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【摘要】：介紹了華能珞璜電廠W 型火焰鍋爐在燃燒劣質(zhì)煤時候火焰中心偏移帶來的問題，加于分析并提出防止措施
【關(guān)鍵詞】： W 型火焰火焰中心
華能珞璜電廠現(xiàn)有 4 臺360MW 機組，全套發(fā)電設(shè)備從法國ALSTHOM 公司引進，鍋爐及其附屬設(shè)備由法國STEIN公司制造，鍋爐型式為W 型火焰、亞臨界參數(shù)、中間再熱、強制循環(huán)、雙拱爐膛、固態(tài)排渣、燃煤汽包爐。鍋爐系統(tǒng)和其附屬設(shè)備參照法國的BOUCHAIN 電廠燃煤機組設(shè)計。制粉系統(tǒng)采用兩套中間倉儲式鋼球磨煤機，閉式布置，干燥介質(zhì)為煙氣和熱風混合物，分別從兩側(cè)的冷灰斗上部抽出，乏氣從前后墻送入爐內(nèi)。
燃燒器采用直流縫隙式燃燒器，布置在爐膛前后拱上。每臺鍋爐配置有18臺給粉機，36 個煤粉燃燒器，每臺給粉機輸出的煤粉供給2 個燃燒器。一次風、二次風從雙拱頂垂直向下噴入爐膛，一、二次風噴口交錯平行布置。這種排列有利于保證爐膛出口煙氣溫度和氣流分布的均勻性，并形成雙流程使煤粉在爐內(nèi)停留時間增加，有利于無煙煤的緩慢燃燒提高了燃燼度。鍋爐設(shè)計煤種為松藻無煙煤 揮發(fā)份9.31%，低位發(fā)熱量21.604 MJ/kg，應(yīng)用基灰30.45%。自從2003 年煤質(zhì)變化以來，燃煤質(zhì)量不斷惡化?；曳輳?1%上升到35%，揮發(fā)份從10%左右下到8～9%，熱值從21MJ/KG 左右下降到15～18MJ/KG，各項指標都超出鍋爐燃燒的設(shè)計下限，圖一 W 火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動力場2007 中國電機工程學會年會論文集?廣東東莞鍋爐燃燒穩(wěn)定性大大減弱，安全經(jīng)濟性受到很大影響，除了一般的鍋爐熄火，四管磨損加重外，還帶來了很多原來沒有遇到的問題和事故。
這些問題中比較典型的有：2004年年9 月#2 爐發(fā)生爐冷灰斗堆渣結(jié)焦事故；2005 年2 月#3 爐冷灰斗前墻較大面積的水冷壁橫裂爆管；2005 年底#1機組負荷經(jīng)常連續(xù)高負荷運行，爐底靠近右側(cè)墻處冷灰斗后墻水冷壁管砸漏而被迫停爐事故。燃燒異常造成的鍋爐事故嚴重威脅著全廠的安全經(jīng)濟運行，其危害性超過一般意義上的爆管和熄火。燃燒劣質(zhì)煤如何保證鍋爐安全運行已經(jīng)成為擺在我們專業(yè)技術(shù)人員面前的首要問題。為此，我們從鍋爐燃燒入手深入調(diào)查研究，通過分析發(fā)現(xiàn)，造成以上比較嚴重事故的共同原因就是煤質(zhì)變化，鍋爐火焰中心偏移正常位置造成的。#2 爐爐底冷灰斗堆渣結(jié)焦：2005 年9 月10 日，發(fā)現(xiàn)#2 爐撈渣機不出渣，檢查發(fā)現(xiàn)撈渣機頂部已經(jīng)被
渣、焦堵起。停爐后觀察，除＃1 撈渣機上部未堵死，#2、#3、＃4 撈渣機上部焦渣呈鐘乳石狀，完全堵死。7.5M人孔觀察，焦渣齊平A 側(cè)人孔。爐水冷壁四周大量厚焦附掛現(xiàn)象，噴燃器無掛焦現(xiàn)象。
經(jīng)過檢修和運行及專業(yè)人員多次分析，還邀請了四川中試所搞燃燒的有關(guān)人員參加，從管理和設(shè)備及技術(shù)上深入分析了結(jié)焦的原因。
結(jié)焦的主要原因分析：
1．煤質(zhì)差，灰份大部在35%左右；
