电站锅炉频繁掉焦灭火原因分析及对策.ppt

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电站锅炉频繁掉焦灭火原因分析及对策,主要内容,立项背景设备简介燃烧器改进情况掉焦灭火情况试验研究原因分析改进措施改进后效果结论浓淡燃烧器的现状与国内水平浓淡燃烧器风速特性研究的比较论文发表及获奖情况,一、立项背景“节能减排”是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。

保证锅炉的高效、环保、安全、稳定运行一直是锅炉科技工作的一项重要的任务。

结焦的危害：

锅炉结焦对锅炉的安全、经济运行及可靠性有很大的影响。

使水冷壁的传热热阻增加；导致主蒸汽和再热汽温度升高；炉内空气动力场受到影响；大焦块掉落冲灭煤粉火炬。

选择娘子关电厂的依据3#和4#锅炉自1999年以来一直频繁发生掉焦灭火事故。

3#炉从2003年起使用可调节撞击块式水平浓淡分离器。

4#炉从2001年使用可调节挡板式水平浓淡分离器。

4#炉采用一、二次风反切及侧二次风燃烧技术。

本课题的目的从“理论界认为成熟的水平浓淡分离器可以防止结渣与高温腐蚀，同时减低NOx排放”出发，结合“娘子关发电厂3#和4#锅炉频繁掉焦灭火”的实际情况，在燃烧优化调整的同时，把“410t/h煤粉锅炉当成实验炉”，进行水平浓淡分离器风速特性的试验研究，探讨电站锅炉频繁掉焦灭火的规律。

以便为各种频繁发生掉焦灭火的大容量电站锅炉进行优化调整，达到锅炉安全经济运行的目的。

本课题研究的技术路线*燃烧优化调整：

保证四角风粉的均匀性，防止火焰中心偏斜，合理分配各层二次风量，合理利用侧二次风、中间二次风。

保证进入炉膛内的风量。

*优化调整水平浓淡分离器：

掌握水平浓淡分离器的特点，研究燃烧器出口浓淡侧风速与风量、风速与调节挡板的特性，保证运行中火焰的中心，保证炉内水冷壁附近处于氧化性气氛。

本课题研究的优势*对许多电厂进行了燃烧优化调整试验，有丰富的现场经验，了解运行人员调整的思路，熟悉现场锅炉的结构及系统。

*在410t/h煤粉锅炉上进行风速与风量、风速与调节挡板的特性试验，可以在各种风量、各种挡板开度下进行试验，试验数据直观可靠，没有各种各样的数据修正。

*国内外的院校及科研机构，大多应用数值模拟分析的方法进行研究，结论存在一定的局限性。

即使有些科研机构在实验台上进行实验，模拟炉的容量也远远小于410t/h的锅炉。

本课题研究的技术难点*娘子关电厂属于备战时期的建造，空间狭小，设备不规范，已运行三十多年，设备严重老化。

尾部受热面漏风严重，在接近额定负荷时，受到引、送风机出力的限制，炉膛出口氧量只能得到2%左右，远远低于一般运行中要求的46%，实际进入炉膛的风量不足对于防止锅炉结焦非常不利。

*对于燃烧器的改进，应用了无弯曲板的水平浓淡分离器技术，国内很多电厂改造时，应用较多的是有弯曲板的水平浓淡分离器技术，没有可以直接参考的成功经验。

3#炉用的是撞击式浓淡分离器，实际上是弯头和撞击块组合式浓淡分离器。

4#炉用的是调节挡板结构，即弯头和调节挡板组合式浓淡分离器，而且4#炉还采用了一、二次风反切及侧二次风燃烧技术。

二、设备简介,娘子关发电公司#3和#4炉为HG410/100-8型锅炉，单汽包、自然循环，四角切圆燃烧方式、“”型布置、固态排渣煤粉炉。

炉膛四周布置膜式水冷壁，炉膛出口处布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器，炉顶、水平烟道及转向室有顶棚管及包墙管，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器，每台锅炉配有两台湿式排渣装置。

2001年7月大修期间（#4锅炉）,三、燃烧器改进情况,一次风采用煤粉浓淡分离器，一、二次风反切，加入侧二次风；下一次风加装了椭圆锥稳燃器和小油枪；原中二次风、上二次风、三次风喷口不变。

