国能宿州350MW机组#6炉偏烧原因分析.pdf

电力系统2023.6 电力系统装备丨49Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment1 概述1.1 锅炉概况国能宿州热电公司350 MW 机组，锅炉为超临界变压直流炉，一次再热，前后墙对冲燃烧，单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。燃烧设备系统为前、后墙布置，采用对冲燃烧、旋流式燃烧器系统，前墙布置3层，后墙布置2层双旋风煤粉燃烧器，每层4只，共20只燃烧器。正压直吹式制粉系统，5台中速磨煤机，每台对应一层4只燃烧器。同时在前、后墙各布置一层燃烬风喷口，其中2只侧燃烬风喷口，4只燃烬风喷口。1.2 燃烧器组成国能宿州热电公司燃烧器采用外浓内淡型低 NOx旋流燃烧器，其将燃烧器内的空气主要分为四部分：一次风、内二次风、外二次风和中心风。一次风携带经磨煤机研磨并干燥后的煤粉通过一次风风粉管进入燃烧器，再对煤粉进行浓淡分离后进入炉膛与内、外二次风混合。为实现降低 NOx 排放量的要求，内、外二次风实行分级送风以加强燃烧过程中的浓淡分离效果。内、外二次风分别由独立的手动挡板和手动旋流器拉杆调节风量和旋流强度。外二次风通过燃烧器上切向布置的叶轮式风门挡板来调节风量和旋流强度，风门开大，风量大，旋流强度小。内二次风旋流器为固定式，叶片倾角为60，风门开大，风量大，旋流强度大。内外二次风挡板的最佳位置在燃烧调整试验时确定，一般在正常运行过程中不作调整。燃烧器内设有中心风，用作调节燃烧器中心回流区的位置，控制着火点。同时起到冷却、防止烟气倒灌及灰渣积聚的作用，中心风设有手动调节挡板，用于调节其风量大小。燃烧器内、外二次风及中心风均由燃烧器大风箱提供。2 锅炉偏烧问题2.1 问题的提出长期以来，#6炉炉膛出口烟温、氧量及主、再汽温一直存在着偏差，炉膛出口烟温偏差及主再汽温偏差多以甲侧高乙侧低居多，而氧量偏差多以甲侧低乙侧高居多。特别是屏过易超温和主再汽温两侧难以调平的问题尤为突出。在不同负荷及不同制粉系统组合运行下，减温器前温度（一减前温度、再减前温度）和烟温（低再入口烟温、摘 要国能宿州热电公司350 MW 机组#6炉长期以来一直存在着燃烧偏差的现象，由于甲乙侧燃烧存在偏差，从而造成炉膛出口烟温、氧量及主、再汽温偏差，给机组的调整及稳定运行带来很大的影响及安全隐患，特别是屏过超温及主再汽温两侧难以调平，更是严重威胁着机组的安全稳定运行。这个问题长期困扰着生产运行人员，同时也成为影响机组安全运行的一道很难逾越的屏障。文章依据长期的运行调整经验分析了#6炉偏烧的原因，希望可以为大家提供一些有价值的参考。关键词锅炉偏烧；屏过超温；安全隐患中图分类号TK229.66 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06004903Analysis on the Causes of Partial Burning of Boiler#6 of Guoneng Suzhou 350 MW UnitWANG HuabinAbstractThe#6 boiler of Guoneng Suzhou 350 MW unit has been experiencing combustion deviation for a long time.Due to the combustion deviation on the A and B sides,it has caused deviations in the furnace outlet flue gas temperature,oxygen content,and main and reheat steam