1000MW超超临界燃煤锅炉等离子燃烧器损坏原因分析及改进

谢强

中煤新集利辛发电有限公司 安徽省亳州市利辛县 236700

【摘 要】 近年投产的1000MW超临界锅炉等离子燃烧器存在筒体变形及开裂现象，本文从等离子燃烧器的结构设计、运行调整等方面分析了原因，结合等离子燃烧器及辅助设备改造和运行调整，有效地解决了这一难题。

【关键词】 超超临界；等离子燃烧器；筒体变形开裂；运行调整；改进

0 引言

某电厂1000MW超超临界锅炉自2016年8月投产以来，运行中等离子燃烧器内锥体烧坏情况，至2017年5月B级检修检查，发现锅炉等离子燃烧器喷口结焦渣比较严重，等离子燃烧器多个被烧坏。本文从等离子燃烧器结构、运行调整、改进等多个方面，分析等离子燃烧器损坏原因及采取的措施，取得了较好的效果。

1 设备概况

某电厂1号锅炉超超临界参数变压直流炉、单炉膛双切圆燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、全露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型燃煤锅炉。锅炉主要设计参数见表1，锅炉煤质参数见表2。

表1 锅炉主要设计参数

名 称	单 位	设 计 参 数（BMCR工况）
锅 炉	——	某锅-2918.2/29.3-M7006
生产厂家	——	某锅厂
主蒸汽流量	t/h	2918
主蒸汽压力	MPa	29.3
主蒸汽温度	℃	605
再热蒸汽流量	t/h	2391.4
再热蒸汽进口压力	MPa	5.96
再热蒸汽出口压力	MPa	5.76
再热蒸汽进口温度	℃	359
再热蒸汽出口温度	℃	623
省煤器出口水温	℃	329
给水温度	℃	303
给水压力	MPa	33.3
启动分离器温度	℃	443
过热器减温水温度	℃	303
过热器喷水减温级数	级	3
过热器喷水各级额定喷水量	t/h	89.2/51.8/39.3
再热器减温水温度	℃	194
再热器喷水减温级数	级	1
再热器额定喷水量	t/h	0
锅炉效率	%	94.3
燃煤量	t/h	417.0
空预器进口一次风量	kg/s	123.1
空预器出口一次风量	kg/s	100.7
空预器进口送风量	kg/s	705.3
空预器出口送风量	kg/s	685.7
炉膛出口烟温	℃	963
排烟温度（修正后）	℃	126（121）
过量空气系数	%	1.15
煤粉细度（R90）	%	19

表2 锅炉煤质参数

名 称	符 号	单 位	设计煤种	校核煤种
碳	Car	%	50.7	45.91
氢	Har	%	3.44	2.94
氧	Oar	%	7.40	6.40
氮	Nar	%	0.90	0.81
硫	Sar	%	0.45	0.57
全水分	Mt	%	6.80	8.00
空干基水分	Mad	%	1.81	1.6045
灰分	Aar	%	30.31	35.37
挥发分	Vdaf	%	44.28	40.54
低位热值	Qnet.ar	MJ/kg 大卡	20.083 4804.5	18.195 4352.9
可磨系数	HG		61	69

1.2 设计煤种特性

锅炉燃用设计煤种为板集煤矿煤和刘庄煤矿煤（板集煤矿煤300万吨和刘庄煤矿煤159万吨）；锅炉点采用等离子点火方式，能满足大于锅炉最低稳燃负荷30%BMCR时，不投等离子长期安全稳定运行。

1.3锅炉燃烧器布置及原理介绍

^{煤粉燃烧器为单炉膛双切圆布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。制粉系统采用中速磨煤机直吹式制粉系统，每台炉配备6台磨煤机，每台磨煤机的出口两只引出管又一分为二为四根煤粉管道接至布置在锅炉前后墙的四个分配器，再一分为二接至炉膛八角的同一层八个煤粉喷嘴，锅炉B-MCR负荷时五运一备方式。}

^{本锅炉燃烧方式采用高级复合空气分级低 NOx 切向燃烧技术和炉膛布置的匹配来满足 NOx 排放小于 180mg/Nm3（O2=6%）的指标。通过分析煤粉燃烧时NOx 的生成机理，低 NOx 煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发份氮转化成NOx，其主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分级燃烧技术。}通过技术的不断更新，低 NO x 切向燃烧系统在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等方面，同样具有独特的效果。

该低 NO x燃烧系统的主要组件为：a. 对冲同心正反切圆燃烧系统；b. 快速着火煤粉喷嘴；c. 预置水平偏角的辅助风喷嘴；d. 低位燃尽风（BAGP）和高位燃尽风（UAGP）结合的低 NO x 燃烧技术。

^{主燃烧器在} A、B 层二层共 16 套布置了煤粉等离子燃烧器，分别对应 A、B 层二台磨煤机。

1.4 等离子燃烧器结构特点

从图1看等离子体燃烧器是将等离子体点燃的煤粉火焰放大并形成稳定燃烧的装置。来自等离子体点火器产生的高温、高焓等离子体进入燃烧器的中心燃烧室，其高温使煤粉颗粒快速升温并产生爆裂，释放大量煤粉挥发份后被迅速点燃，火焰经多级燃烧放大喷入锅炉炉膛。一般情况下，等离子体燃烧器是在锅炉的喷燃器基础上设计而成。停止点火期间，不影响其正常使用，满足锅炉燃烧器的设计出力要求，不影响锅炉的使用效率。