改造后的喷燃器为“煤粉浓度挡板可调型水平浓淡喷燃器”。

喷燃器的结构为三个一次风喷口，五个二次风喷口，一个三次风喷口。

四角切圆燃烧，一、二次风反切，其中一次风为顺时针，切圆直径为600mm，二次风为逆时针，切圆直径为1180mm。

中上层燃烧器和下层燃烧器均为浓淡燃烧器，但下层燃烧器出口装有椭圆锥型稳燃器。

2003年11月大修期间（#3锅炉）,改造后的喷燃器为“煤粉浓度撞击块可调型水平浓淡喷燃器”。

喷燃器的结构为三个一次风喷口，五个二次风喷口，一个三次风喷口。

在下中层一次风管内加装浓淡调节挡板，在一次风管靠炉膛出口处装有扩锥型稳燃器。

喷燃器为四角布置，假想切圆直径为950mm。

#3和#4炉结焦的部位基本相同。

焦块主要分布在炉内四角的左右两侧，宽度为12m，高度在上下燃烧器标高2m左右区域，焦厚约为300mm。

其中#3炉主要集中在2#角燃烧器的两侧，#4炉则集中在1#和2#角燃烧器的两侧区域，结焦较#3炉更为严重。

煤种变化对结焦的影响较小。

燃用阳泉各煤矿的煤，锅炉结焦的情况基本相同。

四、掉焦灭火情况,与负荷关系不大。

锅炉出力在70100%范围内，锅炉结焦均严重，在各种负荷下都发生过掉焦灭火现象。

送风量大小对结焦影响较小。

根据一般的运行情况，当进入炉内的风量较大时，锅炉不易结焦。

但#3、#4炉无论送风量大小，结焦程度都会发生。

五、试验研究,燃烧器检查,浓淡分离器挡块（挡板）特性试验,燃烧器检查,#3锅炉燃烧器在炉内对燃烧器进行检查的重点是浓淡燃烧器调节装置的位置（即撞击块插入风道的深度）和V形稳燃器的磨损情况。

经检查发现浓淡燃烧器调节装置的位置很不理想，#4角的撞击块插入深度太深，大约在45%左右，其它三个角大约在25%左右，V形稳燃器浓侧部位磨损比较严重，磨损深度达410mm。

#4锅炉燃烧器在2005年11月4日锅炉临修期间，对#4炉浓淡燃烧器的调节挡板进行了检查，发现处于弯管外弧侧（#1和#2角）的挡板，仅仅运行四年又四个月就已磨光（实际磨掉的准确时间无法确定，但肯定小于四年），处于弯管内弧侧（3#和4#角）的挡板，则只是局部区域有轻微磨损。

浓淡分离器挡块（挡板）特性试验,娘子关电厂3炉浓淡分离器结构简图,娘子关电厂4炉浓淡分离器结构简图,空气动力场试验主要是测试四角一、二次风速的均匀性，重点是一次风出口浓淡两股气流速度偏差情况，以确保火焰中心不发生偏斜。

本试验是在娘子关电厂3、4炉上分别进行的，两台炉均采用了水平撞击式浓淡燃烧器，但分离器结构略有差异。

娘子关电厂3炉所用撞击式浓淡分离器，实际上是弯管和撞击块组合式浓淡分离器，和普通的撞击式浓淡分离器有所不同。

4炉所用撞击式浓淡分离器将撞击块改为可调式挡板结构。

撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变,对娘子关电厂3炉，保持浓淡分离器撞击块插入深度不变，在q1，q2，q3（q1q2q3）三种风量情况下测量四角一次风管中浓淡侧的风速。

通过实际测得的数据对比得出的曲线如图所示。

3炉中一次风浓淡侧风速差随风量增大的变化,撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变,3炉下一次风浓淡侧风速差随风量增大的变化,对娘子关电厂4炉，保持浓淡分离器挡板插入深度不变，一次风风压不变,一次风挡板分别在50，75，87.5，100四种开度情况下测量四角一次风管中浓淡侧的风速。

通过实际测得的数据对比得出的曲线如图所示。

撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变,4炉上一次风浓淡侧风速差随挡板开度增大的变化,撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变,4炉中一次风浓淡侧风速差随挡板开度增大的变化,撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变,4炉下一次风浓淡侧风速差随挡板开度增大的变化,风量一定，撞击块（或挡板）插入深度不同,对娘子关电厂3炉，在保持风量一定的情况下，调节浓淡分离器撞击块插入的深度，测量浓淡侧风速，通过对比得出曲线。

具体变化趋势如图所示。

风量不变，1、2角浓淡侧风速差随挡块插入深度的变化,风量一定，撞击块（或挡板）插入深度不同,风量不变，3、4角浓淡侧风速差随挡块深度的变化,试验结果,当撞击块（或挡板）插入深度不变，风量改变时，由图711不难看出，在3及4炉中无论是中、上一次风还是下一次风，1、2角的浓淡侧风速差均较小，随着风量的增加风速差基本不变。

