1000 MW锅炉旋流燃烧器烧损原因分析及治理.pdf

第5期1 000 MW锅炉旋流燃烧器烧损原因分析及治理薛文华1，孙建新2，柯奎明2（1.国能寿光发电有限责任公司，山东 寿光262714；2.国能（绥中）发电有限责任公司，辽宁 葫芦岛125222）摘要：针对1 000 MW超超临界对冲锅炉旋流燃烧器烧损的现象，从锅炉旋流燃烧器设备结构、材料特性及运行工况等方面分析导致燃烧器烧损的关键原因。通过采取燃烧器喷口材料升级、前置冷却风改造、燃烧器运行方式优化等措施，有效解决了该类型燃烧器烧损问题。为今后同类型旋流燃烧器的安全、稳定运行提供改进依据。关键词：旋流燃烧器；原因分析；材料升级；结构优化；运行调整中图分类号：TM621.2文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）05-054-03作者简介：薛文华（1983），男，工程师，现任职于国家能源集团寿光发电有限责任公司，主要从事发电厂锅炉运行、维护生产技术管理工作。Tel：[phone]，E-mail：引用格式：薛文华，孙建新，柯奎明.1 000 MW锅炉旋流燃烧器烧损原因分析及治理 J.能源科技，2023，21（5）：54-56，88.0引言随着我国火力发电事业快速发展，陆续投产了一批高效超超临界燃煤发电机组。其中，锅炉较为广泛采用对冲燃烧方式，但是燃烧器烧损后会因为锅炉热负荷不均导致高温受热面产生热偏差，尤其是超超临界参数机组，这种偏差对主再热汽温的影响更加明显1。燃烧器烧损后将破坏炉内燃烧工况，造成火焰中心偏斜，并带来水冷壁结焦和高温腐蚀等问题。因此，锅炉运行中保证旋流燃烧器安全稳定运行逐渐成为对冲燃烧锅炉的首要任务。2021 年 6 月，某电厂1 号机组停炉检修时，发现位于炉膛上层的旋流燃烧器烧损变形严重，给锅炉后续安全、经济运行带来了较大的风险。为了准确分析旋流燃烧器烧损的原因，提出多方面改进措施，保证今后锅炉安全、稳定运行具有非常重要的意义2。1设备概况锅炉为1 000 MW高效超超临界参数变压运行、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、露天布置、全钢构架型直流炉。采用前后墙对冲燃烧方式，每台锅炉共配有48 只燃烧器，按前、后各3 层的方式布置于锅炉前后墙，每层8 只燃烧器（后墙下层燃烧器配微油油枪、前墙下层燃烧器配等离子）。燃烧器是双调风高效低污染旋流煤粉燃烧器，中央部位的气流为直流气流，速度高、刚性大，能直接穿透上升烟气进入炉膛中心区域；外圈气流是旋转气流，离开调风器后向四周扩散，用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合，两股气流之间的风量分配可进行调节。在前后墙水冷壁靠近侧墙处设计有贴壁风，其目的是在炉膛侧墙水冷壁附近形成保护性气氛，防止或改善侧墙水冷壁高温腐蚀和结焦。煤粉燃烧器上方前、后墙各布置了3 层燃尽风，实现全炉膛分级燃烧，降低NOx生成量。其中，一级燃尽风（还原风）采用直流燃尽风结构，沿炉膛水平方向布置于二、三级燃尽风和燃烧器之间的水冷壁上，风量按占总风量10%设计。锅炉共设置16 只一级燃尽风喷口，每个一级燃尽风支管均设置有手动调节装置，风量分配可进行调节。炉膛燃烧器布置方式如图1所示。前墙后墙上层燃尽风下层燃尽风还原风A层燃烧器B层燃烧器C层燃烧器上层燃尽风下层燃尽风还原风D层燃烧器E层燃烧器F层燃烧器图1锅炉燃烧器布置方式第21卷 第5期Vol.21No.52023年10月Oct.2023第5期2燃烧器烧损情况该电厂机组投产运行2.2 万h后出现炉膛出口烟气热偏差增大，局部再热器壁温大幅高于平均壁温。其次SCR入口氮氧化物同工况下较投产初期平均上升2030 mg/Nm3，虽然经燃烧调整有改善，但是停炉后检查发现，燃烧器有不同程度的烧损变形，处于炉膛最上层的A、D层燃烧器喷口有明显的变形、烧损、剥落，旋流燃烧器一次风筒耐磨陶瓷脱落，并且其中位于炉膛中间部位的燃烧器严重烧损，如图2所示。