图1 等离子结构图

2 等离子燃烧器损坏情况及原因分析

2.1等离子燃烧器损坏情况简述

某电厂1号锅炉检修时发现有多个等离子燃烧器烧坏、喷口变形结渣，大部分筒体都有裂纹及严重变形等（如图2、图3、图4、图5），具体情况： A3、A6、A7、B3、B6等离子燃烧器内筒烧穿而无法使用。

图 2 图 3

图4 图5

2.2等离子燃烧器的损坏原因分析

从上述等离子燃烧器现场情况看，判断燃烧器内部烧损的初始原因均是由于燃烧器内部出现煤粉沉积所致，而沉积的煤粉未能及时吹扫进入炉膛，导致结焦堵塞内部通道。等离子体燃烧器为内燃式燃烧器，采用逐级放大的圆筒状结构，内部结构设计风阻很小，不易堵粉，且每个燃烧器尺寸一致，外形尺寸与锅炉主燃烧器一样。因此，积粉问题并不是燃烧器本身造成的，而是与一次风管内风速和煤粉浓度相关。运行中当风速小于一定数值，而煤粉浓度较大时就会产生煤粉沉淀和堆积。通过现场查看曲线，发现两个燃烧器在投煤运行期间最低一次风速有时甚至达到 10m/s 以下。

等离子燃烧器一旦出现内部积粉并结焦，如果不及时清除而继续运行和投运等离子点火，由于下部结焦占了部分通道，原本周向均匀的火焰必然向上部倾斜，通过中心筒后火焰放大，一直会靠着二级筒和三级筒上半部分燃烧，同时，由于风速较低，火焰周向扩张的更大，长时间在这种工况下运行，燃烧器内部烧损将不可避免。这就是为什么燃烧器内部上半部被烧损甚至外筒被烧穿、烧裂的原因。

图 6 显示，2017 年 4 月 10 日上午，正常投运等离子期间，一次风速长时间在 10m/s 左右，下午三点多，燃烧器壁温突然异常升高，后壁温达到近 1000℃。等离子停运后，壁温恢复正常。说明燃烧器内部已经有积粉并燃烧。

图 7显示，2017 年 4 月 30 日，在等离子未投运的情况下，燃烧器前壁温突然升高至 1000℃以上，并持续了几个小时之久，说明燃烧器前端之前的内部积粉产生爆燃。图 8 显示，

图8显示，2016 年 9 月 16 日下午，等离子投运期间，A7 燃烧器一次风速长期在 15m/s 以下，最后一次投运等离子的 20 分钟内，更是一直在 10m/s 以下运行，在等离子停运十几分钟后，燃烧器内部前后壁温突然异常升高至 500℃左右，表明燃烧器发生内燃，期间一次风速显示一直在 4m/s 以下。所以，A7 燃烧器很早就已经有积粉自燃情况，燃烧器长期在内部结焦堵塞情况下运行，最终导致内部严重烧损情况发生。

图6 2017 年 4 月 10 日 B3 燃烧器壁温异常

图7 2017 年 4 月 30 日 B3 燃烧器壁温异常

图8 2016 年 9 月 16 日 A7 燃烧器壁温异常

3 等离子燃烧器改进及运行调整措施

结合机组检修，该电厂借鉴等离子燃烧器结构特点，对本厂等离子燃烧器进行改进：1、一次风喷嘴本体，等离子燃烧器喷嘴、中心筒、二级筒、三级筒等采用硅溶胶精密铸造工艺。硅溶胶精密铸造的产品接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，表面粗糙度可达到Ra0.4μm；无气孔、夹渣等铸造缺陷，产品使用周期长。2、材质 ZG40Cr25Ni20Si2NRe，

增加其耐热、抗氧化性。 3、一次风喷嘴迎风面隔板采用碳化硅防磨，材质SISIC，耐高温1350℃。4、对磨煤机出口固定缩孔进行改造，经检查基建期间未按图纸安装，后根据原锅炉厂设计图纸进行了调换好。

通过燃烧调整试验，运行中采取以下措施： 1、等离子点火器层燃烧器在投运前必须做好一次风粉调平工作，并保证煤粉投运期间，每个分支管道风速在 18m/s 以上；2、做好煤粉管道一次风测速管的标定和防堵措施，以尽量保证表盘风速显示正常准确，以免发生误导操作；3、 等离子燃烧器投运期间，应密切关注燃烧器壁温测点的温度显示和报警情况，一旦发现壁温报警和超温，需及时采取控温措施。如增大一次风速（建议按单次 2~3m/s 增量逐步调节），降低给煤量（建议按单次 2~3t/h 幅度逐步调节）、停运对应等离子发生器，甚至停对应磨煤机等等，直至温度正常。根据等离子燃烧器运行规程操作。4 如果燃烧器壁温较长时间得不到控制或判断燃烧器内部已经结焦，需及时拆卸等离子点火枪，进行内部查看和捣焦，在没有清理干净之前，尽量不启动该燃烧器运行。以免产生破坏性后果，导致燃烧器不可恢复。

4 结束语

该厂1号机组检修后后较长时间没有再发生燃烧器烧坏问题，次年检修检查，也没有发现筒体开裂、损坏情况，说明等离子燃烧器改进和运行调整措施合理，取得了良好效果，可为同类型机组的技术改进和运行调整措施上提供一个有益的参考方案。

参考文献：

[1] 樊桂泉.超超临界及亚临界参数锅炉.北京,中国电力出版社.

[2] 上海锅炉厂超超临界锅炉产品说明书.上海,上海锅炉厂.

[3] 上海锅炉厂超超临界锅炉使用说明书.上海,上海锅炉厂.

[4] 上海锅炉厂等离子燃烧器说明书.上海,上海锅炉厂.