相反，3、4角浓淡侧风速差较大，且随风量的增大风速差有继续增大的趋势。

1与2角浓淡侧的风速差值非常小，其中3炉1角下一次风浓侧的风速略小于淡侧。

3、4角中上一次风浓淡侧的风速差在3炉中约为2m/s，4炉中约为3m/s，这种现象与撞击块（或挡板）前直管段的长度有关。

当风量一定，撞击块（或挡板）插入深度改变时，1和2角在风量一定的情况下，随着撞击块（或挡板）插入深度的增加，出现先淡侧风速大后浓侧风速大的一个过程。

这主要是由于1、2角浓淡分离器撞击块（或挡板）安装在弯管的外弧侧，当撞击块（或挡板）插入深度较小时对气流的影响较小，由于惯性离心力作用使得外弧侧风速高于内弧侧，即淡侧风速高于浓侧；随着撞击块（或挡板）插入深度的不断增大，其对气流的影响也越来越大，淡侧风速逐渐下降，浓淡两侧风速偏差越来越小；随着撞击块（或挡板）深度的进一步增大，淡侧速度会逐渐小于浓侧，且当撞击块（或挡板）推进到一定深度时，浓淡侧风速差急剧增大。

在图12的试验曲线上可看到浓淡侧风速有一个相等点，并且是唯一的点。

试验结果,3和4角的变化趋势与1、2角的情况差别较大，在相同风量情况下，随着撞击块（或挡板）插入深度的增大，浓淡侧风速差增大。

造成这种变化趋势的原因主要是3、4角浓淡分离器的撞击块（或挡板）安装在弯管内弧侧，在惯性离心力的作用下，外弧侧风速本来就比内弧侧的大；再加上撞击块（或挡板）对气流的影响，使得内外弧侧风速差随撞击块深度增大的趋势更为明显。

只有当插入深度为零时，浓淡侧风速差才最小。

六、原因分析,#3和#4锅炉均采用水平浓淡燃烧器，实际上是弯管和可调式撞击块（或挡板）组合式浓淡燃烧器，由于排粉机位于锅炉的前墙，从排粉机到四个角的一次风管道有所不同，到1、2角的一次风管道位于炉膛的右侧，到3、4角的一次风管道位于炉膛的左侧。

为了保证经过浓淡燃烧器后煤粉浓侧向火、淡侧背火的分布方式，所以在布置时将1、2角的浓淡分离器装在一次风管道弯管的外弧侧，而3、4角则装在弯管的内弧侧。

混合气流在经过弯管时受到惯性离心力的作用，因此经过弯管后的气流流速外弧侧要明显大于内弧侧。

1和2角的撞击块装在外弧侧，这样就降低了外弧侧管道内气流流速，从而使内外弧侧气流速度趋向均等；3和4角的撞击块装在内弧侧，这样使得原本就较低的内弧侧气流速度下降得更多，从而致使浓淡两侧气流速度偏差加大。

试验研究表明炉膛四角燃烧器浓淡侧出口的不同速度特性是影响结焦的之一。

重要因素,#3炉在1#、2#和3#角撞击块的插入深度为2025%，4#角插入深度为45%，由于4#角燃烧器出口浓淡侧的速度差特大，淡侧的速度很小，浓煤粉气流对应的是小假想切圆，刚性较大，造成火焰中心明显偏向2#角，使得2#角结焦的机会大大增加。

#3锅炉2#角结焦严重的原因,#4锅炉结焦严重的原因,在改造后的初期由于调节挡板装在弯管的外弧侧（1#和2#角）和弯管内弧侧（3#和4#角）有不同的分离特性，所有挡板角度均为30，即有效深度为65mm，这样1#和2#角浓淡两股气流出口的风速和煤粉浓度差较小，而3#和4#角浓淡两股气流出口的风速和煤粉浓度差则较大，即在四角一次风管风速大致相同的情况下，由于浓煤粉气流对应的是小假想切圆，刚性较大，也会造成火焰中心向右侧水冷壁偏斜。

火焰中心偏斜加之在运行过程中配风的不合理等诸多问题，导致在改造后的初期阶段就出现了结焦现象。

#4锅炉结焦严重的原因,随着运行时间的不断加长，处于弯管外弧侧（#1和#2角）的挡板，磨损严重，有的甚至已磨光，而处于弯管内弧侧（3#和4#角）的挡板则只是局部区域有轻微磨损（在实际检查中情况确实如此）。