temperature,which has a great impact on the adjustment and stable operation of the unit and safety hazards.Especially,the overheating of the screen and the difficulty in leveling both sides of the main and reheat steam temperature pose a serious threat to the safe and stable operation of the unit.This problem has long troubled production and operation personnel,and it has also become a difficult barrier to overcome that affects the safe operation of the unit.This article analyzes the reasons for the partial combustion of furnace#6 based on long-term operational adjustment experience,hoping to provide some valuable reference for everyone.Keywordsboiler partial combustion;screen overtemperature;hidden danger国能宿州350MW机组#6炉偏烧原因分析王华彬（国能宿州热电有限公司，安徽宿州234000）电力系统50丨电力系统装备 2023.6Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment低过入口烟温）基本都是甲侧高于乙侧。运行中由于锅炉两侧烟温的偏差，导致甲乙侧一级减温水的流量也存在较大偏差，为了控制甲侧屏过壁温，甲侧一减所用流量很大，有时甚至全开也不足以控制屏过壁温。而乙侧一减的流量则相对较少，甚至全关。甲乙侧一减流量长期的大偏差运行，给锅炉的运行调整和受热面的安全隐患带来了巨大的挑战。2.2 甲、乙、丙磨运行分别对烟温及氧量的影响2.2.1 乙磨运行对烟温及氧量的影响#6炉运行存在着烟温及温度偏差，由乙磨运行时这种差距往往会更大。通过对启停乙磨时运行参数的变化趋势分析，可以看出，停乙磨之前，甲侧一减流量远远大于乙侧一减流量，屏过出口温度及低再入口烟温亦是甲侧高于乙侧，氧量则是甲侧低于乙侧。而停乙磨之后，甲侧一减流量减少，乙侧一减流量增加，甲乙侧偏差逐渐减小，甲乙侧屏过出口温度及低再入口烟温偏差也逐渐减少。氧量也是甲侧升高乙侧降低，两侧偏差减少。启乙磨之后，甲侧一减流量迅速增大，乙侧一减流量逐渐减少，甲乙侧差距逐渐拉大，甲乙侧屏过出口温度及低再入口烟温也逐渐偏差大。甲侧氧量迅速降低，逐渐与乙侧氧量拉大距离。2.2.2 甲磨运行对烟温及氧量的影响通过对甲磨启停后运行参数变化情况进行分析可以看出，甲磨停运后再热器减温水前温度甲乙侧偏差减小，且甲侧氧量（#1）波动小，无多大扰动，甲乙侧氧量偏差也变小。但当甲磨运行时，再热器减温水前温度甲乙侧偏差增大且甲侧氧量（#1）（即再热器烟道内的氧量）变化较大且易急剧降低。特别是高负荷时，更易发生甲侧缺氧现象；低负荷时，由于负荷低，情况不明显，但高负荷时情况就非常严重。2.2.3 丙磨及其他磨运行对烟温及氧量的影响丙磨运行对烟温及氧量的影响，与甲乙磨的影响呈明显相反的态势。丁、戊磨对锅炉燃烧的影响则相对较小，这里就不再说了。2.3 两侧烟温偏差的危害（1）锅炉两侧烟温偏差大，会造成锅炉受热不均，锅炉整体热膨胀不一致，炉体相互拉扯形成变形。