某回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器二次燃燒原因分析

趙志發(fā)，李 冬，林 喆，徐 江，薛小宇

（國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州 225327）

1 系統(tǒng)基本情況

空預(yù)器為采用三分容克式回轉(zhuǎn)空氣預(yù)熱器，其傳熱元件按煙氣流動(dòng)方向可以分為熱端、中層和冷端層?？諝忸A(yù)熱器采用中心驅(qū)動(dòng)方式，傳動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，由帶有變頻器的電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)裝置支承。為保證轉(zhuǎn)子運(yùn)行的可靠性和事故情況下能夠盤動(dòng)空預(yù)器，每臺(tái)空預(yù)器配置了2 臺(tái)電機(jī)：空預(yù)器主電機(jī)、空預(yù)器輔電機(jī)和1 臺(tái)空預(yù)器氣動(dòng)馬達(dá)。轉(zhuǎn)子正常轉(zhuǎn)速1 r/min，采用變頻調(diào)速慢速檔轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速0.25 r/min，空預(yù)器電機(jī)額定電流45 A，正常運(yùn)行電流在20 A 左右，過流跳閘值55 A，延時(shí)1 min。

在每臺(tái)空氣預(yù)熱器的熱端、冷端各安裝了1 臺(tái)蒸汽吹灰器，在吹灰蒸汽進(jìn)入空氣預(yù)熱器吹灰器之前的管道裝有疏水裝置，吹灰之前充分疏水。蒸汽流向?yàn)閺南孪蛏线M(jìn)入吹灰器，避免運(yùn)行中有水進(jìn)入空預(yù)器。在鍋爐的啟動(dòng)階段和低負(fù)荷運(yùn)行階段，空預(yù)器投入連續(xù)吹灰。當(dāng)鍋爐轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后，一般情況下，每8 h 投運(yùn)1 次空預(yù)器吹灰，2 次熱端，1 次冷端。機(jī)組啟動(dòng)期間，考慮到煤粉燃燒不充分，有煤粉集聚，保持空預(yù)器連續(xù)吹灰，1次熱端，1 次冷端。

機(jī)組共配置2 臺(tái)空預(yù)器，正常運(yùn)行中煙氣聯(lián)絡(luò)運(yùn)行。配置2臺(tái)汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)及1 臺(tái)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)，聯(lián)絡(luò)煙氣擋板位于電動(dòng)引風(fēng)機(jī)與A 汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)入口煙道之間。機(jī)組啟動(dòng)階段電動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷200 MW 以后切至汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

鍋爐為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用П 型布置、單爐膛、改進(jìn)型低NOXPM 主燃燒器和MACT 型低NOx 分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、反向雙切圓燃燒方式。磨煤機(jī)采用沈陽重型機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MPS280 型中速磨煤機(jī)。磨煤機(jī)分離器正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速為1000 r/min，一般煙煤磨煤機(jī)出口溫度控制在80 ℃左右。A 磨煤機(jī)出口煤粉管裝設(shè)等離子點(diǎn)火裝置，鍋爐點(diǎn)火方式為等離子點(diǎn)火，點(diǎn)火時(shí)投運(yùn)等離子暖風(fēng)器加熱一次風(fēng)，加熱熱源為輔汽，溫度300 ℃，壓力1.0 MPa。