#1和#2角的挡板磨穿后，煤粉通过一次风弯管后，管道外壁集中了大量的煤粉量，由于隔板（防止自恢复板）的存在，使得较多的煤粉直接通过淡侧通道进入炉内，从而造成了后墙和左墙水冷壁附近“粉包风”的现象。

这样在后期结焦现象就进一步加剧。

影响#3、#4锅炉结焦的其他原因,不开中间二次风风门,#4锅炉侧二次风长期处于关闭状态,卫燃带脱落靶钉外露,其它,七、改进措施,调整浓淡燃烧器调节装置的插入深度对位于#1和#2角的浓淡燃烧器调节装置的插入有效深度定为812%，#3和#4角的浓淡燃烧器调节装置的插入有效深度定为2225%。

提高调节挡板的耐磨性能此措施主要是针对#4锅炉，由于结构的原因，处于#1和#2角的浓淡燃烧器调节装置磨损速度较快，所以对于#1和#2角的浓淡燃烧器挡板厚度由20mm增大到40mm。

另外对调节挡板采用耐磨性能较好的ZG30CR24Ni14Si2Nre合金铸钢。

根据调节挡板厚度修正插入深度由于挡板厚度对有效的插入深度有影响，特对其进行了实际测试。

由此看出在实际调整调节挡板时，应根据实际所需对插入深度进行修正。

调节挡板结构示意图,热态调整试验人员进行了多次热态调整，重点是二级省煤器前和二级空预器后的氧量测试，从而对一、二次风门进行适当地调整。

要点如下：

（1）实际氧量和表盘氧量指示偏差校对，在各种负荷下，确保进入炉内的风量不低于所需要的燃烧风量，避免炉内局部呈还原性气氛。

（2）运行中为了不影响送风压力，上上二次风不宜开得过大，一般不大于1520%。

各层二次风采用上小下大的塔字型分布。

（3）中间二次风量应随着负荷的增大而增大，在70%负荷以上时必须开启，在90%以上负荷时必须全开。

（4）由于侧二次风的投入有利于在靠近炉膛水冷壁的区域形成较强的氧化性气氛和较低的温度环境，同时起到了屏风的作用，减少了煤粉颗粒冲刷水冷壁的机会，有防止炉内结焦的作用，所以要求运行中侧二次风必须处于全开状态。

（5）控制一次风速度在2028m/s范围内，煤质差时取下限。

下一次风要略大于其他两层。

（6）对于停运的制粉系统，应尽量将排粉机也停掉，因为较低的三次风温（40左右）不利于炉内的稳定燃烧。

改进局部卫燃带炉内结焦部位集中在四角喷燃器出口的两侧，焦块边缘与喷燃器的中心相距1.5m左右，焦块宽度在12m之间，焦块高度约为2m左右，焦块厚度约为500mm，焦块的上下标高与上下层一次风口标高相当，共计8片。

根据以上焦块的特点，将焦块中间五根带有靶钉的水冷壁更换为光管水冷壁，即将喷燃器两侧容易结焦位置的卫燃带，变为具有光管水冷壁通道的“川”字型卫燃带。

这样即使炉内形成焦块，体积也不会太大，掉焦引起负压摆动的幅度会大大减弱，发生掉焦灭火的机会也就大大降低。

修复重要设备

（1）核对并修复一二次风门，保证内外开度一致，开关方向标记明确，开关大小的指示刻度正确、清晰。

（2）大修中加强对尾部受热面和除尘器密封性的修复工作，减小漏风量，保证送入锅炉内的风量满足燃烧的需要。

这也是锅炉满负荷工况安全运行的前提。

（3）为了防止在磨煤机停运时烧坏喷口，增设三次风管的冷却风管（风源来自热风），并增设冷却风管的连锁风门，即磨煤机停运时自动打开，磨煤机启动时自动关闭。

培训相关技术人员一台机组能否安全、经济地运行与相关技术人员的素质息息相关，针对#3、#4炉以往出现的问题，在采取一定技术措施后特别对全体技术管理人员及运行人员进行了技术培训，重点介绍锅炉结焦机理、原因，防止结焦的对策以及运行控制等相关内容。

八、改进后效果,从2005年9月开始，经过一年的冷热态调整试验、采取各种技术措施，并对运行人员进行了培训，改进后的效果非常明显。

据不完全统计，在煤质特性基本一致的情况下，#3和#4锅炉在2005年发生掉焦灭火事故达28次，2006年下降为8次，同比减少71.4%，特别是2006年5月19日到2006年12月31日再未发生任何掉焦灭火事故。

在2005年助燃用油量为381.3吨，2006年降低为221.93吨，减少159.37吨，同比减少41.8%；2006年平均运行小时比2005年增加1005.1小时，提高13.86%。

