（国华太仓发电有限公司江苏省太仓市215433）
摘要：通过对锅炉燃烧器烧损原因的分析，发现与燃烧器磨损、运行调整及燃烧煤种均存在相关性，提出了防范措施，避免了燃烧器烧损现象再次发生。
关键词：燃烧器；烧损；原因；防范措施
一、锅炉概述
锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。锅炉燃烧用神府东胜煤。锅炉燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，有三级过热器，二级再热器。在后屏过热器进、出口分别布置一、二级喷水减温器，在低温再热器入口布置事故喷水减温器。制粉系统配置6台ZGM113G型中速磨煤机，冷一次风、正压直吹，Ｒ90=18%。5台磨煤机运行，1台备置。采用低NOx同轴燃烧系统，主风箱设6层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置燃料风。每相邻2层煤粉喷嘴之间布置1层辅助风喷嘴，包括上、下2只预置水平偏角的辅助风CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。主风箱下部设有1层火下风UFA喷嘴，主风箱上部设有2层紧凑燃尽风CCOFA喷嘴和5层可水平摆动的分离燃尽风SOFA喷嘴。采用轻柴油点火系统。燃烧器摆角±30°，SOFA喷嘴上下摆角±30°，SOFA水平摆角±15°。锅炉最大连续蒸发量1913t/h，一次风速(喷口速度)25m/s，一次风率19.8%。
二、燃烧器喷管烧损异常工况
第一，2014年9月20日9:15，#1锅炉C2燃烧器处护板烧坏，停磨检查发现C2燃烧器喷管左侧中部偏下有1个孔洞，导致煤粉泄漏燃烧，护板过热烧损。第二，2014年9月22日13:00，#1锅炉F2粉管入炉膛处有火星冒出，停磨检查发现F2喷管的右侧有1个孔洞，底部有2个孔洞。第三，2014年10月17日9:23，#2锅炉C4燃烧器喷管外护板烧红，停磨检查发现燃烧器喷口有结焦，喷管内部左侧无明显磨损。第四，2014年10月21日3:55，#2锅炉F4燃烧器区域护板烧坏，停磨检查发现燃烧器喷口烧坏，喷管背火侧全部烧坏，附近燃烧器摆角连杆、电缆烧损。第五，2014年10月21日20:03，在2F磨出口处F4粉管插板门后加装堵板，启动2F磨煤机运行，21:32F2燃烧器区域护板烧坏，停磨检查发现燃烧器喷口烧坏，喷管背火侧全部烧坏，附近电缆烧损。
北疆电厂２台１０００ＭＷ超超临界火电机组，锅炉为超超临界变压运行燃煤粉直流锅炉，型号为ＳＧ－３１０２／２７．５６－Ｍ５４Ｘ，单炉膛双切圆、一次中间再热、固态排渣、П形布置。设计煤种为平朔安太堡烟煤。
锅炉燃烧系统按中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统设计，配６台ＭＰＳ２７５型磨煤机。每台磨煤机的出口由４根煤粉管接至锅炉前、后墙的４个煤粉分配器，再一分为二接至炉膛八角的同一层８个煤粉燃烧器。４８只直流式燃烧器分６层８组布置于炉膛下部，煤粉和空气从布置在锅炉前、后墙的８只燃烧器送入炉膛，在炉膛中呈双切圆方式燃烧。燃烧器平面布置见图１。
