旋流对冲锅炉火检信号剧烈波动的原因分析及调整措施

2015-06-06周文台

综合智慧能源 2015年7期

关键词：投运磨煤机细度

周文台

（上海发电设备成套设计研究院，上海 201100）

旋流对冲锅炉火检信号剧烈波动的原因分析及调整措施

周文台

（上海发电设备成套设计研究院，上海 201100）

四川广安发电有限责任公司＃62锅炉在低负荷状态下投运D层燃烧器时炉内火焰检测信号剧烈波动，分析原因为D层燃烧器煤粉着火延迟，导致火焰黑龙区过长，未点燃的煤粉影响邻层燃烧。通过调整一次风温度、煤粉细度及一次风、二次风流量等参数，改善了煤粉的着火条件，缩短了煤粉的着火时间，使煤粉进入炉膛后能够快速点燃。燃烧调整后，该锅炉在低负荷状态下投运D层燃烧器，炉内火焰检测信号波动情况大为改善。

火检波动；燃烧调整；煤粉细度；一次风温度；旋流对冲锅炉

0 引言

火焰信号检测系统（以下简称火检系统）是现代大型锅炉必须配备的设备之一。该系统能够有效检测火焰的有无及强弱，灭火时系统发出保护信号，切断燃料的供给，以免出现炉膛爆燃等危险状况；锅炉正常运行时，信号的强弱能较为直观地反映锅炉内的燃烧状况，为锅炉运行人员提供数据参考。

火焰检测（以下简称火检）信号剧烈波动是锅炉运行中较为常见的问题，对锅炉的安全性影响较大，容易触发主燃料跳闸（MFT）等重大事故，因此不容忽视。引起火检信号剧烈波动的原因也较多，有燃烧不佳、火检设备自身缺陷等。针对四川广安发电有限责任公司＃62锅炉在低负荷状态下投运D层燃烧器容易出现火检信号波动的现象进行了分析，并有针对性地进行了燃烧调整。

1 设备简介

该公司三期＃62锅炉为某厂制造的DG2028／17.45-Ⅱ5型亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢构架的Π型汽包炉。锅炉大板梁标高80.100m，汽包中心线标高71.650m，顶棚标高67.354m，炉膛宽20.700m，深16.500m。锅炉制粉系统采用一次风正压直吹式制粉系统，设6台中速磨煤机。设计煤粉细度R90＝16%。该锅炉D层、F层燃烧器采用动态分离器对粗煤粉进行分离，其他燃烧器采用静态折向挡板进行分离。

锅炉配用UR600IR型火检系统，该火检系统利用红外线原理来测量炉膛内火焰，安装在燃烧器前部外二次风口面板上，用来检测煤粉燃烧产生火焰的闪烁信号，检测光谱范围为600～3 000 nm。它只接收燃料在燃烧时产生的湍流而引起的闪烁部分的火焰信号，即燃烧的动态辐射部分［1］。

2 运行问题

该公司三期＃62锅炉燃烧器布置方式如图1所示，锅炉共配有30个低NOx旋流式煤粉燃烧器，30个燃烧器分3层分别布置在锅炉前、后墙水冷壁上，每层各有5个燃烧器。

图1 燃烧器布置方式

锅炉低负荷运行时（小于450MW），一般采取5运1备的燃烧器投运方式，但难以投运D层燃烧器，一旦投运D层燃烧器而停运其他任何1台燃烧器时，不但D层火检信号波动剧烈，与之相邻的C层、E层火检信号也会剧烈波动，有时甚至会出现无法检测到火焰的情况。当在低负荷状态下需要检修其他燃烧器而必须投运D层燃烧器时，经常投运油枪来进行稳燃，以免火检信号波动过大触发MFT而停机。

在低负荷运行时，该锅炉经常停运D层燃烧器而非最上层的E层或F层燃烧器，这样就造成了火焰中心上移，烟气行程缩短，导致减温水量偏大以及飞灰含碳量偏高，对锅炉的经济性及过热器、再热器金属壁温均有较大影响。因此，解决低负荷时投运D层燃烧器带来的火检信号波动问题意义重大。

3 火检系统原理

风粉混合物喷入炉膛经过加热、气化、着火、燃烧等过程，根据煤粉燃烧特性，可将燃烧过程分为4部分，从喉口开始依次为黑龙区（即燃料未燃区）、初始着火区、燃烧区和燃尽区［2］，如图2所示。黑龙区只对燃料进行加热，没有辐射强度；初始着火区由于燃烧不稳定，因此具有强烈的闪烁频率，同时具有一定的辐射强度；随着火焰燃烧的稳定，其闪烁频率会逐渐降低，因此燃烧区辐射强度较强，闪烁频率较低；燃尽区闪烁频率和辐射强度均已降至很低。火检系统安装在初始着火区有利于有效检测和区分其他燃烧区火焰。火检系统就是利用初始燃烧区的火焰亮度和火焰闪烁频率特性来判断火焰是否真实存在。