灰含量增加，產(chǎn)生的大渣量多，#1 撈渣機停運檢修時間過長，導(dǎo)致#1 撈渣機上首先堆渣。2、＃2 爐燃燒特性不好，在煤質(zhì)變差的情況下，著火推遲，并且進入下爐膛，一次風粉氣流在向下流程中燃燒不好，加上制粉系統(tǒng)的工況極差，乏氣風帶粉多，很多未燃燒的煤粉掉下到渣斗,正遇#1 撈渣機堵塞,煤粉在焦渣上燃燒(部分仍未燃燒), 逐漸產(chǎn)生結(jié)渣。
#3 爐冷灰斗水冷壁橫裂爆管
2005 年2 月#3 爐冷灰斗水冷壁發(fā)生爆管。進入爐膛內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)冷灰斗水冷壁部分地方覆蓋有爐渣，覆蓋有焦渣的水冷壁有橫向裂紋。進一步檢查有裂紋管子發(fā)現(xiàn)，管子表面上有黑色熔融物和白色的垢層。裂紋沿管子表面橫向開裂且均由外壁向內(nèi)壁發(fā)展，損傷管子表面有較為嚴重的機械損傷麻點。
對管子上覆蓋的不同形態(tài)的焦渣的能譜分析表明：覆蓋在管子表面上的熔融物和黑灰色粉末主要含AI 、Si 和Fe 元素。管壁上的白色垢物主要含S 、Si、Ca、 AI,其中S 元素含量高達25%（重量百分比）。沉積在管子表面的垢層中的硫及堿性物，在一定條件下形成復(fù)合硫酸鹽，硫酸鹽在高溫下是不穩(wěn)定的，發(fā)生分解而造成管子外壁的高溫腐蝕。
開裂管裂紋的金相組織觀察和掃描電鏡觀察表明：裂紋為穿晶斷裂，裂紋尖端為圓鈍，斷裂面上有清晰的相互平行的弧行疲勞條紋，為典型的熱疲勞特征。原來肉眼觀察不到的裂紋樣管，拉裂后試樣向火面顯露出明顯的宏觀裂紋，其度為1mm，表明損傷管上已經(jīng)產(chǎn)生肉眼觀察不到的微裂紋。
鍋爐啟動后就地觀察燃燒發(fā)現(xiàn)，撈暗。7.5 米處觀火孔溫度在800℃～900℃。其它正常鍋爐撈渣機處觀火是黑色，沒有亮光，7.5 米處觀火孔溫度的只有600℃～700℃。產(chǎn)生裂紋原因分析：通過金相分析和燃燒分析，造成裂紋的主要原因是鍋爐著火不穩(wěn)定，燃燒推遲，燃燒不好時候一次風粉氣流下沖接近冷灰斗后才開始燃燒，造成火焰沖刷冷灰斗，使此區(qū)域處于高溫狀態(tài)。由于燃燒處于波動2007 中國電機工程學會年會論文集?廣東東莞狀態(tài)，造成火焰時而下舔冷灰斗水冷壁，時而又上移，產(chǎn)生了交變熱應(yīng)力引起熱疲勞。加上由于結(jié)渣后硫酸鹽腐蝕
速度非?？欤诙虝r間內(nèi)就會給管子造成嚴重損害，所以在有焦渣堆積的地方首先出現(xiàn)裂紋。
而裂紋只在前墻冷灰斗水冷壁產(chǎn)生的原因是在實際運行中后墻燃燒器的粉管布置過長，轉(zhuǎn)向多，容易發(fā)生堵管，運行人員習慣把前墻給粉機轉(zhuǎn)速加大，前墻給粉量相對較多造成火焰偏向前墻。
#1 爐冷灰斗爆管事故
2005 年12 月18 日，正值電網(wǎng)負荷緊張，電廠開足馬力連續(xù)高負荷，為完成全年發(fā)電任務(wù)沖刺時候， #1 爐多次出現(xiàn)運行中爐內(nèi)掉大焦、大渣故障，造成撈渣機、碎渣機多次停運，更為嚴重的是，12 月18 日，在吹灰時候爐膛內(nèi)落下巨大焦塊，將冷灰斗水冷壁砸壞。鍋爐停運后進入爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)后墻冷灰斗水冷壁爆管從左側(cè)開始第三根泄漏，泄漏的高壓水還沖傷了前墻及側(cè)墻水冷壁23 根。第一個爆口在焊口位置，經(jīng)過分析是在外來力量沖擊下焊口處爆管。在冷灰斗水冷壁處沒有發(fā)現(xiàn)吹灰槍或其它異物，故應(yīng)是大焦落下造成的。
