超临界锅炉塌灰灭火原因分析及应对措施

李有信 陈英武 朱家英 虞昊天

摘 要：  某电厂#2机组长时间低负荷运行，造成折焰角水平烟道积灰严重，积灰大面积掉落，引起锅炉MFT动作，深入探索MFT动作原因，并提出通过低负荷吹灰、负压扰动方式等有效对策，从而防止大面积塌灰的发生，稳定了机组运行，起到了良好的效果。

关键词： 塌灰;灭火;扰动

中图分类号：TK 227.7  文献标识码：B

随着风电、光伏发电等新能源的发展，火力发电担负着越来越重的调峰任务，时常长时间低负荷运行，对于Π型炉，部分机组存在水平烟道积灰及塌灰情况，严重时造成锅炉灭火。对塌灰导致MFT的机理进行研究，并制定出有效的應对措施，对机组的稳定安全运行显得尤为重要。

1 设备概况

某电厂锅炉是由上海锅炉厂有限公司生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉型号：SG-1938/29.3-M6015。采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统。采用微油点火，安装在锅炉下层燃烧器上（对应A磨）。炉膛上部的折焰角与水平烟道直接相连接，折焰角上部呈30o、水平烟道底部呈15o共同向炉膛倾斜。

2 MFT发生前工况及过程

机组负荷334.2MW、总燃料量150.5t/h、A、B、C、D制粉系统运行、炉膛压力-183Pa、总风量1457t/h、A/B引风机动叶开度48%/46%，机组运行稳定。

19：47：03 炉膛压力突然由-83Pa波动至-1124Pa，A、B引风机动叶开度指令下降至43%/41%，通过少油图像火检电视及炉膛火焰电视观察到火焰突然由明亮变暗，并大幅波动。捞渣机附近就地巡检人员听见渣井发出响声，然后又看见大量灰从炉膛溢出，判断炉膛有大量积灰或焦块掉落。

19：47：03 运行人员投入AB1油枪;

19：47：06 A1、A4、B3、C4火检突然下降，4s后从99%下降至0%，其他火检均有小幅下降;

19：47：07 运行人员增投AB3油枪。

19：47：08 炉膛压力-1167Pa，并开始回头上升，此时A、B引风机动叶开度41.5%/40.6%;

19：47：10 炉膛压力升至-160Pa，AB1大油枪点火成功;

19：47：12 炉膛压力升至+1622Pa，A/B引风机动压开度45%/42%，炉膛压力高（保护定值：+1520Pa）MFT保护动作，炉膛压力最大升至+2021Pa;

19：56：22 就地发现除渣系统渣量较大，A/B斗提机相继过载跳闸，造成干渣机联锁跳闸。

3 MFT灭火原因分析

3.1 灭火原因判断

MFT后8分钟，发现斗提机过载跳闸，造成干渣机联锁跳闸。打开斗提机检修孔，发现斗提机已堵塞，对堵塞物进行人工清理。清理物灰白色，粉末状，判断为锅炉飞灰。之后停炉机会对水平烟道进行检查，发现在斜坡角度为15°的水平烟道处存在大量积灰，深度达到2～3m。由此判断造成此次灭火的起因是锅炉水平烟道积灰踏落造成。

3.2 积灰原因分析

3.2.1 折焰角斜坡角度较小

折焰角设计下部斜坡角度为30°，上部斜坡角度为15°，而一般堆灰自然流动角为30°～45°，上部斜坡实际角度远小于堆灰自然流动角，外加烟气流动的附加力的作用，会使得沉积下来的飞灰很难及时从炉膛掉落，致使飞灰堆积严重。

3.2.2 烟气流速设计较低

该锅炉折焰角30°斜坡上部和15°斜坡积灰区上部分别布置了高温过热器和高温再热器。积灰区域在50%THA和75%THA负荷下设计的平均烟气流速分别为5.9m/s和8.3m/s，明显偏低。对于燃煤锅炉，该区流速在10.5～12.0m/s较为合理，且高温再热器管屏后未布置受热面，流速较低的含尘烟气在经过净空间是时烟速进一步降低。再加上烟气流过折焰角时，在此区域产生低速回流区和机组在70%THA负荷下运行一周，没有高负荷运行，因此在该区域积灰产生大量积灰。

3.2.3 积灰掉落分析

随着灰分的不断积累，就造成了积灰更大的堆积角（远大于粉末堆积的自流角）。一旦出现扰动，就会打破原先的相对平衡状态，引起塌灰。折焰角为积灰的部位，但所积灰量及落灰的情况都不一样，所以折焰角每次落灰对炉内燃烧的影响也有所差异。

3.2.4 塌灰灭火分析

由于炉内煤粉的燃烧主要依靠上下运动烟气流和煤粉之间的传热来维持，而从折焰角落入炉内的大量积灰随着下落会逐渐扩散，扩散的落灰虽不致造成炉膛温度的急剧下降，但在下落过程中隔离或者屏蔽上下运动烟气流和煤粉之间的传热，直接冲击炉膛火焰中心，阻挡风粉的混合。当烟气流和煤粉间传热突然受阻时，将导致传热恶化、燃烧不稳[1]。塌灰流刚形成过程中，炉膛负压由-83Pa波动至-1124Pa，A/B引风机动叶开度由48%/46%指令下降至43%/41%，煤粉在炉膛内积聚，未有效点燃，并影响到其他煤粉的点燃及燃烧，这种情况在持续恶化，燃烧持续变差。此时投入AB1油枪，加上炉膛内温度还比较高，被冲散的煤粉区域集聚到一定程度后被重新点燃，出现了较小规模的爆燃，对炉内本来就越来越不稳定燃烧造成了较大的冲击。引风机负压自动来不及调节，所以爆燃使炉膛压力高而未发生MFT。

4 应对措施及实施

4.1 低负荷吹灰

此锅炉设计吹灰负荷为460MW以上，但机组实际运行负荷不高，常在300MW～400MW负荷运行。

观察锅炉的燃烧工况稳定。尝试在400MW以下负荷进行吹灰，以清除折焰角上积灰。并采取如下措施：

（1）只投运距离积灰位置最近L10、R10吹灰器，1～2天一次，逐个进行。

（2）吹灰时引风机负压自动切除，改为手动操作，减少引风机的干扰。

吹灰器投运后，负压最大由-405Pa波动至376Pa。吹灰过程中负压波动比投运前也稍大。说明吹灰中有持续的积灰掉落。

4.2 负压变动除灰

在水平烟道的积灰过多，造成了积灰更大的堆积角。当烟气流扰动时，积灰的平衡状态会打破，引起落灰。负压的扰动，特别是负压变化过程中，烟气流的流速会变化，烟气流的托扶力也会变化，造成积灰平衡破坏，积灰塌灰。锅炉负荷330MW，提前投入2只少油燃烧器，两台引风机动叶自动状态，负压设定-30Pa，手动负压自动设定改为-200Pa，引起折焰角落灰，负压最大变化由-1057Pa到+616Pa。

5 结论

通过低负荷吹灰、炉膛负压扰动等措施，使折焰角积灰在低负荷时提前掉落，有效地克服了锅炉折焰角大量塌灰的产生，确保了设备的安全运行。

参考文献：

[1]周校平，张晓男.燃烧理论基础[M].上海：上海交通大学出版社，2001.

作者简介： 李有信（1981—），男，本科，河南郑州人，工程师，研究方向：电厂锅炉。