燃烧方式采用低ＮＯｘ同轴燃烧系统（ＬＮＣＦＳ）。在煤粉喷嘴四周布置有周界风（燃料风），每相邻２层煤粉喷嘴之间布置有１层辅助风喷嘴，其中包括上下２只偏置的ＣＦＳ喷嘴，１只直吹风喷嘴；主风箱上部设有２层ＣＣＯＦＡ（紧凑燃尽风）喷嘴，主风箱下部设有１层ＵＦＡ（火下风）喷嘴，主风箱上方布置有５层ＳＯＦＡ离散燃尽风喷嘴。燃烧器摆角参与温度调节，８个角同步摆动，一、二次风喷口均可上下摆动，燃烧器一次风最大摆角为±２０°，二次风（含ＳＯＦＡ）最大摆角为±３０°。燃烧器的结构见图２。
三、原因分析
3.1第一，#1锅炉C2和F2燃烧器烧损分析。喷管长时间磨损，导致喷管穿孔造成煤粉泄漏引起燃烧，导致护板烧损。第二，#2锅炉C4燃烧器喷管外护板烧损分析。可能是一次粉刚性不足导致喷口结焦，烧损的区域离喷口的距离较远，并有燃烧迹象，有可燃物存在才会导致燃烧，另外喷管内没有燃烧的痕迹，外护板和喷管内间隙应有15～20cm，同时该区域还有一定的周界风风量，如需把外护板烧红，需要较多能量，如果粉管因喷口结焦导致喷管内燃烧，喷管会烧红、损坏，给粉管道会有烧红的迹象。流速的降低会造成粉管的堵塞，但C磨运行正常，没有发现粉管堵管迹象，分析认为是漏粉导致该区域烧损的可能性较大。第三，#2锅炉F4和F2燃烧器烧损面为锅炉的背火侧，由锅炉结构、切圆和燃烧器喷口钝体分析，锅炉向火侧存在卷吸效应，应该是向火侧先着火，温度也是该侧温度高，但从烧损的区域分析，燃烧器的烧损为背火侧，喷管的烧损是一半而不是整段。
分析认为喷管的背火侧，因设备设计、安装等原因，导致该区域磨损，喷管穿孔，使该区域漏粉，由于高温的周界风和炉膛的温度，引起煤粉燃烧，产生“蚕食效应”烧损喷管。其一，燃烧器喷管损坏或护板烧损前运行参数，除2C2燃烧器处护板烧红前，2C磨出口压力从1.6kPa逐渐升到3.5kPa外，其他运行参数均正常。#1、2锅炉未修改相关接线逻辑或进行与燃烧有关的技改，运行方式已经实行多年，未发现明显问题，排除运行调整问题。其二，2F2和2F4燃烧器烧损前燃烧的是不连混煤，1C2和1C4燃烧器烧损前燃烧的是澳煤，2C4燃烧器烧损前燃烧的是不连混煤，均不是高挥发性煤种，应排除煤种原因。
3.2燃烧器烧损原因
２台机组投产后不久，时常发生燃烧器钝体板脱落进入排渣系统，随着锅炉运行时间的增加，锅炉燃烧火焰中心发生偏斜，锅炉左右侧主、再蒸汽温度出现偏差，２台空气预热器进口烟气温度也偏差２～７Ｋ，不同制粉系统运行组合偏差程度不同，这与燃烧器的烧损、钝体板的脱落有直接关系。
3.3燃烧器区域温度偏高
机组负荷１０００ＭＷ时，用远红外辐射高温仪进行测量炉膛温度，各层燃烧器区域的温度分布见图５，Ａ～Ｆ燃烧器区域炉膛温度越来越高，这与燃烧器的烧损情况分布相符合。炉膛火焰中心温度偏高，高温烟气对燃烧器的辐射换热增强，而燃烧器周界冷却风量不足，导致燃烧器喷口温度过高，造成燃烧器烧损。
3.4运行调整方面
煤粉着火距离太近煤粉着火距离太近有两方面原因：（１）磨煤机高负荷运行时，由于通风阻力大，进口一次风量低于设计值，可能造成着火距离太近，引起燃烧器喷口的过热变形直至损坏。（２）为降低机组厂用电率，锅炉氧量控制偏低，二次风风速低，煤粉着火距离太近，造成燃烧器喷口烧损。
