大型燃煤機(jī)組一次風(fēng)對(duì)爐膛壁溫的影響分析

陸浩，伊琳

（國(guó)電滎陽(yáng)煤電一體化有限公司，河南 洛陽(yáng) 450100）

某2×630MW超臨界燃煤機(jī)組鍋爐為“W”火焰型式鍋爐，磨煤機(jī)為雙進(jìn)雙出鋼球磨，并設(shè)置有入磨的容量風(fēng)以攜帶煤粉、不入磨的旁路風(fēng)以及接在分離器出口的清掃風(fēng)，其中，容量風(fēng)在攜帶煤粉經(jīng)煤粉分離器進(jìn)入燃燒器前，又分離出一部分乏氣風(fēng)進(jìn)入爐膛底部，以增強(qiáng)爐膛的底部燃燒，其乏氣風(fēng)量與進(jìn)入燃燒器的一次風(fēng)量相等，煤粉含量與進(jìn)入燃燒器的煤粉比例約為1：5。該鍋爐在一次啟動(dòng)時(shí)，因B3清掃風(fēng)門(mén)未關(guān)嚴(yán)，導(dǎo)致了爐膛燃燒長(zhǎng)時(shí)間惡化，水冷壁溫度難以調(diào)整，直至壁溫超限，嚴(yán)重影響了水冷壁管材的使用壽命。下文將主要展開(kāi)分析各種形式的一次風(fēng)對(duì)鍋爐燃燒工況的影響。

1 容量風(fēng)

容量風(fēng)在雙進(jìn)雙出鋼球磨中起到攜帶和干燥煤粉的作用，容量風(fēng)量將影響該磨煤機(jī)的帶粉出力，其風(fēng)量調(diào)整可通過(guò)容量風(fēng)調(diào)門(mén)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)運(yùn)行的磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)端容量風(fēng)量增加時(shí)，將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端容量風(fēng)攜帶煤粉量增加，而在總?cè)肽ワL(fēng)量不變時(shí)，自由端容量風(fēng)的帶粉量將降低，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端分離器所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)煤粉燃燒器負(fù)荷增大，進(jìn)入爐膛以后，其所對(duì)應(yīng)的爐膛區(qū)域燃燒將增強(qiáng)，而另一側(cè)的爐膛燃燒將相應(yīng)的有所減弱。

容量風(fēng)對(duì)爐膛工況的影響主要源于其攜帶煤粉量的改變，由于容量風(fēng)量的變化將導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)部的燃燒平衡打破，一側(cè)燃燒增強(qiáng)而另一側(cè)燃燒減弱，并逐漸穩(wěn)定在新的動(dòng)力場(chǎng)下燃燒，一般情況下，極易造成一側(cè)爐膛過(guò)熱而引起水冷壁超溫，因此，可將容量風(fēng)的調(diào)整用于爐膛工況燃燒不平衡時(shí)對(duì)燃燒工況的調(diào)整，燃燒工況允許的情況下，降低壁溫較高側(cè)的容量風(fēng)，也可以降低水冷壁溫。

2 旁路風(fēng)

旁路風(fēng)在磨煤機(jī)系統(tǒng)中的作用在于可以調(diào)整某一側(cè)的入爐一次風(fēng)量和一次風(fēng)速。一般地，由于旁路風(fēng)不進(jìn)入磨煤機(jī)不攜帶煤粉，磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，在增大磨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)端旁路風(fēng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)端的出口總一次風(fēng)量和一次風(fēng)速將有所提升，但由于旁路風(fēng)的排擠作用，導(dǎo)致容量風(fēng)會(huì)有一定程度的減少，也因此降低了驅(qū)動(dòng)端的煤粉攜帶量，該側(cè)所對(duì)應(yīng)的的爐膛內(nèi)燃燒工況將減弱；然而，因旁路風(fēng)的增加將導(dǎo)致煤粉濃度降低，提供給煤粉燃燒所需要的氧量增多，特別是在煤粉顆粒度較大時(shí)，可使得在煤粉燃燒器中煤粉的燃燒更加完善，從而改進(jìn)該側(cè)的爐內(nèi)燃燒工況。

在磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，可操作磨煤機(jī)的風(fēng)門(mén)擋板，使得一部分一次風(fēng)經(jīng)過(guò)停運(yùn)的磨煤機(jī)通道進(jìn)入爐膛，用以調(diào)整燃燒工況的平衡。若在磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)增大驅(qū)動(dòng)端旁路風(fēng)，此時(shí)，由于磨煤機(jī)沒(méi)有運(yùn)行，并沒(méi)有容量風(fēng)攜帶煤粉，而只是冷的一次風(fēng)經(jīng)過(guò)旁路風(fēng)通道進(jìn)入對(duì)應(yīng)側(cè)的爐膛內(nèi)部，將降低該側(cè)的爐膛溫度，若該側(cè)水冷壁溫度較高，用此方法進(jìn)行調(diào)整將可以降低水冷壁溫，也可避免燃燒器附近局部過(guò)熱引起的結(jié)焦現(xiàn)象。但由于此調(diào)整方式改變了爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)，并增大了煙氣量，調(diào)整后，將對(duì)汽溫偏差和再熱汽溫有相應(yīng)的影響，需注意防止屏式過(guò)熱器及二級(jí)過(guò)熱器超溫。