2 事故過程及現(xiàn)象

本次啟動(dòng)為機(jī)組檢修后首次啟動(dòng)，在機(jī)組檢修期間曾對(duì)空預(yù)器中溫段換熱元件進(jìn)行解包清理。鍋爐首次一次點(diǎn)火成功，鍋爐點(diǎn)火煤量為45 t/h，磨煤機(jī)分離器850 r/min，點(diǎn)火前磨出口溫度85 ℃，鍋爐著火后磨煤機(jī)出口溫度降至52 ℃，等離子裝置拉弧穩(wěn)定，鍋爐總風(fēng)量1600 t/h，6 min 后鍋爐著火穩(wěn)定，逐步降低磨煤機(jī)煤量至35 t/h，保持穩(wěn)定燃燒，3 h 后開始逐漸增加煤量，至空預(yù)器二次燃燒前，磨煤機(jī)煤量增加至56 t/h，磨出口溫度68 ℃，鍋爐火檢穩(wěn)定，工業(yè)電視監(jiān)測火焰燃燒較好，整個(gè)鍋爐升溫升壓期間煤量變化平穩(wěn)。A 磨加倉煤種為國能，國能煤發(fā)熱量比較高，水分適中，揮發(fā)分偏高，灰分較低，是比較適合做鍋爐點(diǎn)火煤種的，著火比較穩(wěn)定，而且在數(shù)次鍋爐啟動(dòng)中都作為點(diǎn)火煤種使用，均能較好著火。國能煤的煤質(zhì)：發(fā)熱量（5 296 kcal 22 173.3 kJ），揮發(fā)分（Vad）29.24/%，水分（Mt）16.6/%，灰分（Aad）12.74%，硫分（Stad）0.46%，灰熔點(diǎn)1150 ℃。

空預(yù)器在點(diǎn)火后保持連續(xù)吹灰，A、B 空預(yù)器電流平穩(wěn)，電流20 A 左右，排煙溫度及火災(zāi)報(bào)警點(diǎn)監(jiān)視溫度均上升平穩(wěn)?？疹A(yù)器按1 次熱端吹灰、1 次冷端吹灰的頻次連續(xù)吹灰，吹灰壓力在0.85～0.89 MPa，吹灰器動(dòng)作正常，吹灰壓力滿足要求。

圖1 為鍋爐點(diǎn)火后B 空預(yù)器排煙溫度及電流變化情。點(diǎn)火后6 h，B 空預(yù)器排煙溫度開始波動(dòng)并快速上升，10 min 后空預(yù)器電流開始波動(dòng)并快速上升，立即投入了空預(yù)器冷熱端吹灰器，后空預(yù)器主電機(jī)電流最高晃動(dòng)至55 A，B 空預(yù)器主電機(jī)跳閘輔電機(jī)聯(lián)鎖啟動(dòng)后亦跳閘，空預(yù)器轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，投運(yùn)氣動(dòng)馬達(dá)仍無法使空預(yù)器盤動(dòng)。于是，將B 空預(yù)器進(jìn)行隔離，由于引風(fēng)機(jī)入口聯(lián)絡(luò)擋板在C 電動(dòng)引風(fēng)機(jī)與A 引風(fēng)機(jī)之間，B 空預(yù)器運(yùn)行中煙氣側(cè)無法完全隔離，鍋爐停爐。打開B 空預(yù)器人孔門觀察，確認(rèn)空預(yù)器局部二次燃燒，立即用消防水滅火。

3 原因分析

本次空預(yù)器二次燃燒是發(fā)生在鍋爐檢修后首次點(diǎn)火期間發(fā)生，著火面積不是太大，為局部受熱面著火，事故發(fā)生后立即從安裝、檢修、運(yùn)行、制造各個(gè)角度進(jìn)行了分析，深入挖掘原因，以避免類似事故再次發(fā)生。

3.1 檢修方面原因分析

本次空預(yù)器二次燃燒為機(jī)組檢修結(jié)束后鍋爐點(diǎn)火后一段時(shí)間發(fā)生，在機(jī)組檢修期間曾對(duì)空預(yù)器中溫段換熱元件進(jìn)行解包清理，采用的方法為將中溫段換熱元件解包，用木棍對(duì)每片換熱面敲擊，使附著物脫落，換熱面的保護(hù)漆脫落，換熱面表面布滿鐵銹，變得非常粗糙，圖2 為檢修期間用木棍敲擊后的空預(yù)器換熱面。機(jī)組啟動(dòng)初期由于爐膛溫度低，煤粉濃度低，燃燒不充分，換熱面粗糙容易使大量煤粉集聚，若鍋爐煙氣、吹灰蒸汽也不能將煤粉帶走，很容易導(dǎo)致煤粉集聚，隨著煙氣溫度的上升而自燃。