入炉煤质变化入炉煤挥发分变化范围大（ｗ（Ｖｄａｆ）＝３４％～４６％），严重偏离设计煤种。挥发分提高后，一次风喷口的煤粉着火距离变近，而运行人员未能配合煤质挥发分的变化及时调整一次风和二次风，以适应煤种的变化。
燃烧器停运时的周界风偏小磨煤机停运时，对应燃烧器周界风开度偏小，一次风喷口得不到足够冷却，从而造成燃烧器的过热、变形直至损坏［１］。但实际情况表明，下层燃烧器烧损较轻或没有烧损，基本上可排除这一原因。
3.5燃烧器设计方面
材质方面燃烧器部件选材不当：（１）燃烧器中间钝体板原选用的合金钢材料１Ｃｒ２０Ｎｉ１４Ｓｉ２，耐磨强度不够，燃烧器经过一段时间运行后，没有粘贴耐磨陶瓷的部分很快磨穿，造成钝体板断开、脱落。（２）燃烧器喷口材质耐磨强度不够。燃烧器运行不到１４０００ｈ就发现燃烧器下部喷口有磨穿现象，煤粉从磨穿处进入周界风喷口，烧损周界风喷口。
结构方面燃烧器钝体板与一次风喷口连接处没有粘贴耐磨陶瓷，使其耐冲刷强度下降；钝体板被冲刷断裂后脱落或搭在燃烧器一次喷口下部，改变了同层各燃烧器阻力特性，使同一层燃烧器煤粉分配不均，阻力小的燃烧器煤粉量增大，引起燃烧器负荷大于设计值，使燃烧器烧损；同时，钝体板掉落在一次风喷口，在喷口处产生强烈的回流，造成喷口温度过高而烧损。
停运燃烧器周界风设计值不当停运燃烧器周界风开度设计值见表１。从表１可以看出：燃烧器停运时，燃烧器周界风门开度设计值偏小，高负荷时燃烧器区域温度高，辐射热量大，而冷却风量不足以冷却燃烧器，造成燃烧器过热直至烧坏。
一次风测点不符合要求磨煤机进口一次风道安装的流量测点直管段长度不够，一次风流量测量值与实际值存在偏差，造成燃烧器一次风速过高或过低。
四、数值模拟
为验证燃烧工况，可门电厂针对常见的煤种分布状况开展风煤比优化的数值试验，对运行风煤比参数进行寻优分析，在六个配煤组合的条件下，针对4个负荷工况(300MW/400MW/500MW/600MW)开展了不同风煤比设定下数值模拟计算，对比了每层喷口处的温度场和速度场。从速度分量上考量一、二次风的混合特性及火焰的长度等，用以判断燃烧是否充分，尤其是被观察煤层的相邻两层。分析时以炉膛内温度场和速度场的静态与动态特征作为重要判据，为了考虑到经济性的需要，还重点观察了CO浓度、NO浓度、O2浓度的分布状况。从计算结果的数值图谱来看，当风煤比取1.8及1.8以下的数值时，在靠近燃烧器的部位火焰燃烧器区域的温度较高，这样会形成燃烧器长期工作在高温环境下，增加燃烧器烧损的风险。当风煤比取值2.1及2.1以上时，火焰背离燃烧器的情况较为明显，降低了燃烧器周围的温度，缓解燃烧器长期处于高温环境的状况，但火焰强度明显减弱，影响了燃烧的稳定性，炉膛内部的氧量有所下降，会明显降低燃烧稳定性。
