国产660MW超超临界锅炉燃烧器损坏原因分析及处理.doc

国产660MW超超临界锅炉燃烧器损坏原因分析及处理孙 俊 张 文 (大唐信阳发电有限责任公司 河南信阳平桥区 464000)摘 要：近年投产的600MW及以上超临界锅炉燃烧器存在较多扩锥损坏现象，本文从燃烧器的结构设计、运行调整等方面分析了原因，结合燃烧器改造和燃烧调整，有效地解决了这一难题。关键词： 超超临界；燃烧器；扩锥损坏；燃烧调整0引言某电厂660MW超超临界锅炉自2009年3月投产以来，运行中有燃烧器稳燃齿环脱落情况，至10月小修检查，发现锅炉燃烧器区域结渣比较严重，燃烧器多数被烧损。本文从燃烧器结构、燃烧调整、小修技改等多个方面，分析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3号锅炉为国内某锅炉厂生产的DG200026.15-II2型超超临界变压直流炉、单炉膛、内螺纹螺旋管圈水冷壁、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉，前后墙对冲燃烧方式，采用冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台炉配6台ZGM-113G型中速磨煤机，每台磨对应6个低NOx旋流燃烧器。1.1锅炉主要设计参数 表一名 称单位BMCRBRL过热蒸汽流量t/h20001899.5过热器出口蒸汽压力MPa26.1526.03过热器出口蒸汽温度605605再热蒸汽流量t/h1638.81551.9再热器进口蒸汽压力MPa4.924.65再热器出口蒸汽压力MPa4.674.41再热器进口蒸汽温度349342再热器出口蒸汽温度603603省煤器进口给水温度2922881.2设计煤种特性燃煤采用平顶山矿区原煤，设计煤种：收到基低位热值为20.03MJ/kg，Mar =8% ，Vdaf =25.23%， Aar=31.56%，灰的变形、软化、熔化温度均大于1500。1.3锅炉燃烧器布置特点锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，36只燃烧器按3层6列布置，使得沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀，前墙自下而上为A、B、E三层，后墙自下而上为F、D、C三层（如图1），最上层燃烧器上方布置有16只燃尽风风口，减少NOx的生成。图1 炉膛燃烧器布置侧视、前视图1.4燃烧器结构特点图2 燃烧器结构图该煤粉燃烧器为某锅炉厂自主设计生产的低NOx轴向旋流煤粉燃烧器，突出燃烧稳定性与低NOx分级燃烧技术。此燃烧器将燃烧用空气分为四部分：即一次风、中心风、辅助风、旋流风（如图2）。一次风粉混合物经过煤粉浓缩器，使煤粉气流产生径向分离：浓煤粉气流从一次风管圆周外侧经过稳燃齿环进入环形回流区着火燃烧，淡煤粉气流从一次风管中心区域进入内回流区着火燃烧。一次风管出口处较厚的扩锥使一、二次风分离并形成一个夹角，通过高速的一、二次风的卷吸，在该夹角范围内形成一个稳定的环状回流区，使得进入该回流区的浓煤粉气流的着火热大大降低。喷口处有稳燃齿环，可以增加煤粉气流的湍动度，进一步提高煤粉气流着火速度。一次风扩锥可以推迟二次风的混入，提高回流区的温度。因此在以上因素的共同作用下，煤粉气流在离开燃烧器喷口后能够迅速着火，并稳定燃烧。燃烧器中心风管内布置有油枪、高能点火器等设备，小流量的中心风通过中心风管送入炉膛，油枪运行时用作部分燃油配风，油枪停运时可以调节燃烧器中心回流区位置，控制着火点，获得最佳燃烧工况，同时还起到冷却、防止烟气倒灌及灰渣积聚的作用。辅助风和旋流风通过燃烧器内同心的内外二次风环形通道、在燃烧的不同阶段喷入炉内，实现分级供风，降低氮氧化物的生成量。