受热面受热不均破坏水循环平衡，造成局部过热爆管。（2）由于两侧主、再汽温及屏过壁温的偏差，从而造成甲乙侧减温水用量出现偏差，过大的减温水量会严重影响锅炉运行的经济性。（3）屏过受热不均，易超温爆管。（4）为了控制锅炉屏过超温及单侧主再汽温偏低的问题，往往需要增加送风量，由此带来了锅炉排烟热损失增加、风机单耗增加、锅炉效率下降和燃烧不稳等一系列问题。3 锅炉偏烧原因分析锅炉两侧烟温的偏差，实际上就是由于锅炉燃烧工况存在偏差所造成，也就是偏烧问题。而造成偏烧的原因有两侧燃料不均、两侧配风不均和由于烟气阻力不同而造成的烟气流量不均等。但是，针对于#6炉的偏差问题，国能宿州热电公司多次请来了南京电科院和西安电科院的专家来进行锅炉性能实验，以此来查找偏烧的原因，但最终的结果却并不令人满意。根据电科院给出的测量数据，#6炉5台磨的一次风速和出口粉量都存在着较大的偏差。综合不同磨组合方式下的粉管粉量偏差，都是乙侧明显大于甲侧。如果再把不同磨组合下的一次风速偏差也计算一下，会发现也是乙侧大于甲侧。依据这些数据，锅炉燃烧偏差理应是乙侧烟温高于甲侧才对，但实际情况却恰恰相反。3.1 就地燃烧情况分析通过看火孔可以观察到#6炉火嘴着火燃烧情况，各个火嘴的燃烧情况存在着很大的差别。其中甲磨和乙磨的#1火嘴（甲侧）出口处着火点特别近，火焰及烟气明显旋流强度大，范围广；而甲磨和乙磨的#4火嘴（乙侧）出口处着火点明显远，火焰及烟气的旋流强度很小，长长的煤粉气流非常明显，且火嘴附近及东侧墙水冷壁基本无烟气扩散。通过看火孔能够很清晰地看到水冷壁和火嘴情况。后墙丁、戊磨的#4火嘴旋流强度稍偏大，着火点较近，其他基本正常。从整体上来讲，整个炉膛的燃烧呈东北角偏远、其他三角偏近的态势，燃烧基本压向后墙偏甲侧。在进炉膛检查时，发现火嘴附近水冷壁表面附有未燃尽的炭黑存在，特别是在炉膛西侧墙偏前墙的大片位置和炉膛东侧墙偏后墙的大片位置，位置高度从下层火嘴到上层火嘴上方。水冷壁表面附有未燃尽炭黑的位置正好验证了锅炉偏烧的问题，其中东侧墙偏前墙的位置水冷壁较干净，也说明甲乙磨#4火嘴着火点较远。上述燃烧情况才是造成#6炉两侧烟温偏差、形成偏烧的根本原因。而造成上述燃烧情况的原因则是旋流强度和一次风速偏差。（1）甲乙磨甲侧火嘴（#1）二次风旋流强度大，扩散角大，回流量大，卷吸煤粉能力强，射程近，着火点也近，而乙侧火嘴（#4）二次风旋流强度小，卷吸煤粉能力差，射程远，着火点远。甲乙两侧火嘴卷吸程度的不同和射程的远近，必然造成燃烧的偏差，形成乙侧压向甲侧的态势。另外，丁、戊磨的#4火嘴（乙侧）着火点较近，无法顶住甲乙磨#4火嘴的前冲，也加剧了燃烧的偏差。（2）根据电科院给出的资料可以知道，无论采取哪电力系统2023.6 电力系统装备丨51Electric System2 0 2 3 年第6 期2023 No.6电力系统装备Electric Power System Equipment种磨的组合，乙侧的一次风速均大于甲侧，风速大的一侧会把火焰往风速小的一侧压，从而也造成了燃烧偏向于甲侧。（3）旋流强度的不同，是因为内外二次风的开度不同所致。外二次风旋流强度大，则风量小，而旋流强度小，则风量大。甲乙磨甲侧的外二次风量明显小于乙侧，易造成缺氧，燃烧推迟，从而造成甲侧出口烟温偏高。这也是造成甲侧氧量偏小的原因之一。另外，过大的旋流强度会造成火焰扫墙，煤粉燃烧不完全，从而导致燃烧推迟，过后燃烧使炉膛出口烟温升高。（4）根据电科院给出的资料，5台磨中只有甲磨甲乙两侧的粉量偏差为正值，也就是说甲磨甲侧的粉量（#1、#2）要大于甲磨乙侧的粉量（#3、#4），所以，同样的风量甲磨甲侧更容易缺氧，更何况甲磨甲侧的风量本就偏小。