火电厂锅炉上层燃烧器烧损原因分析及相关措施

火电厂锅炉上层燃烧器烧损原因分析及相关措施

刘豪豪 姜振鹏 武星宇 郝明亮

华能左权煤电有限责任公司032600

摘要：在火电厂运行过程中，旋流燃烧器的烧损或变形是墙式燃烧方式锅炉普遍存在的问题，这一现象在燃尽风技术应用后更趋严重，更为普遍。本文对针对燃煤机组上层燃烧器烧损案例为切入点，对上层燃烧器出现烧损问题的原因进行了分析，并且提出了相应的解决方案和措施。

关键词：燃煤电厂；旋流燃烧器；烧损；解决方案

1设备概况

锅炉为超临界直流锅炉。具有单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风等重要特点。

燃烧器采用前后墙对冲燃烧，燃烧器采用了HT－NR3低NOx旋流燃烧器。燃烧系统共安装了16个燃烬风喷嘴，以及30个HT－NR3燃烧器喷嘴，共46个喷嘴。前墙燃烧器分为二层，每层6个，后墙煤粉燃烧器分为三层，每层六只。在前后墙距的最上层燃烧器喷嘴一定距离处布置了一层燃烬风喷嘴，前后墙各布置了六个，侧墙各两个。（燃烧器布置如图1所示）。

图1

2 HT-NR3旋流煤粉燃烧器基本工作原理

2.1该燃烧器主要由一次风、二次风、外二次风（图示三次风）以及油枪和点火器组成。一次风管中安装煤粉浓缩器将煤粉气流进行粗细分离，利用粗细燃烧技术来加强煤粉气流的着火和燃烬。并且一次风出口还安装着火焰稳燃环加强煤粉气流的着火。稳燃环还可以把助燃空气分为两种（即二次风和外二次风），这样既有利于煤粉气流的着火和燃烧，还可以减少煤粉在燃烧过程中氮氧化物的生成量。（燃烧器本体示意图如图2所示）

图2

2.2燃烧配风控制

2.2.1燃烬风的风口包括两股气流：中间部位的气流是直接穿透进入炉膛中心；外圈的气流是旋转气流，可以把靠近炉膛水冷壁的上升烟气混合。

2.2.2燃烧器中的内、外二次风的风门挡板均需要调节，内、外二次风均为旋流风，内二次风通过螺纹杆手动调节，一般在试运行期间调整至合适位置。外二次风可以通过电动调节门远程调节实时的开度，外二次风门关小：减小风量、增加旋流强度；外二次风门开大：增加风量、减小旋流强度。

2.2.3锅炉在燃烧器区域有两个大风箱，前后墙对称布置，使进入每个燃烧器的空气分配均匀。大风箱入口风速很低，可以当作静压风箱。每一层风室的旋流燃烧器的中心风均通过同一个中心风母管供给，中心风的母管两端入口处也安装有电动调节挡板，可以用来调节开度，控制风量。

3燃烧器烧损及原因分析

3.1在某次检修后发现炉膛后墙上部D、E层燃烧器烧损较多，导致D、E层燃烧器变形严重，损坏设备且造成喷燃嘴处结焦。

3.2烧损原因分析

通过在燃烧器一次风筒外侧加装温度测点（距离燃烧器喷口端部300mm左右），并做专项试验分析了不同因素对燃烧器烧损的影响。

3.2.1磨煤机组合方式对燃烧器壁温的影响。分析了不同磨煤机组合方式下，停运燃烧器壁温实际情况。相关试验均在停运燃烧器二次风门开度处于20%左右下进行。

在机组正常运行时，负荷较低情况下，A、B、C三台磨组运行。发现燃烧器停运后的壁面温度明显高于投运时燃烧器壁面温度。例如在200MW负荷左右，D、E层燃烧器在投运时壁温均在300℃以下，停运时则达500℃以上（D1最高到733℃），变化幅度达200℃以上，具体如图3、图4所示。由此可见，试验锅炉的燃烧器烧损主要发生在燃烧器停运时段内。

图3   D层燃烧器投运停运壁温对比          图4   E层燃烧器投运停运壁温对比

3.2.2二次风量对燃烧器壁温影响。不同磨煤机组合方式下，进行了变二次风试验， 观察停运燃烧器壁温实际情况。相关试验均在停运燃烧器二次风门开度处于20%、35%和50%下进行。