3.2 運(yùn)行方面原因分析

圖1 鍋爐點(diǎn)火后B 空預(yù)器主電機(jī)電流及排煙溫度變化

圖2 粗糙的空預(yù)器換熱面

鍋爐點(diǎn)火及升溫升壓期間，空預(yù)器吹灰器一直保持投運(yùn)狀態(tài)，1 次熱端，1 次冷端，沒有間斷，吹灰壓力也維持在0.9 MPa左右，在正常范圍內(nèi)，可以保證吹灰效果。鍋爐點(diǎn)火的煤量、煤粉細(xì)度、一次風(fēng)量、一次風(fēng)壓、磨煤機(jī)出口溫度等都控制在正常范圍內(nèi)，無特別運(yùn)行工況出現(xiàn)。磨煤機(jī)增加煤量比較均勻，圖3 為A 磨煤機(jī)啟動(dòng)后至空預(yù)器燃燒期間煤量變化，可見無快速增加大量煤量現(xiàn)象，在45 t/h 煤量點(diǎn)火成功后，很快將煤量降下來，且數(shù)次啟機(jī)磨煤機(jī)煤量均如此控制，未發(fā)生問題，不存在煤量突增導(dǎo)致未燃盡煤粉增多。由于等離子暖風(fēng)器換熱面有限，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫只有150 ℃，磨煤機(jī)出口溫度點(diǎn)火成功后保持比較低，但歷次啟機(jī)磨煤機(jī)出口溫度與本次接近，應(yīng)該不是導(dǎo)致大量煤粉未燃盡留在空預(yù)器受熱面上的主因。

3.3 安裝方面原因分析

查閱資料可知，空預(yù)器的換熱元件共分4層，如圖4 所示，依次從上向下排列。

空預(yù)器換熱元件主要由2 種板型上下排列，即DU3、FNC，其立體模型見圖5、圖6。DU3 板型換熱元件為直波紋，不利于煤粉的集聚，吹灰較容易將積粉吹走；FNC 板型為斜波紋，與DU3 型換熱元件不同，比較容易集聚煤粉，吹灰不容易將積粉帶走。從圖7、圖8 現(xiàn)場DU3、FNC 換熱元件的整包圖也可看出通風(fēng)性區(qū)別。

空預(yù)器二次燃燒后，對(duì)空預(yù)器的換熱元件進(jìn)行了抽出解包檢查，發(fā)現(xiàn)在空預(yù)器換熱元件排布較其他同類型空預(yù)器的換熱元件布置不同，B 空預(yù)器換熱元件煙氣經(jīng)過斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）→斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）換熱元件，其他同類型空預(yù)器換熱元件煙氣分別經(jīng)過斜波紋（DU3）→斜波紋（DU3）→直波紋（FNC）→直波紋（FNC），這樣的換熱元件擺布容易導(dǎo)致煤粉集聚在中間層換熱元件，吹灰不易帶走。因換熱元件里的換熱面板板型相同，高度相同，整體的煙氣流程與其他同類型空預(yù)器相同，未對(duì)排煙溫度降低產(chǎn)生影響，故立即將中溫段FNC 換熱元件與DU3換熱元件對(duì)調(diào)，調(diào)整成與其他同類型空預(yù)器相同。