图2 煤粉燃烧过程及火检原理

4 火检信号剧烈波动原因分析

一般来说，煤粉气流最好在离开燃烧器200～300mm处着火，最多不要超过500mm［3］。超过500 mm后着火，则会由于着火点距火检探头位置较远，检测到的火检强度低于火检阀值而导致火检信号时有时无，波动剧烈。

4.1 D层燃烧器着火延迟

投运D层燃烧器后，通过就地查看火孔可以清晰地观察到D层燃烧器喷口的火焰较后墙的B层燃烧器喷口火焰明显发黑，可见D层燃烧器比其他燃烧器着火差。

火检信号剧烈波动常见于450MW以下的低负荷，这是因为此时炉温相对较低，加之实际燃用的煤质挥发分相对较低，造成低负荷时煤粉着火推迟，导致黑龙区分布过长，此时原本应该在初始燃烧区着火的煤粉未完全点燃，因此其闪烁频率及火焰强度难以达到火检阀值，出现火检信号波动的现象。

4.2 D层燃烧器影响邻层燃烧器

当D层燃烧器煤粉着火不佳时，未点燃的煤粉会随着旋转气流对邻层燃烧器进行干扰。低负荷状态下，C层、E层的燃烧状态也仅仅处于临界稳定状态，当D层未点燃的煤粉随着气流扩散至C层、E层附近时，煤粉会吸收该区域的大量热量，进而导致C层、E层的煤粉吸热量减少，升温速率降低，着火推迟，出现与D层相似的状况，导致其火检信号也出现巨大波动。

5 调整措施

通过上述原因分析，为能够让火检设备在低负荷时持续检测到火焰信号，就必须缩小D层燃烧器的黑龙区，此外，对C层、E层燃烧器来说，应通过强化煤粉的着火来提高火焰的抗干扰能力。因此，改善着火条件、缩短着火时间是调整的主要目标。

5.1 提高磨煤机出口一次风温度

在日常运行中，运行人员把磨煤机出口温度控制在80℃以内，防止给煤机断煤导致磨煤机出口温度飞升，触发跳闸磨煤机逻辑保护。从实际运行来看，该公司燃用煤质水分不大，断煤可能性极小，此外，实际燃用煤质的干燥无灰基挥发分在15%左右，仅略好于无烟煤，因此，可将磨煤机出口温度逻辑保护值适当调高，与之匹配的是调高磨煤机出口温度。通过调节磨煤机入口冷、热风门开度，将原有磨煤机出口温度由70～80℃提高至95℃左右，这样能够有效提高一次风粉的初始热量，减少煤粉需要在炉膛中吸收的热量，缩短着火时间［4］。

5.2 减少一次风流量

实际运行中，运行人员为防止堵磨，常将磨煤机入口的所有风门全部打开，以保证通风出力。在低负荷时，各台磨煤机的出力相对较小，所需要的通风出力也相对较低，一次风流量过大，这样一方面会导致一次风风速较高，煤粉进入炉膛后的单位距离所需时间减少，吸热量也随之减少；另一方面会降低燃烧器喷口处的局部煤粉浓度，不利于煤粉的快速着火。减小一次风流量，会使着火热量显著降低，有利于着火［3］。将磨煤机入口容量风开度适当关小，保证能够满足磨煤机的通风出力需要，试验中从初始的100%开度关至75%开度左右，仍然能满足磨煤机的通风出力要求。

5.3 选择适当的煤粉细度

煤粉越细，煤粉颗粒的相对面积就越大，越有利于吸热、着火，越容易燃尽［3］。煤粉细度的选择与煤质关系较大，选择适当的煤粉细度既要有利于燃烧又要控制制粉单耗。设计煤种的煤粉细度推荐值为R90＝16%。从实际取样测试来看，除B层、E层燃烧器基本达标外，其他燃烧器的煤粉细度明显偏高，尤其是C层燃烧器的R90在30%以上。由于在低负荷时，各台磨煤机的出力要求相对较小，可以将煤粉细度适当调细。试验中调细了C层、D层、F层燃烧器的煤粉细度，使其尽量接近设计煤粉细度。调整前、后的煤粉细度对比见表1、表2。