660 MW鍋爐旋流燃燒器燒損問題分析及處理

侯本杰，劉 海，申 旭，馮仁海

（1.山東中實易通集團有限公司，山東 濟南 250003；2.華電國際十里泉發電廠，山東 棗莊 277100）

0 引言

燃燒器作為電站鍋爐的重要設備，其燃燒工況的穩定性直接影響鍋爐的熱效率。燃燒器壁面存在復雜的換熱過程，由于爐膛燃燒室中強烈的輻射熱導致燃燒器出口壁溫過高，燃燒器噴嘴變形［1］。在運行過程中，燃燒器燒損現象較為普遍［2］。一旦燃燒器發生損壞，不僅會增加檢修費用和檢修工作量，而且對鍋爐的安全運行構成嚴重威脅，破壞了爐內燃燒工況［3］，極易造成火焰中心偏斜，并帶來水冷壁結焦和高溫腐蝕等問題［4］，并嚴重影響鍋爐負荷調整和機組安全經濟運行。

山東某電廠機組鍋爐于2018年2月檢查性大修期間，發現上層C、D燃燒器嚴重燒損，隨后更換了部分燃燒器及穩燃罩，2020年4月—5月擴大性小修期間，再次發現燃燒器的嚴重燒損，進而對燃燒器噴口燒損部件進行了整體更換，并在最上層12 支燃燒器中心筒前端加裝了溫度測點引至DCS 顯示，通過調整二次風門開度、一次風進風量大小等試驗，觀察燃燒器壁溫的變化，從而得出影響燃燒器壁溫的因素，可指導運行控制冷卻風量，減少燃燒器燒損事故的發生，為同類型旋流燃燒器的安全、穩定運行提供改進依據［5］。

1 燃燒器的布置

鍋爐為超超臨界變壓運行直流爐，為一次再熱、單爐膛、對沖燃燒、尾部雙煙道、全懸吊結構П 型鍋爐，鍋爐主要參數為29.4 MPa/605 ℃/623 ℃。鍋爐燃燒器采用外濃內淡型低NOx旋流煤粉燃燒器，對沖燃燒，后墻最下層配置富氧微油點火裝置，其余層均配油槍。全爐共30 只油槍和6 只富氧微油點火裝置，用于點火、暖爐和低負荷穩燃。

燃燒器為前后墻布置，從下往上分別為A（F）、B（E）、C（D），燃燒器從左向右布置有1～6 號燃燒器（見圖1）。每個燃燒器將燃燒用空氣被分為一次風、內二次風、外二次風和中心風四部分，當燃燒器燃料未投入時，還設有連通大氣的中心筒旁路用以冷卻燃燒器（見圖2）。燃燒器內的空氣主要分為一次風、內二次風和外二次風三股風，一次風攜帶經磨煤機研磨并干燥后的煤粉通過一次風風粉管進入燃燒器，再通過對煤粉進行濃縮作用和殼體固定在一次風管內表面上的煤粉收集器進入爐膛與內、外二次風混合。內、外二次風分別由獨立的手動套筒擋板和手動旋流器拉桿調節風量和旋流強度。在保證二次風箱壓差不變的前提下，通過二次風風量拉桿改變內、外二次風套筒擋板位置來改變內二次風風量與外二次風風量的比例，通過二次風旋流強度拉桿移動內、外二次風旋流葉片來改變繞過葉片的直流風和通過葉片的旋流風的比例，最終達到改變內、外二次風旋流強度的目的［6］。

圖1 燃燒器布置

圖2 燃燒器結構

2 燃燒器燒損問題分析

2.1 燃燒器燒損情況

燃燒器的燒損主要發生在最上層燃燒器（C、D層），燒損部分包括油槍噴嘴、流板、中心筒、穩燃器、錐型圈等整個燃燒器部分，燒損情況見圖3、圖4。

圖3 2—4月檢修期燃燒器燒損情況

圖4 4—5月檢修期燃燒器燒損情況

2.2 燃燒器流場分析

旋流燃燒器利用強烈的旋轉氣流產生高溫回流區，達到強化著火和燃燒的目的［7］。通過分析廠家提供的流場模擬圖（見圖5）和同型號燃燒器火花示蹤試驗結果［8］（見圖6），在燃燒器投運的情況下，由于燃燒與燃燒器存在一定的著火距離，燃燒器中心筒、穩燃器附近的溫度在0～500 ℃（見圖5），在燃燒器燃料未投入的情況下，卷吸主要作用于高速旋轉二次風內部形成的低壓一次風氣流，對于爐膛中心的高溫煙氣基本沒有卷吸效果［9］（見圖6），通入一次風和二次風理論上能降低燃燒器區域的溫度，因而燃燒器燒損應發生在燃燒器投入但燃燒距離過近或燃燒器未投運且冷卻風不足的情況下，因而機組啟動后采取了提高一次風速和未投運燃燒器投入一、二次風冷卻燃燒器的臨時措施。

