15 min后該燃燒器退出并且將7#燃燒器投入運行，經(jīng)過一定時間后噴口壁溫逐漸降低，燃燒器處于正常工作狀態(tài)，逐漸降低到38 ℃后處于穩(wěn)定。在16:52現(xiàn)場檢查時則發(fā)現(xiàn)7#燃燒器已經(jīng)燒損，其壁溫熱電偶發(fā)生脫落問題，事故情況如圖1所示。

圖1 燃燒器燒損情況示意圖

1 煤粉鍋爐燃燒器燒損原因分析

(1)直接原因。通過對該燃燒器分析可知，造成其燒損的直接原因在于沒有進行及時清焦，使得燃燒器周邊發(fā)生了比較嚴重的結(jié)焦，從而造成煤粉氣流無法順利噴出，煤粉在燃燒器根部發(fā)生燃燒而損壞。

(2)工況異常。正常情況下燃燒器的耐溫控制在1 000 ℃左右(主要采取的是耐熱鑄鋼材料)，燃燒器的壁溫保持在180～220 ℃范圍。但是，7#燃燒器在實際工作時從高溫降低到38 ℃后沒有變化就是非常明顯的工況異常。相關(guān)工作人員并沒有對該種異常的工況給予足夠重視，也可能認為較低溫度并不會對燃燒器造成某些影響，所以并沒有采取針對性措施。此種非正常的低溫情況對后續(xù)燃燒器燒損埋下了較大隱患。在燃燒器燒損之后，對實際情況進行檢查發(fā)現(xiàn)熱電偶出現(xiàn)脫落，此時的環(huán)境溫度就是38 ℃。

(3)偏燒的問題。該鍋爐的3#以及7#燃燒器分別處在同個角的上下不同層，由于早期3#燃燒器出現(xiàn)了焊縫開裂停止運行的情況，所以該角的燃燒強度會大大降低，就會造成此區(qū)成為低壓區(qū)，這就會引發(fā)整個爐膛火焰都會向著此處發(fā)生偏燒的問題，從而造成7#燃燒器煤粉氣流發(fā)生提前著火的問題。

(4)管理方面的原因。

第一，儀表測溫點沒有按照標準進行安裝。正常情況下燃燒器的壁溫熱電偶都是設(shè)置在燃燒器的壁面之上，從而避免出現(xiàn)松脫而無法準確測溫的情況。但是從實際情況來看，熱電偶并沒有牢牢固定而是直接插入保溫層當中。之所以7#燃燒器壁溫下降到38 ℃，最可能的原因就是3#燃燒器保溫位置焊縫漏點而脫落造成的[1]。

第二，煤質(zhì)發(fā)生較大的變化。該公司儲煤量巨大，并且煤炭種類較多(超過10種)，很難按照煤質(zhì)對其進行準確分類堆放，也很難按照具體需求進行取用。另外，煤質(zhì)存儲區(qū)域有限，所用設(shè)備較為老舊，無法進行高質(zhì)量的配煤，從而造成煤質(zhì)存在較大波動，該鍋爐2020年入爐煤質(zhì)的分析數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 2020年鍋爐入爐煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)

第三，缺少對煤質(zhì)數(shù)據(jù)的有效分析。現(xiàn)階段該企業(yè)還是采取人工的方式進行煤質(zhì)分析，但是此種分析方式消耗較大人力，所以只能限定當天取樣第二天出分析報告的模式。此種方式使得司爐不能準確判定入爐煤的質(zhì)量，對鍋爐燃燒造成較大影響。例如10月6日13:00還沒有受到10月5日的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，14:00受到數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)其各方面指標都要超出設(shè)計值，這也是造成燃燒器燒損的重要原因。

對于煤粉鍋爐來說，煤的揮發(fā)分、熱值、灰分等是影響鍋爐燃燒安全、經(jīng)濟等指標的關(guān)鍵性因素，一旦揮發(fā)分過高就非常容易燃燒以及著火。此種情況下就要一定程度控制一次風溫度以及風速，盡量保持煤粉氣流和燃燒器的距離，避免煤粉在燃燒器根部燃燒而造成燃燒器燒損。另外，若是高揮發(fā)分時為了有效減小燃燒速度、降低燃燒器根部熱量，也可一定程度提升煤粉粒度，適度提升煤粉的粗度。若是低揮發(fā)分情況那么就要一定程度上提升一次風溫度，以此來降低煤粉粒度，從而保證煤粉可以快速燃燒，具有更好的經(jīng)濟性。所以一定要提升對煤質(zhì)變化的分析速度，否則在煤質(zhì)變化快速的情況下，沒有及時對煤質(zhì)數(shù)據(jù)進行準確分析，就無法對燃燒進行指導(dǎo)。

2 煤粉鍋爐燃燒器防范措施

(1)嚴格執(zhí)行清焦管理制度，保證及時清焦。

第一，為了避免鍋爐出現(xiàn)比較嚴重的結(jié)焦，每一班在交接班之后要安排專門人員及時進行清焦，一旦發(fā)現(xiàn)沒有嚴格按照規(guī)定進行清焦，就要遵照相應(yīng)制度進行考核。要按照具體結(jié)焦情況設(shè)定清焦的頻率，一般情況下每一班要清焦2～4次左右，一定要保證燃燒器、水冷壁等不存在較為明顯的大焦情況。