3 乏氣風(fēng)

乏氣風(fēng)攜帶有部分煤粉，進(jìn)入爐膛時(shí)位置位于燃燒器下部、分級(jí)風(fēng)的上部，用以加強(qiáng)爐膛的底部燃燒。若運(yùn)行中的乏氣風(fēng)退出運(yùn)行（以A1乏氣風(fēng)管為例），將導(dǎo)致A1煤粉燃燒器的過(guò)粉量增加，從而加強(qiáng)A1燃燒器附近的燃燒，使得爐內(nèi)高溫區(qū)域向A1燃燒器附近靠攏，相應(yīng)的使對(duì)側(cè)的爐膛溫度降低。但是，若此時(shí)A1燃燒器本身帶粉負(fù)荷較高，在A1乏氣風(fēng)退出時(shí)，A1燃燒器出口因過(guò)量的煤粉著火燃燒引起局部超溫，可能導(dǎo)致燃燒器噴口結(jié)焦，進(jìn)而使燃燒惡化。

乏氣風(fēng)作為攜帶少量煤粉的一次風(fēng)，在進(jìn)入爐膛底部時(shí)，也可由高溫?zé)煔鈱⒚悍埸c(diǎn)燃，并借助底部的分級(jí)風(fēng)形成富氧燃燒區(qū)域，但因其燃燒溫度較低，也可以起到分級(jí)燃燒降低NOx生成的目的。在乏氣風(fēng)退出運(yùn)行時(shí)，減少了進(jìn)入爐膛底部的煤粉，使得爐底的燃燒工況變差，低負(fù)荷甚至深調(diào)工況時(shí)的鍋爐抗擾動(dòng)能力將大大降低。

4 清掃風(fēng)

清掃風(fēng)用作磨煤機(jī)停運(yùn)后粉管的清掃用風(fēng)，保證粉管內(nèi)的煤粉吹空，防止長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)引起煤粉堆積自燃，該電廠清掃風(fēng)引自冷一次風(fēng)母管。在某次鍋爐啟動(dòng)后，機(jī)組負(fù)荷300MW時(shí)爐膛火檢顯示正常，但就地觀察發(fā)現(xiàn)火焰閃爍晃動(dòng)，燃燒工況并不穩(wěn)定。升負(fù)荷過(guò)程中，水冷壁后墻壁溫大幅升高，遠(yuǎn)超經(jīng)驗(yàn)值，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)為B3清掃風(fēng)門(mén)未關(guān)閉嚴(yán)密導(dǎo)致。因B3清掃風(fēng)門(mén)未關(guān)嚴(yán)，且其風(fēng)壓比進(jìn)入磨煤機(jī)后的容量風(fēng)風(fēng)壓要高，導(dǎo)致B3粉管中清掃風(fēng)的比例較大，對(duì)磨煤機(jī)容量風(fēng)起到了強(qiáng)烈的排擠作用，使得B3粉管出口一次風(fēng)速較高但帶粉很少，B磨煤機(jī)中所研磨的高揮發(fā)分的點(diǎn)火煤被排擠到其余粉管中，加強(qiáng)了其余粉管對(duì)應(yīng)燃燒器的燃燒工況，使得B3粉管附近爐膛燃燒惡化，且由于大量的冷一次風(fēng)進(jìn)入而降低了B3燃燒器附近的爐膛溫度，而其他部位的局部燃燒加強(qiáng)，由此而引發(fā)了水冷壁溫較高而難以通過(guò)正常手段調(diào)整的問(wèn)題。

清掃風(fēng)只應(yīng)用于磨煤機(jī)停運(yùn)后的吹掃，當(dāng)清掃風(fēng)在磨煤機(jī)運(yùn)行中介入時(shí)，會(huì)引起磨煤機(jī)出粉的不均衡，從而進(jìn)入爐膛的煤粉沒(méi)有得到均勻的分配，爐內(nèi)燃燒工況部分過(guò)熱而局部惡化，使得爐膛內(nèi)部動(dòng)力場(chǎng)不穩(wěn)，大大降低了爐膛的運(yùn)行安全性。

5 密封風(fēng)