2 燃烧器损坏情况及原因分析2.1燃烧器损坏情况简述某电厂3号锅炉小修时发现有多个燃烧器扩锥损坏、稳燃齿环变形脱落，大部分扩锥都有裂纹，严重的裂纹较大，开裂部分脱落（如图3、图4），且一次风扩锥损坏较为严重，多发生在中上层，损害程度由下层往上层呈递增趋势，具体情况： B3、B5、B6、D1、D3、D4燃烧器一次风扩锥和稳燃齿环脱落；E1、E5、E6、C1、C2、C3燃烧器一次风扩锥及稳燃齿环脱落，二次风扩锥需更换；E2、E3、E4、C4、C5、C6中心筒变形；其余燃烧器损坏较轻，补焊加固即可使用。 图 3 图 42.2某电厂燃烧器与HT-NR3型燃烧器结构特点分析HT-NR3型煤粉燃烧器是日立巴布科克公司生产的技术比较成熟的低NOx旋流燃烧器，设计考虑了煤质变化的适应性，在国内多台机组上使用过，没有发生扩锥开裂损坏情况。为了分析燃烧器扩锥开裂原因，将某电厂燃烧器与HTNR3型燃烧器的结构进行对比。从燃烧器结构来看，两种燃烧器都采用了类似的两层扩锥（如图5、图6），将燃烧器内气流分为一次风、内二次风和外二次风。图5 某电厂燃烧器侧面图6 HT-NR3型燃烧器侧面 从扩锥的结构来看，两种燃烧器有很大差别。正面观察，HTNR3型燃烧器两层扩锥均分为四个90的扇形（图8），四个扇形之间留有一定的缝隙；而某电厂燃烧器扩锥为整体铸造的圆锥环（图7），没有预留任何吸收膨胀的结构。侧面观察，HTNR3型燃烧器的一次风扩锥内侧设计有很多导流的“筋”形结构（图6），二次风扩锥两侧有连接在燃烧器内部的拉杆；而某电厂燃烧器扩锥内没有类似“筋”形结构（图5），也没有固定用的拉杆。图8 HT-NR3型燃烧器正面图7 某电厂燃烧器正面 扩锥由于和煤粉气流直接接触，距离火焰最近，直接受到火焰温度的影响，并且随着锅炉负荷的高低、燃烧器的投退、着火点的远近等因素影响，燃烧器区域温度发生了变化，扩锥温度也随之升高或降低。如此温度的交变，必然造成扩锥膨胀和收缩。很明显，整体铸造的结构无法吸收该形变，使得扩锥开裂。而HTNR3型燃烧器设计比较合理：1、扩锥均分为四瓣，每一瓣的形变量很小，且扇瓣之间留有缝隙，既使有较大的形变也会被吸收；2、扩锥背面设计成“筋”型结构，除了导流内二次风，还可以加固扩锥；3、外扩锥两侧连接在燃烧器内部的拉杆，对扩锥起固定作用。通过对比分析两种燃烧器结构，认为该电厂燃烧器扩锥开裂、损坏原因，与燃烧器结构设计不合理有直接关系。2.3燃烧方式对燃烧器损坏的影响由于该电厂偏离大型煤矿聚集区，煤种复杂，煤质挥发份、硫份、灰份、灰熔点等参数偏离设计值较多，特别是高硫份、低灰熔点较的燃煤掺烧比例较大，导致燃烧器区域结焦严重。当燃用低挥发份煤时，为防止火检频闪、磨煤机跳闸状况发生，运行人员采用减少磨煤机一次风量、降低一次风速的方法来提高火检强度，导致着火点前移，扩锥温度升高。低负荷时，为保证燃烧稳定，运行人员通过减小辅助风量和增大旋流强度的方法来稳定燃烧，同样使着火点前移。3 燃烧器改造及燃烧调整措施小修中，该电厂借鉴HTNR3燃烧器结构特点，对本厂燃烧器进行改造：将内外扩锥圆周处切出四个槽，用来吸收扩锥金属伸缩应力；将内外扩锥通过四个卡子固定在一起，增加机械强度。通过燃烧调整试验，运行中采取以下措施： 1、燃烧器旋流风采用分层控制原则，中上层燃烧器旋流风开度控制在80%以上，防止结焦，下层燃烧器旋流风开度控制在50-70%，以增强稳燃能力；2、控制中、上层燃烧器辅助风门开度不大于70%，严格控制辅助风和旋流风比例，防止火焰贴壁； 3、高负荷时开大辅助风、旋流风门，增大着火距离。4、加强燃料混配煤管理，减少高硫份、低灰熔点燃煤的参烧比例。5、加强吹灰管理。4 结语该厂3号机组投运后较长时间没有再发生稳燃齿环脱落，次年小修检查，也没有发现扩锥开裂、损坏情况，说明燃烧器检修和运行调整措施合