第二，若是由于沒有及時進行清焦或者沒有進行完全的清焦而引發(fā)燃燒器堵塞，那么要按照具體損壞程度對其實施分級考核。

(2)提升對異常工況的管理力度。一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐的運行參數(shù)和預(yù)定值存在相應(yīng)偏差，那么就要對其進行及時準確的分析，制定出準確的工藝異常報告以便其他班組進行共享。若是發(fā)現(xiàn)工藝異常情況沒有進行處理，要按照其對生產(chǎn)的影響情況對其進行必要處罰。同時，要增強熱工儀表的維護管理力度，確保其按照標準規(guī)范進行安裝和維護，保證其指示的準確性和調(diào)節(jié)的靈敏性[2]。

(3)提升混配煤的管理力度，建立起準確的煤質(zhì)臺賬。為了確保鍋爐燃燒的質(zhì)量，需要進一步增強煤源的管理力度，要在燃煤的整個流程(包括卸煤、煤場、原煤倉、制粉系統(tǒng)等)加強配煤摻燒工作力度。為了提升燃煤質(zhì)量，在進行煤源采購時需要確定好具體煤種的灰熔點指標，盡可能減少低熔點易結(jié)渣煤質(zhì)的采購。同時也要控制高硫以及粘結(jié)性較強的煤質(zhì)數(shù)量，要從根本上控制住鍋爐燃燒質(zhì)量。另外，要建立并不斷完善入爐煤跟班化驗制度，要最大程度確保對煤質(zhì)化驗結(jié)果的準確性、實時性。并且要建立起完善的煤質(zhì)臺賬，確保相關(guān)工作人員能夠第一時間了解并掌握煤質(zhì)變化情況。同時能夠按照化驗結(jié)果的情況，進行鍋爐燃燒情況的優(yōu)化改善，要加強對燃用低熔點易結(jié)渣煤種的控制力度。除此之外，要對燃燒情況進行必要調(diào)整，保證同一層每一個燃燒器的出力相同，避免產(chǎn)生貼壁燃燒、缺氧燃燒等問題，防止出現(xiàn)鍋爐超負荷運行的情況，從而降低鍋爐結(jié)焦的問題。

(4)進一步增強燃燒器的治理力度，實施升級改造。要充分利用停爐檢修的時機對已發(fā)生燒損的燃燒器實施相應(yīng)維護，必要情況下對其進行更換，避免已經(jīng)燒損的部分從燃燒器發(fā)生脫落。另外，為了確保燃燒器更加充分的進行燃燒，需要對燃燒器實施升級改造，可以在擴錐位置設(shè)置可以吸收膨脹形變的結(jié)構(gòu)，同時可以在燃燒器三次風噴口外部增設(shè)擴錐，以此來轉(zhuǎn)變?nèi)物L的方向和速度，從而最大程度減少三次風氣流貼壁刷墻的情況[3]。

(5)運行人員要增強燃燒調(diào)整力度。

第一，對磨煤機進行一次風量的調(diào)整，能夠更加有效地完善燃燒器噴口一次風速，可以對著火距離實施調(diào)節(jié)，可以一定程度上增強一次風速。同時，要加強中上層磨煤機風量的有效控制，確保磨煤機風量偏置控制在-10 m/s之內(nèi)，最大程度減少燃燒器周邊的熱負荷量，從而降低結(jié)渣以及噴口燒損的概率。

第二，若是鍋爐處在較高負荷條件下就會具有較好的燃燒性，此種情況也容易產(chǎn)生結(jié)渣問題，所以需要控制好比較低的旋流強度，形成較強的三次風門開度。在較低負荷情況下鍋爐的燃燒不夠穩(wěn)定，所以需要加強旋流強度的控制，從而確保鍋爐的燃燒性能。要按照鍋爐的具體情況加強燃燒器旋流強度的控制力度，實現(xiàn)較高負荷來降低結(jié)渣的情況。對于中上層燃燒器來說，由于其具有較高的熱負荷性，屬于避免結(jié)渣以及燒損噴口的關(guān)鍵位置，一定要確保比較低的旋流強度，通過增加三次風門來延緩氣流著火，提升燃燒的穩(wěn)定性[4]；對于下層來說，為了確保燃燒器穩(wěn)定性需要一定程度提升旋流的強度。

3 結(jié)語

煤粉鍋爐燃燒器燒損的原因是多方面的，不但會受到煤質(zhì)的影響，同時也會受到鍋爐的結(jié)構(gòu)、燃燒器材質(zhì)等多種因素的影響。所以在鍋爐實際運行過程中，需要對燃燒器燒損原因進行仔細分析，采取針對性措施對其進行防范，從而保障燃燒器的正常運行，保證鍋爐的運行質(zhì)量。