造成結(jié)大焦的原因分析：從12 月1
日開始以來，#1 機組連續(xù)高負荷運行，鍋爐熱容量增加造成著火提前。后來在同等條件和燃燒工況下檢查發(fā)現(xiàn)在離燃燒器1.7 米處的28 米層觀火孔處火焰發(fā)白，測量后記錄最高溫度高達1300℃以上，其它正常運行鍋爐為1100℃～1200℃，證實了著火提前火焰中心過高。另外在爆管前一段時間煤質(zhì)變化大，灰份含量12 月18 日達到37.78%，導(dǎo)致鍋爐容易結(jié)焦。
以上事故發(fā)生都在冷灰斗水冷壁，分析其原因主要就是火焰中心偏移正常位置。煤質(zhì)不好就出現(xiàn)燃燒著火推遲，火焰下沖冷灰斗；在連續(xù)高負荷、熱負荷高、燃燒好的鍋爐則造成著火提前，結(jié)大焦砸傷冷灰斗水冷壁。根據(jù)了解，近幾年有很多燃燒劣質(zhì)煤的W 火焰鍋爐都發(fā)生過嚴重的爐底結(jié)渣、橫裂爆管、和其它燃燒異常引起的類似事故。為什么會造成這些事故呢？
主要原因有：1、W 型火焰鍋爐的特性是火焰中心容易上下波動。W 火焰鍋爐爐內(nèi)煤粉與一次風氣流向下噴進爐膛后起初向下流動，在二次風的伴行下漸漸彎曲上升而在爐膛中形成大W 型火炬。從爐內(nèi)流動圖譜的正確組織來看，W 型火炬應(yīng)該把大部分爐膛容積充滿而加以利用。在著火距離發(fā)生變化時候，火焰中心就會容易發(fā)生向上、向下偏移。如果著火提前，火炬轉(zhuǎn)向太早，W 型火炬很短，那樣爐膛充滿不良，爐膛上部靠近燃燒器處附近和四個墻角部位容易結(jié)焦；如果著火推遲，火炬轉(zhuǎn)彎過晚，W型火炬就會沖擊爐墻下部?；鹧嬷行牟徽６虝r也許不會帶來太大問題，但長時間運行就會給鍋爐安全運行帶來極大的威脅。我廠鍋爐正常火焰中心和幾次事故火焰溫度場及火焰中心變化簡圖如下所示：
正?；鹧嬷行恼；鹧嬷行模紵鞒隹谟^火孔處為金黃色火焰，溫度在1000℃～1200℃爐底撈渣機處觀火孔看不到亮光，溫度低，測不到溫度。28 米觀火孔撈渣機觀察孔
圖二 W 火焰正常火焰中心
2007 中國電機工程學會年會論文集?廣東東莞#2 爐著火推遲嚴重，在煤粉氣流下沖階段沒有燃燒，在轉(zhuǎn)向后才開始燃燒，造成爐底堆渣。燃燒器出口觀火孔處看不到連續(xù)火焰，溫度在700℃～1000℃。爐底撈渣機處觀火孔看不到亮光，經(jīng)?？吹轿慈纪甑拿悍郏瑴囟鹊?，測不到溫度
#3 爐著火推遲，火焰直接沖刷冷灰斗造成爐底水冷壁橫裂。燃燒器出口觀火孔處看不到連續(xù)火焰， 溫度在900℃～1100℃。爐底撈渣機處觀火孔可以看到亮光。#1 爐著火提前，火焰上移造成結(jié)大焦砸傷冷灰斗水冷壁。燃燒器出口觀火孔處火焰明亮，部分呈刺眼白色，溫度在1200℃～1400℃。
2、對 W 火焰鍋爐運行的特性了解不足。W 火焰鍋爐在國內(nèi)運行時間只有十多年，國內(nèi)外對于W 型火焰鍋爐的爐內(nèi)動力場缺乏系統(tǒng)的理論研究，沒有指導(dǎo)W 型火焰鍋爐運的成熟理論，特別是沒有在煤質(zhì)大幅變化下運行經(jīng)驗。大家對這種爐型對煤質(zhì)變化的適應(yīng)性了解還不夠清楚，對火焰中心變化帶來的危害性估計不足。
3、運行人員和管理人員對燃燒
的判斷過于依賴爐膛負壓、水位和爐膛溫度監(jiān)視。但是W 火焰鍋爐下爐膛布置大量的衛(wèi)燃帶，基本上是絕熱燃燒，雖然燃燒器出口著火推遲但是火焰轉(zhuǎn)向后仍能穩(wěn)定燃燒，火焰的穩(wěn)定性很好，爐膛負壓、水位、和爐膛溫度監(jiān)視并不能真實反應(yīng)爐內(nèi)火焰的分布和充滿度，這幾次著火距離發(fā)生雖然發(fā)生變化，爐膛負壓和水位卻能保持相對穩(wěn)定。加上由于火焰中心變化的幅度不大，對主汽、再熱汽溫也沒有造成明顯影響，沒有引起運行人員和技術(shù)人員的重視。結(jié)論和措施：