2005年全厂亏损5100万元，2006年全厂盈利18万元。

九、结论,

（1）研究首次发现对于应用“管道弯头分离、调节挡板分离两种技术以及防止煤粉恢复的隔板”的浓淡燃烧器，装在弯管的内外弧侧有不同的特性，挡板的磨损速度也不一样。

（2）当处在弯管的外弧侧调节挡板磨穿后，由于隔板的存在，后墙和左墙水冷壁附近形成粉多风少的还原性气氛，炉内水冷壁面结焦的机会大大增加，这是#4炉结焦的主要原因。

（3）四角浓淡燃烧器挡板角度相同时，火焰中心向右侧墙偏斜，尤其当#4角插入深度太大时火焰中心偏向#2角，这是影响3#炉结焦的关键所在。

（4）侧二次风和中间二次风风门不开；下二次风偏小和整体风量不足等是锅炉频繁掉焦灭火的重要原因。

（5）在调整挡板角度时考虑挡板的壁厚，并采用“川”字型光管水冷壁，对于防止锅炉掉焦灭火也具有一定的作用。

十、浓淡燃烧器的现状,浓淡燃烧器的工作原理：

所谓浓淡燃烧器，就是将煤粉-空气混合物气流分离成富粉流和贫粉流两股气流。

富粉流中燃料在过量空气系数远小于1的条件下燃烧，贫粉流中燃料在过量空气系数远大于1或接近于1的条件下燃烧。

两股气流合起来的总过量空气系数仍保持在合理的范围内。

浓淡燃烧器的种类：

煤粉燃烧技术中，利用多种方式（离心式、百叶窗、撞击式、旋流式等）产生煤粉气流浓淡分离。

针对不同类型锅炉的燃烧方式，有水平浓淡燃烧器、垂直浓淡燃烧器、旋风分离器等。

水平浓淡燃烧器的现状：

以哈工大为代表的百叶窗式以浙大为代表的有弯曲板的撞击可调式以西交大为代表的利用管道转弯及扭曲板（也叫变异管）式以东北电力学院和东北电科院为代表的利用管道转弯及挡块式水平浓淡燃烧器。

焦作电厂670t/h,安阳电厂1025t/h,神头一电厂650t/h,河坡电厂3#炉,十一、与国内水平浓淡燃烧器风速特性研究的比较,浙大的有弯曲板的撞击可调式水平浓淡燃烧器，在“弯头对煤粉浓淡分离器工作特性影响的数值模拟研究”一文中，得出结论为：

不管弯头的布置方向如何，在各工况下分离器出口浓淡侧风速分布情况是浓侧的风速均大于淡侧。

未给出风速特性曲线，对于这一数值模拟研究还有待商榷。

东北电力学院只在弯管的外弧侧加挡块，目的是改变贫富粉流的位置。

并未提出相关的浓淡侧的具体风速特性。

华北电力大学的即娘子关电厂的无弯曲板的撞击（或挡板）可调式水平浓淡燃烧器，对于无弯曲板浓淡燃烧器有关的浓淡侧的出口速度差等特性未见报道。

本项目是在410t/h的锅炉上，冷态工况下，通过改变风量和调节装置的插入深度，研究人员进入炉内在燃烧器口测试风速的，先后在3#和4#锅炉上分别试验，两台炉得出的特性一致。

该特性在国内未见详细报道。

与浙大得出的结论不同点是：

当撞击块（或调节挡板）位于外弧侧时，存在淡侧风速小于浓侧风速的情况。

考虑到浙大的分离器有弯曲板，所以还不能简单地说浙大的数值模拟研究结论就是不正确的。

关于当两个角装在弯头外弧侧的挡板磨穿后，煤粉通过一次风弯管后，管道外壁集中了大量的煤粉量。

由于隔板的存在，使得富粉流直接通过淡侧通道进入炉内，从而造成了半个炉膛水冷壁附近“粉包风”的现象，即贫粉流面向高温火球，富粉流靠近炉墙，大大增加炉膛结焦的机会。

该现象在国内外未见报道。

十二、论文发表及获奖情况,“无弯曲板水平撞击式浓淡燃烧器风速特性试验”-锅炉技术2007年第3期（总第420期）“娘子关电厂3#锅炉频繁灭火原因分析及探讨”-电站系统工程已录用“娘子关电厂#3和#4锅炉频繁掉焦灭火原因分析及对策”-中国电机工程学报2007年增刊-获“中国电机工程学会2007年学术年会”三等优秀论文-获2007年度“京津冀晋蒙鲁电机工程学会”优秀论文,谢谢！