某電廠煤粉鍋爐結焦原因分析與防范措施

李衍平

(華電國際萊城發電廠，山東 濟南 271100)

1 事故經過及檢查情況

1.1 事故經過

2018年3月12日，某電廠3號機組負荷471 MW。05:37，A、B、C、D、E磨煤機運行，開始進行爐膛吹灰。05:44，3號鍋爐出現落焦，爐膛壓力最高至193 Pa。05:46，3號鍋爐再次落焦，爐膛壓力最高至376 Pa，運行人員投入AB層4支油槍助燃。05:49，運行人員檢查火檢無閃動，爐膛壓力穩定在-100 Pa左右，檢查撈渣機水位正常，退出AB2、AB4油槍。05:52，爐膛壓力無較大波動，火檢無閃爍，運行人員退出AB1、AB3油槍[1]。05:54:17，爐膛壓力突升至105 Pa，AR3火檢失去；05:54:19，爐膛壓力升至723 Pa，AR1火檢失去，運行人員按下緊急投油按鈕(最終因MFT投油不成功)；05:54:20，AR2、BR1、BR2、BR4火檢失去，爐膛壓力723 Pa；05:54:22，A、B磨煤機跳閘，爐膛壓力降至346 Pa；05:54:23，爐膛壓力-606 Pa，鍋爐MFT。檢查MFT首出原因“爐膛壓力低低”(爐膛壓力低低保護取自開關量，當爐膛壓力≤-2000 Pa動作)。

1.2 檢查情況

a．檢查火檢情況，確認火檢動作正常。

b.磨煤機跳閘情況。磨煤機跳閘邏輯為層火檢失去且當任意相鄰層火檢失去時磨煤機跳閘，確認磨煤機跳閘符合保護邏輯[2]。

c.就地檢查情況。撈渣機內有大量焦塊，部分焦塊尺寸較大(最大焦塊長度達1.5 m)，撈渣機停轉，撈渣機周圍發現大量琉璃狀態的焦渣和水跡[3],見圖1、圖2。3月12日—13日機組啟動后檢查鍋爐結焦情況，結焦位置為燃盡風向下至A層燃燒器水冷壁區域，撈渣機撈出黑色細渣和黃色顆粒狀渣2種[4]。

d.運行操作情況。3月11日18:45，爐膛吹灰1次，無明顯掉焦；3月12日00：00—02:26，機組負荷346 MW左右穩定運行，運行人員無大幅操作。

e．吹灰情況。3月10日01:00至滅火前，爐膛吹灰正常進行，共吹灰6次，每班吹灰1次。符合鍋爐2月9日滅火防范措施中的吹灰規定[5]。

f．入爐煤化驗情況。3月11日16:00至次日01:00所上燃煤，折算成干燥無灰基揮發分為15.44%(設計煤種15.63%)，硫分1.72%(設計值1.2%)，在爐內實際燃燒狀況下有灰熔點降低可能性，揮發分符合摻配摻燒要求[6]，硫分高于鍋爐設計值。

g.飛灰可燃物指標分析。3號鍋爐啟動后，飛灰可燃物波動較大，呈明顯降低趨勢，個別班次最低值2.61%。分析和入爐中含有煙煤有關，煙煤和失重斜率大的無煙煤混合燃燒時能降低飛灰可燃物。

h．煤粉細度情況。各磨煤機煤粉細度與之前相比無較大變化[7]。

i．事故煤樣情況。干燥無灰基揮發分除C磨煤機外均高于17.4%(設計值15.63%)。

j.灰熔點化驗結果。事故煤樣灰熔點變形溫度1170 ℃，軟化溫度1350 ℃，溫度偏差180 ℃以上。取撈渣機中焦塊化驗灰熔點[8]，焦塊灰熔點變形溫度為1178 ℃，軟化溫度1190 ℃(設計煤種軟化溫度1390 ℃)。說明煤中混有低灰熔點煤,見表1。

k.入爐煤摻配方式情況。3月11日08:00—12日08:00入爐煤化驗指標在正常范圍內。11日08:00—16:00，上煤3294 t，綜合指標(V12Q21S1.7)；11日16:00—12日01:00，上煤2608 t，綜合指標(V11Q21S1.7)；12日01:00—8:00，上煤2549 t，綜合指標(V11Q21S1.3)。