防范措施针对#1、2锅炉燃烧器喷管烧损或护板烧红异常工况，通过对燃烧器材质、运行工况、煤质、设备安装等方面进行查找和分析，并对运行常见煤种和参数进行模拟，得出烧损原因主要是燃烧器磨损导致漏粉，从运行参数、就地检查和设备检修方面提出一些防范措施:第一，为防止粉管回火燃烧，可适当提高一次风量，提高一次风刚性，将磨煤机风煤比由原来的1.8∶1提高到2∶1。第二，提高锅炉的周界风量，即提高一次风煤粉气流刚性，加大喷口冷却风量。要求停磨后F层周界风开度不低于25%，其他层周界风开度不低于20%，磨煤机运行时周界风开度设置正偏置不低于15%。第三，适当提高煤粉的细度Ｒ90的数值，推迟燃烧。保证煤粉细度在18%～25%，并改造煤粉取样装置，保证数据的准确性。第四，检查燃烧器的着火距离，并做好着火距离台账。运行人员每小时对燃烧器区域进行测温，有异常及时汇报并联系检修。第五，维修部将检查燃烧器及粉管磨损情况列入定检内容。建议利用大小修机会，更换喷口、喷管、燃烧器的防磨导流板，保证材质符合要求。
五、设备维修方面
5.1对设备要加强监督和维修：（１）发现燃烧器烧损后要及时进行更换或进行修补，对脱落的燃烧器钝体板进行更换，在钝体板与一次风喷口接触处粘贴耐磨陶瓷。（２）提高燃烧器钝体板的耐温耐磨等级；采取新的安装工艺，解决燃烧器钝体板磨损、脱落问题。（３）加强对燃烧器进口煤粉管壁温的监督；经常校验测温元件的精度，以保证测量准确。（４）利用停炉机会，检查燃烧器及辅助二次风的安装角度，确保炉膛燃烧中心不会偏移；做好锅炉一次风速冷、热态的调匀试验及二次风的冷态挡板特性试验，保证炉膛火焰的中心不偏斜。
5.2运行调整方面
加强运行调整：（１）合理控制各层二次风门、燃尽风门开度，使炉膛与风箱压差值在设计值附近，保证燃烧器（４）加强对停运燃烧器进口煤粉管壁温的监视，发现温度异常升高时应手动开大燃烧器周界风门。（５）根据磨煤机负荷，合理控制一次风母管压力和一次风流量，保证燃烧器一次风速，防止煤粉提前着火烧坏燃烧器。
5.3设计方面
设计上要采取以下措施：（１）根据燃烧器区域的温度，合理选择优质合金钢材料，提高燃烧器的防磨、耐热性能。（２）合理设计燃烧器周界风喷口截面积，保证燃烧器周界风量，降低燃烧器喷口金属温度。（３）优化燃烧器钝体板的结构，在煤粉喷嘴迎风面粘贴耐磨陶瓷；合理选择钝体板的材质，周界风量能够符合冷却和燃烧的要求。（２）锅炉各负荷段烟气中氧气体积分数（（Ｏ２））控制在设计值附近，防止各层二次风喷口风速太低，使煤粉着火距离太近而烧损燃烧器。（３）优化停运燃烧器周界风门开度控制曲线。燃烧器周界风门开度与锅炉总风量曲线见图６，增加停运燃烧器周界风门开度，保证燃烧器喷口的冷却，防止燃烧器烧损。
六、结论
从多方面分析燃烧器烧损异常工况，结合燃烧工况进行数值模拟，得出燃烧器烧损不同原因。针对燃烧器烧损原因提出针对性防范措施，避免了燃烧器再次烧损。北疆电厂锅炉燃烧器的烧损问题，在百万千瓦等级机组同类型锅炉上有一定的代表性。经采取一系列措施后，通过近半年的运行实践，没有发现燃烧器再次烧损和钝体板脱落现象；同时对于同类型锅炉解决燃烧器烧损问题，加强和优化燃烧调整，提高锅炉运行的安全性和经济性都有借鉴意义。
参考文献
［1］冯英山，周立群.可门电厂600MW机组锅炉燃烧调整试验［J］.福建电力与电工，2017，27(3):38－41.
［2］华东六省一市电机工程学会.600MW火力发电机组培训教材:锅炉设备及系统［M］．北京:中国电力出版社，2015.
［3］华电电力科学研究院.基于负荷需求的复杂煤质约束条件下机组安全、经济运行研究报告［Ｒ］．杭州:华电电力科学研究院，2015.