煤質(zhì)變化會對鍋爐著火發(fā)生很大影響，引起W 型火焰上移或者下移，如果不重視就會造成很多嚴重的事故。為此需要采取以下措施：
1、加強對鍋爐著火情況和火焰
中心的巡視檢查。改變原來認為只要鍋爐爐膛負壓穩(wěn)定、爐膛溫度穩(wěn)定燃燒就正常的觀念。要求運行巡視人員每班至少到鍋爐觀火孔檢查火焰四次，特別是28 米層觀火孔和撈渣機觀察孔，發(fā)現(xiàn)結(jié)
焦或者火焰上移或者下移都要及時通知機組人員和值長，機組人員根據(jù)火焰
和燃燒情況，及時調(diào)整。
2、進行混煤燃燒。由于單純松藻無煙煤揮發(fā)份降低，熱值降低，灰份增加超過鍋爐的穩(wěn)燃極限。為了保證讓煤粉著火正常，我們在無煙煤中摻入28 米觀火煤粉氣流撈渣機觀察
20%～30%的貧煤，把揮發(fā)份提高到10%。采取混煤燃燒后燃燒大大好轉(zhuǎn)，火焰也很少發(fā)生偏移現(xiàn)象。
3、運行中加強配風工況調(diào)整，調(diào)整拱頂二次風A、B、C 的開度，使火焰不貼壁；調(diào)節(jié)二次風使其提供充足的氧量保證煤粉的充分燃燒；調(diào)節(jié)一次風，使火焰長度合適；控制氧量在4%-6%之間，嚴防缺氧燃燒，在缺氧狀態(tài)的還原性氣氛中灰熔點會大幅下降，誘發(fā)嚴重的結(jié)焦、積渣。
4、在發(fā)現(xiàn)火焰下移時候要立即減少拱頂風，開大靠近爐膛中心的C 排風，開大減小一次風壓，開大側(cè)墻三次風，抬高火焰。如果著火推遲嚴重以上調(diào)整沒有改觀時需要暫時投油助燃。
5、發(fā)現(xiàn)著火提前，火焰偏高則要開大拱頂風，增加貼壁風A、B 排風量，增加一次風壓，關(guān)小側(cè)墻風把火焰下壓。
6、根據(jù)煤種的變化情況及時進行燃燒調(diào)整，避免大起大落，幅度太大。
7、堅持鍋爐定期吹灰工作，根據(jù)汽溫變化、減溫水量變化鍋爐垮灰、垮焦情況可適當增加吹灰次數(shù)。
8、燃料上煤煤質(zhì)發(fā)生變化時，要及時向值長匯報清楚。值長要通知到機組長及值班人員，并做好記錄，以便值班人員提前做好預(yù)想。通過采取以上措施后鍋爐運行的穩(wěn)定性好轉(zhuǎn)，沒有發(fā)生因為燃燒問題引起的爆管，但是對W 火焰鍋爐燃燒劣質(zhì)煤的安全問題仍然需要專家和專業(yè)人員不斷探索和實踐。
結(jié)束語：
W 火焰鍋爐火焰中心長期偏離正常位置，會給鍋爐安全運行帶來極大的隱患，如爆管、結(jié)焦、積渣等，必須引起W 火焰鍋爐運行人員和技術(shù)人員的重視。在當前煤質(zhì)惡化的情況下，要加強燃燒調(diào)整、采取混煤燃燒等措施保證鍋爐安全穩(wěn)定。
參考文獻：
【1】 《2027t/h“W”火焰型鍋爐結(jié)焦、積渣原因分析》作者：秦占峰 黃貴臣 李道波
全國火電大機組（600MW 級）競賽第9 屆年會
【2】 《“W”火焰型鍋爐及其應(yīng)用現(xiàn)狀》作者：車剛 郝衛(wèi)東 電站系統(tǒng)工程 第20 卷 第一期作者簡介：
周剛 1974 年7 月 男 籍貫 云南 學歷：工學碩士 職稱：工程師 研究方向 ：鍋爐燃燒__
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