冷一次風(fēng)可用作磨煤機(jī)和給煤機(jī)的密封風(fēng)，防止筒體內(nèi)的煤粉通過(guò)間隙噴出或進(jìn)入軸承，一般運(yùn)行中要求磨煤機(jī)的密封風(fēng)壓要比入磨一次風(fēng)壓高3～5kPa。密封風(fēng)量較小且其風(fēng)道一般設(shè)計(jì)為閘板門(mén)而非可調(diào)節(jié)的調(diào)門(mén)，在磨煤機(jī)啟動(dòng)前需投入密封風(fēng)，磨煤機(jī)停運(yùn)后若密封風(fēng)仍投運(yùn)，則其可由旁路風(fēng)通道進(jìn)入磨煤機(jī)，起到與旁路風(fēng)同樣的效果。

6 改善方案

由上述分析可以看出，一次風(fēng)在爐膛燃燒的調(diào)整中起著至關(guān)重要的作用，其相較于二次風(fēng)來(lái)看，有著風(fēng)壓大風(fēng)速高的特點(diǎn)，為改善爐膛的燃燒工況，避免水冷壁超溫或局部過(guò)熱結(jié)焦等現(xiàn)象，本文提出以下方案：

（1）改善一次風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況。通過(guò)燃料量和一次風(fēng)壓的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)，盡量使得一次風(fēng)母管在低風(fēng)壓工況下運(yùn)行，一可降低一次風(fēng)機(jī)電耗，二可防止一次風(fēng)通道的突然變化引起的風(fēng)機(jī)失速，三可使得磨煤機(jī)出粉顆粒度相對(duì)較細(xì)而容易燃盡，不易引起局部燃燒較強(qiáng)的情況。

（2）選擇合理制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式。運(yùn)行人員需了解制粉系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)各個(gè)磨煤機(jī)的出力情況有所掌握，當(dāng)某一磨煤機(jī)出力明顯較大時(shí)，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式或限制其出力以均衡爐內(nèi)燃燒工況，防止燃燒惡化或局部過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹑紵鹘Y(jié)焦燒利用停運(yùn)磨煤機(jī)通風(fēng)改善燃燒工況；停運(yùn)的磨煤機(jī)可以調(diào)整其旁路風(fēng)量，驅(qū)動(dòng)端旁路風(fēng)增加時(shí)可降低爐內(nèi)溫度，導(dǎo)致該側(cè)換熱減弱，汽溫和壁溫都將有所降低，可由此調(diào)整汽溫的偏差和水冷壁的局部超溫現(xiàn)象。

（3）運(yùn)行中乏氣風(fēng)門(mén)可用以擾動(dòng)。當(dāng)爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)穩(wěn)定后，仍出現(xiàn)有水冷壁局部超溫時(shí)，可通過(guò)開(kāi)關(guān)其對(duì)側(cè)的乏氣風(fēng)來(lái)擾動(dòng)鍋爐動(dòng)力場(chǎng)，以使得爐內(nèi)燃燒向低溫側(cè)偏移，達(dá)到降低局部超溫的目的，同時(shí)，改善鍋爐的燃燒工況。

（4）清掃風(fēng)門(mén)慎用；清掃風(fēng)只用作磨煤機(jī)停運(yùn)后的吹掃，磨煤機(jī)運(yùn)行中介入的清掃風(fēng)將大大干擾爐內(nèi)燃燒，使得火焰燃燒不穩(wěn)，從而導(dǎo)致局部超溫或貼壁燃燒，引起爐內(nèi)工況的惡化。

（5）機(jī)組啟動(dòng)前做好閥門(mén)傳動(dòng)；保證相關(guān)風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)正常，關(guān)閉時(shí)嚴(yán)密，防止機(jī)組啟動(dòng)后出現(xiàn)漏風(fēng)漏粉等現(xiàn)象，引起爐膛外部擾動(dòng)增大。

（6）完善機(jī)組控制邏輯；在磨煤機(jī)啟動(dòng)后，可增加邏輯至清掃風(fēng)門(mén)關(guān)閉指令，并檢查關(guān)狀態(tài)正常，保證清掃風(fēng)不在磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟。

7 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)上文分析可以看出，一次風(fēng)不論其是否攜帶煤粉，均對(duì)爐內(nèi)工況有較大的影響，一般有兩種情況，即改變?nèi)霠t煤粉分配和降低局部爐膛溫度。事故情況下，當(dāng)運(yùn)行磨煤機(jī)單一粉管退出運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)出粉仍會(huì)分配給其他三根粉管，雖然熱負(fù)荷將分配不均，但爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)也會(huì)形成新的平衡，而清掃風(fēng)則因其風(fēng)壓高風(fēng)速大的特點(diǎn)，使得爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)時(shí)刻擺動(dòng)難以穩(wěn)定，可見(jiàn)其對(duì)爐膛燃燒工況的影響較大。