3.2 各火嘴旋转方向分析根据锅炉厂家给出的火嘴旋转方向图，可以清晰地看到各个火嘴的旋转方向，其中，A1、A3、B2、B4、C1、C3、E4、E2、D3、D1均为逆时针旋转，而 A2、A4、B1、B3、C2、C4、E3、E1、D4、D2均为顺时针旋转。相邻两个火嘴，无论是上下还是左右，其方向均为相反。两个火嘴的旋转方向相反，其共同的影响就是增加了煤粉旋转的切向速度，但方向有的向上、有的向下、有的速度大、有的速度小罢了。这里重点说明几个火嘴旋转方向的影响。A1和 A2的旋转切方向向下，A2和 A3的旋转切方向向上，A3和 A4的旋转切方向向下，B1和 B2的旋转切方向向上，B2和B3的旋转切方向向下，B3和B4的旋转切方向向上。因为 A1和 B1火嘴的旋流强度特别大，所以 A1和 A2、B1和 B2分别对燃烧的影响就会特别大，在 A1和 A2的共同作用下，煤粉会加速向下运动，B1和 B2的共同作用，煤粉会加速向上运动。由于乙磨#1、#2火嘴共同作用，使大量煤粉加速向上运动，导致火焰上移，烟气温度升高。虽然甲磨#1、#2火嘴共同作用，也加快了煤粉的运动，但由于其方向向下，相应地减弱了效果。A3和 A2的共同作用使得煤粉上移，同时使其上移速度加快，当乙、丙磨停止时，因甲磨上面没有阻挡，极易造成屏过超温。4 偏烧造成的烟温及主再汽温偏差分析（1）由于锅炉的偏烧造成了整个炉膛的燃烧形成一个偏向甲侧的三角形态势，从而造成甲侧炉膛出口烟温及烟气量均会明显大于乙侧。所以，只要甲、乙磨运行就会存在燃烧偏差，特别是甲乙磨同时运行时，这种偏差的程度会更大。同时，烟温偏差也造成了水平烟道中的高过高再及尾部烟道中的低过低再的吸热量偏差，从而造成了主再汽温的偏差（甲侧高乙侧低）。由于炉膛乙侧燃烧始终偏向于后墙（甲乙磨#4火嘴射程远，丁戊磨#4火嘴射程近，导致乙侧燃烧推向后墙），造成了乙侧屏过的吸热量明显减少（低于甲侧），使屏过乙侧出口汽温偏低，也进一步降低了乙侧主汽温度。这也是乙侧主汽温下降的另一个重要原因。从屏过甲乙侧进出口温度及甲乙侧一减流量的偏差来看，基本上都是甲侧屏过温度及一减流量高，而乙侧较低，特别是一减流量更为明显（甲侧非常大乙侧非常小），这也说明屏过甲侧的吸热量要明显大于乙侧，原因是烟温高，再就是燃烧靠近前墙；而乙侧屏过的吸热量则偏小，原因与甲侧相反。由于屏过出口壁温大部分情况都是8、9点（甲侧）温度偏高，且极易超温，而2、3点（乙侧）比较低，也再一次说明了甲侧屏过的吸热量要明显大于乙侧。（2）甲、乙磨甲侧火嘴旋流强度大，风量小，特别是甲磨甲侧出粉量大，更易造成缺氧，煤粉推迟燃烧，使甲侧炉膛出口烟温偏高；同时过大的二次风旋流强度，容易造成煤粉扫边，燃烧不完全，推迟燃烧，使得甲侧炉膛出口烟温升高。甲乙磨乙侧火嘴旋流强度小，风量大，不易造成煤粉扫边，同时，由于乙侧风量偏大，也使得炉膛烟温冷却较多。当然，由于乙侧火嘴二次风旋流强度小，风量大，也会造成燃烧上移及推向后墙的问题存在，这也是尾部烟道入口烟温乙侧升高的一个原因。（3）不同磨的组合会造成炉膛烟温的变化和反转，特别是有丙磨运行时。这是因为丙磨的甲侧风量大，而且其四个火嘴不偏斜，另外，丙磨位于最上层位置，覆盖着下面的甲乙磨火嘴，从而减弱了甲乙磨偏烧造成的影响。所以，只要有丙磨运行，烟温偏差就会小很多，甚至反转。5 结论国能宿州热电公司#6炉出口烟温偏差，即锅炉偏烧，一直是困扰锅炉运行的一大难题。虽然经过多家电科院的试验和调整，但一直效果甚微。由于偏烧带来的一系列问题，给锅炉的安全经济运行带来了巨大的隐患，增加了燃烧的不稳定性，也降低了锅炉效率。本文从实际运行调整方面客观地分析了造成锅炉偏烧的原因，希望从根源上消除燃烧偏差，以此来提高锅炉的安全经济运行。参考文献1 张晓梅.燃煤锅炉机组 M.北京：中国电力出版社，2006.2 华东六省一市电机工程（电力）学会.锅炉设备及其系统M.北京：中国电力出版社，2006.