3.2.2.1从ABD磨煤机组合方式下，停运的C层、E层燃烧器平均壁温随二次风门开度变化的实际情况可以看出，随着二次风门开度逐渐增大，C、E层燃烧器壁温呈下降趋势。其中C层燃烧器壁温在该种磨煤机组合下一直处于较低水平，而E层燃烧器的平均壁温从初始的599℃下降至514℃，可见有二次风量增大能增强冷却效果，但在50%二次风门开度条件下E层燃烧器壁温仍处于较高水平（如图5所示）。

图5

在ABD磨煤机组合方式下，炉膛火焰中心靠近后墙（D/E层燃烧器侧），使得前墙C层燃烧器壁温较低，但后墙E层燃烧器即使处于底层但壁温仍处于较高水平，二次风门开度的增大对E层燃烧器有一定的冷却作用，但不十分明显。

3.2.2.2从ABE磨煤机组合方式下，停运的D层燃烧器壁温随二次风门开度变化的实际情况，可以看出随二次风门开度增大，D层各燃烧器壁温均有明显降低。特别是D1燃烧器壁温从初始的733℃的高温降至580℃。另一方面，增大D层燃烧器的冷却用二次风量时，炉膛出口烟气温度测点的指示值仅升高约8℃，但未对锅炉排烟温度、CO浓度等运行参数产生影响（如图6所示）。

图6

在ABE磨煤机组合方式下，停运时D层燃烧器的冷却用二次风量增大，对降低其燃烧器壁温有明显作用。在ABE磨煤机组合方式下，增加停运时D层燃烧器的冷却用二次风门开度到50%对防止燃烧器烧损以及火焰偏斜具有积极作用，且未对炉膛燃烧状况产生不利影响。

4结论

燃烧器在停运时，极易发生燃烧器烧损事故，停运的时候，燃烧器中心风量的不足是导致燃烧器烧损的重要原因。电厂E层燃烧器作为最上层燃烧器，停备时间长，为了防止E层燃烧器在停运期间被烧损变形，将E层对应的风箱风门调节挡板开度调整为30%。并且开大停运燃烧器所对应的二次风门挡板，对冷却燃烧器的一次风扩锥、二次风扩锥有利，然而由于内二次风、外二次风为旋流风，其通过喷口进入炉膛后仍会卷吸高温烟气至燃烧器一次风喷口附近，风箱风门挡板开度越大，燃烧器的中心回流越强。由于中低负荷下炉膛风箱压力较小（约100Pa），E层燃烧器停运期间中心风母管开度也较小，中心风量小，对中心回流区的破坏作用明显不足，造成燃烧器烧损。

三台磨煤机（A、B、C）组合方式下，火焰中心偏向后墙是燃烧器烧损的次要原因。机组日常白天负荷稳定在230MW左右，此负荷下投运三层燃烧器，且习惯投运A、B、C层。在这种组合方式下，前墙投运了两层燃烧器，后墙仅投运了下层燃烧器，由于后墙中间D层的燃烧器二次风箱风门挡板开度、中心风调节挡板的开度均比较小，使得炉膛内火焰的中心向后墙偏移，使后墙停运的D层燃烧器和后墙停运的E层燃烧器壁温明显上涨，最后造成D、E层燃烧器的中心风筒、一次风喷嘴、二次风扩锥烧损变形。

5防范措施

E层燃烧器停运时，维持其对应的风箱风门挡板开度在20%-30%，调整E层中心风母管风门开度至100%，增大中心风量，以破坏中心回流区。

当机组处于中低负荷，投运A、B、C三层燃烧器时，将停运的D层燃烧器对应的风箱风门挡板开度开大到50%，中心风开度置于50%-100%，以将火焰中心推至炉膛深度方向的中间，防止D层、E层燃烧器因火焰中心靠后墙而烧损。

6结束语

旋流燃烧器在墙式对冲燃烧锅炉的烧损较为常见，通过专项试验分析了不同因素对燃烧器烧损的影响，通过配风调节使燃烧器烧损得到根本缓解，为燃煤发电机组的相似事故做出了重要参考价值，为电力行业同类型机组的相似问题处理积累了技术经验。

参考文献

【1】徐通模.金安定.温龙.锅炉燃烧设备[M].北京：西安交通大学出版社.1990.

【2】胡荫平著.电站锅炉手册.北京：中国电力出版社.2005

【3】夏季，彭鹏，华志刚，et al. 燃煤电厂分磨掺烧方式下磨煤机组合优化模型及应用[J].中国电机工程学报.2011.31(29).