圖5 燃燒器流場模擬

圖6 火花示蹤試驗

3 燃燒器燒損試驗研究

3.1 試驗測點的安裝

在C、D 層燃燒器層中心筒逆止門后開孔，插入熱電偶進行試驗研究，熱電偶插入深度距離位于燃燒器中心筒的前端，試驗中分別測試燃燒器停運—投運、增減一次風量、改變二次風旋流強度和冷卻風量對于燃燒器附近溫度的影響。

3.2 燃燒器投運和停運的影響

在C、D 層燃燒器投運的情況下，實測C、D 層燃燒器壁溫在100～300 ℃范圍內；在C、D 層不投運的情況下，壁溫最高能到達800 ℃以上，且在負荷大于50%以上時均會存在燃燒器壁溫超溫的現象，在某些負荷段范圍還會出現隨負荷的降低，燃燒器壁溫升高的現象。

3.3 燃燒器配風試驗研究

分別研究燃料未投運燃燒器二次風總風門開度、內二次風開度、外二次風門開度、一次風風量等對于燃燒器壁溫的影響，通過改變其風門開度改變各位置風量和旋流強度，試驗期間負荷波動范圍在480～530 MW。

在C 磨停運期間，調整C 層二次風總風門開度大小，測試C1、C2、C4 燃燒器壁溫變化情況，測試結果顯示C 層二次風量的增加能明顯降低燃燒器中心筒附近溫度，試驗結果見表1。

表1 二次風總風門對于中心筒附近溫度的影響

在C 磨煤機停運期間，C 層二次風總風門開度70%，選取C3 燃燒器為試驗對象，分別調整內、外二次風開度、中心風開度，測試C3 燃燒器中心筒附近溫度的變化情況，試驗結果顯示在二次風總風門開度不變的情況下，內外二次分和中心風對于中心筒附近溫度的影響較小，燃燒器壁溫對于旋流強度的變化不敏感，試驗結果見表2、表3、表4。

表3 改變內二次風門開度對中心筒附近溫度的影響

表4 改變中心風風門開度對中心筒附近溫度的影響

在C 磨煤機停運期間，C 層二次風門開度70%，逐漸減少磨煤機入口冷一次風量，測試C3、C4、C5中心筒附近溫度，試驗顯示提高磨入口風量能明顯降低燃燒器附近溫度，試驗結果見表5。

表5 磨煤機入口風量對于中心筒附近溫度的影響

4 設備材質及配風的改進

4.1 燃燒器壁溫測點的安裝

為避免燃燒器再次燒損，在鍋爐C、D層燃燒器噴口前端加裝了12支溫度測點，引入DCS系統作為燃燒器配風調整的依據。溫度測點為K分度鎧裝熱電偶，量程為-40～1 200 ℃，測量精度為±0.5%（見圖7）。

圖7 燃燒器測點加裝位置

4.2 配風優化調整

根據安裝在C、D層燃燒器前端的在線溫度測量裝置，調整磨煤機入口風量、二次風總風門開度，控制燃燒器壁溫在750 ℃以下，防止燃燒器的燒損，運行過程中除要求壁溫外，另根據表1 的試驗結果，要求控制二次風總風門開度不低于30%。

4.3 燃燒器材質的改進

燃燒器材質更換為JCZG40-HTRSS，JCZG40-HTRSS是奧氏體鉻鎳不銹鋼，具有很好的抗氧化性、耐腐蝕性，更好的蠕變強度，在高溫下能持續作業，具有良好的耐高溫性。在800 ℃氧化800 h，在氧化初期的200 h內形成氧化層保護膜后，其質量一直保持恒定。在溫度達到900 ℃時，氧化膜保護層由于揮發而失去保護作用，外層開始脫落，質量明顯降低，因而控制壁溫800 ℃以下，保證燃燒器的安全運行。

5 結語

在磨煤機運行工況下，燃燒器由于受到一次風粉的冷卻，其壁溫均在安全運行范圍內。但在磨煤機停運后，對應燃燒器的壁溫高達800 ℃以上，如果不采取措施，極易燒損燃燒器。

根據流場分析和試驗研究，在磨煤機停運工況下，通入磨煤機一次風、二次風總風量、內二次風、外二次風、中心風對于燃燒器均有冷卻作用，磨煤機一次風和二次風總風量的影響最為明顯，燃燒器本身的內二次風、外二次風及旋流角度影響不明顯，通過試驗也證實了停運燃燒器并不會因通入二次風引起高溫煙氣卷吸而燒損。本次試驗在上層燃燒器中心筒加裝了測點，由于測點位置限制，測量結果只能代表燃燒器區域的壁溫，且對于一次風反應更加敏感，因而具有一定的局限性，但這些測點可在一定程度上監視燃燒器壁溫變化，防止燃燒器燒損。