表1 2018年入廠煤灰熔融性指標

2 原因分析

a．MFT原因為爐膛壓力低低保護動作[9]。

b．爐膛壓力低的原因為爐膛掉大焦，大量焦塊落至撈渣機內，渣井內的水被迅速加熱，產生大量水蒸氣，水蒸氣上升造成爐內燃燒工況急劇惡化，A、B磨煤機失火跳閘，爐膛壓力降低至保護動作值[10]。

c．鍋爐結焦原因為3號鍋爐按燃用貧煤設計，斷面及容積熱負荷高，設計煤種干燥無灰基揮發分15.63%，全硫分1.2%，灰熔點溫度(DT、ST、FT)均大于1300 ℃。機組負荷470 MW時，現場測量淡粉燃燒器上部爐膛溫度為1450 ℃(與2019年結焦較少時持平)，遠高于入爐煤灰熔點變形溫度，入爐煤煙煤比例偏高時，鍋爐易結焦。3月7日水冷壁大量掛焦，壁面粗糙、爐溫升高，造成鍋爐結焦進一步加劇;3月11日多種含高比例煙煤的混煤疊加摻配，煙煤揮發分高，易燃，首先消耗助燃空氣，造成混煤中的貧煤或無煙煤缺氧、燃燒滯后，被爐內旋轉氣流帶至水冷壁壁面處貼壁燃燒，加劇了水冷壁壁面還原性氣氛，引發結焦。

3 存在問題及防范措施

3.1 存在問題

a.易結焦煤種不能提前發現和調整。燃料采購、燃煤摻配依據熱值、揮發分、硫分3項指標，在某些來煤組分構成差別大、低熔點煙煤比例偏高時，不能及時發現和調整。

b.在鍋爐明顯結焦的情況下，未能從燃煤采購、燃煤摻配、燃燒調整方面采取有效措施，減緩和控制掉焦滅火的發生。

c.在鍋爐明顯結焦的情況下，未及時進行針對性的燃燒調整試驗，減輕鍋爐結焦情況。

3.2 防范措施

a.對各煤源進行組分比例分析，為優化進煤結構和燃煤摻配提供依據。所有煤源進行一次成分比例普查，通過反射率分析或熱重分析，建立各煤源中煙煤、無煙煤構成比例基礎數據庫；發現某煤源成分變動較大時，及時檢測更新數據。

b.入爐煤每半個月進行灰熔點分析，及時掌握結焦趨勢變化，減少易結焦煤入爐比例。發現結焦加重時，對入爐煤立即取樣進行灰熔點分析。

c.改進燃煤采購和燃煤摻燒摻配。①依據各煤源組分比例分析數據、灰熔點化驗結果，優化進煤結構，減少易結焦煤源進煤量；②依據分析數據優化煤場堆料，減少取料面易結焦煤種的摻混占比；③入爐煤摻配時嚴格控制煙煤組分明顯偏高煤種比例小于20%。

d.根據鍋爐結焦情況調整燃煤摻配。繼續跟蹤結焦、落焦與入爐煤對應關系，監督爐膛溫度變化。結焦加重時，當日調整摻配方案，減少易結焦煤的摻配比例。

e.在掉焦明顯的情況下，繼續執行每班吹灰措施。負荷低不滿足吹灰條件時，申請吹灰負荷或投油進行吹灰。落焦引起爐膛負壓波動大時及時投油穩燃，在確認燃燒恢復正常、無繼續掉焦的情況下保持10 min后停油。

f.通過燃燒調整均勻爐膛內溫度分布，消除局部高溫區。進行單因素調整試驗，保持12 h后檢查爐膛溫度變化和結焦、掉焦情況，總結改進燃燒調整。分以下幾個因素進行調整：①適當減少總風量，延緩燃燒速度，氧量在之前控制值的基礎上降低0.5個百分點運行；②改變各層配風比例，下部濃粉層二次風門由60%～80%關小至40%～60%，濃粉燃燒器周界風門由10%～20%開大至20%～30%，上層淡粉周界風門由10%～20%開大至20%～40%；③均衡各層燃燒器出力分配比例，并注意保持燃燒穩定性。

g.進行燃燒優化調整試驗減少結焦，兼顧經濟指標和高溫腐蝕。鍋爐檢修前進行摸底排查，啟動前進行動力場試驗，啟動后進行優化調整試驗。

h．檢查結焦部位及分布形態，做好記錄和分析。修補或更換燒損變形嚴重的燃燒器，檢修二次風門，清理爐內結焦，結焦部位表面打磨干凈。

i.鍋爐設備改造，減小衛燃帶面積，改為間斷布置，以減小易沾焦面積、降低鍋爐溫度。

4 結束語

開拓煤源、合理摻燒灰熔點較低煤種，合理調整二次風燃燒方式，空氣動力場試驗符合設計工況。經過多方面優化后，電廠鍋爐未再發生結焦現象，保障了鍋爐的安全運行。