圖3 A 磨煤機(jī)煤量

圖4 空預(yù)器原受熱元件布置

圖5 DU3 立體模型

圖6 FNC 三維立體圖

圖7 現(xiàn)場DU3 換熱元件

圖8 現(xiàn)場FNC 換熱元件

圖9 其他空預(yù)器受熱元件布置

經(jīng)過上述分析可見，本次空預(yù)器二次燃燒主要是由于空預(yù)器蓄熱元件在檢修期間進(jìn)行過解包清理，導(dǎo)致?lián)Q熱面表面粗糙，容易集聚煤粉。由于本空預(yù)器中溫段FNC 換熱元件與中溫段DU3 換熱元件位置與其余空預(yù)器不同，直波紋與斜波紋換熱元件交替布置，煙氣在經(jīng)過空預(yù)器時(shí)不通暢，煤粉不容易帶走，在鍋爐點(diǎn)火初期，爐膛溫度偏低，煤粉燃燒不完全，有大量未燃盡的煤粉會(huì)附著在空預(yù)器換熱面上，吹灰不容易全部帶走未燃盡煤粉，煤粉越集聚越多，隨著空預(yù)器入口煙溫的上升，煤粉自燃。

4 防范措施

空預(yù)器二次燃燒是非常嚴(yán)重的事故，導(dǎo)致重大財(cái)產(chǎn)損失，若風(fēng)煙隔離不嚴(yán)，機(jī)組將被迫MFT（Main Fuel Trip，主燃燒跳閘），造成影響較大。且空預(yù)器二次燃燒初期，從排煙溫度與空預(yù)器著火溫度探頭顯示的溫度均無法反應(yīng)出事故，在燃燒到一定程度后才能反應(yīng)到排煙溫度上，此時(shí)火勢已變大，為防止此類原因?qū)е碌目疹A(yù)器二次燃燒，必須從多方面采取相對(duì)應(yīng)措施預(yù)防：①空預(yù)器檢修后注意檢查回裝質(zhì)量，嚴(yán)格按施工圖進(jìn)行施工，換熱面回裝前要做好檢查，確保換熱面干凈無油污；②盡量不要采用敲擊的方法來使空預(yù)器換熱面積灰脫落，對(duì)于積灰較嚴(yán)重的換熱面可整體更換，防止換熱面表面粗糙容易集聚煤粉，本次空預(yù)器二次燃燒，換熱面粗糙加劇了煤粉的集聚；③鍋爐點(diǎn)火時(shí)組織好燃燒工況，盡量保證煤粉充分燃燒，由于等離子暖風(fēng)器的換熱面積不夠，導(dǎo)致磨煤機(jī)點(diǎn)火后溫度降低較多，不利于點(diǎn)火期間煤粉燃盡，故后續(xù)需做技改，提高磨煤機(jī)出口溫度，確保煤粉燃盡率；④空預(yù)器試轉(zhuǎn)前要進(jìn)行內(nèi)部檢查，重點(diǎn)檢查空預(yù)器吹灰器安裝是否正常，吹灰器程控是否正常，吹灰壓力是否滿足要求；⑤鍋爐點(diǎn)火升溫升壓過程中，空預(yù)器投入連續(xù)吹灰，并加強(qiáng)空預(yù)器著火報(bào)警溫度及兩側(cè)空預(yù)器排煙溫度偏差的監(jiān)視，在空預(yù)器煙氣側(cè)開孔加裝在線觀察孔，啟機(jī)時(shí)定期檢查有無著火跡象，提前掌握空預(yù)器內(nèi)情況；⑥一旦空預(yù)器排煙溫度開始晃動(dòng)上升，說明空預(yù)器內(nèi)部開始大面積二次燃燒，必須立刻進(jìn)行空預(yù)器隔離滅火，防止火勢變大。

5 結(jié)束語

空預(yù)器二次燃燒是發(fā)電廠不常見但是危害較大的事故，多數(shù)發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)初期，爐膛溫度低，煤粉燃盡程度不夠，對(duì)它的防范絕不能掉以輕心。造成空預(yù)器二次燃燒的原因也是多方面的，運(yùn)行調(diào)整、檢修、安裝、驗(yàn)收等，具體問題具體分析，制定相應(yīng)防范措施。在鍋爐啟動(dòng)初期運(yùn)行人員要高度關(guān)注排煙溫度變化，通過觀察孔定期查看，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。