（a）A3燃烧器（b）D5燃烧器图2现场锅炉燃烧器烧损情况3燃烧器运行工况3.1入炉煤质信息锅炉设计和校核煤种均为神府东胜煤田烟煤。运行中燃用煤种与设计煤种偏差较小，锅炉设计燃用煤种工业分析见表1。表1锅炉设计燃用煤种工业分析项目全水分空气干燥基水分收到基灰分干燥无灰基挥发分收到基全硫收到基高位发热量收到基低位发热量符号MtMadAarVdafSt，arQgr，v，arQnet，v，ar单位%MJ/kgMJ/kg设计煤种18.5010.6610.2435.610.6322.3321.23校核煤种17.909.3315.1034.680.4721.0520.023.2燃烧器一次风管风速磨煤机运行中给煤量在 5080 t/h，通风量为125145 t/h，按照等截面圆环法在各磨煤机出口的8根一次风管上测量出各管风速，计算出同层8 根一次风管的风速偏差。一次风速测量结果显示，各磨煤机每一次风管间流量偏差均较大，部分风管风速偏差已经超过了15%。3.3燃烧器二次风箱开度燃烧器将燃烧用空气分一次风、内二次风、外二次风和中心风。内二次风门主动轴穿过燃烧器面板伸到燃烧器外，通过手动调节装置可使风门挡板在090调节。外二次风门的转动角度为075，在燃烧器内部设有限位装置。将外二次风门关小时，可减小外二次风量，增加外二次风旋流强度；将外二次风门开大时，可增加外二次风量，减小外二次风旋流强度。4烧损原因分析4.1燃烧器材质耐高温性能差燃烧器扩锥使用的材料为Cr25Ni20，自身的耐温温度在1 000 3，燃烧器运行时燃烧器的壁温温度会处于正常范围内，保持在385 450。但是，停运后燃烧器失去一次风和二次风的保护，并处于炉膛高温炙烤中，燃烧器金属温度可接近炉膛出口温度1280 1 350。燃烧器停运后没有及时采取保护措施，运行温度超出燃烧器金属耐受极限发生烧损4-5。燃烧器喷口扩锥固定方式为焊接方式，在日常运行工况下，由于A/D层燃烧器距离火焰中心较近，该材质和焊接制作方式不能满足当前需求，因此造成了A/D层燃烧器喷口、稳燃齿烧损、扩锥脱落等情况。4.2运行调整不当一次风管运行中风速存在偏差大，燃烧器运行出现风速较大的燃烧器热负荷较高，容易形成局部高温区，加剧燃烧器区域结渣，且一次风管磨损严重；风速较小的燃烧器一次风流速较低，燃用高挥发分煤种喷口容易结渣和烧损，见表2。表2磨煤机出口粉管流速偏差磨编号ABCDEF磨入口风量142.8143.4142.1141.2142.6141.3风管平均静压/Pa605580600611587607风管平均气流速度/（ms-1）23.223.724.124.422.922.1风管流量相对偏差/%18.512.513.415.211.410.25治理措施5.1冷却风风源优化经常停运的上层燃烧器A、D冷却方式由大气冷却改造为采用热二次风冷却。不经常启停的中下层燃烧器冷却仍采用大气冷却，风管走向由水平方向改为具有45坡度，避免煤粉堆积在前置冷却风管路导致燃烧器停运后无法得到冷却。燃烧器前置冷却风管冷却风阀高度增加，避免阀门被煤粉冲刷，出现关闭不严的情况，如图3所示。薛文华等：1 000 MW锅炉旋流燃烧器烧损原因分析及治理55第5期大气冷却风管冷却风阀热二次风或大气冷却风管（a）改造前（b）改造后图3燃烧器冷却风改造前后对比5.2燃烧器材料升级处于炉膛上层的A/D燃烧器材质更换为氮化硅结合碳化硅材质，提升燃烧器喷口向火侧的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性。新型的氮化硅结合碳化硅材质的燃烧器喷口与高铬镍合金相比较，氮化硅结合碳化硅制品的常温强度高，常温耐压强度高于150 MPa，高温抗折强度大于43 MPa，同时在1 200 1 400 高温下几乎保持与常温相同的强度和硬度。最高安全使用温度可达1 500 1 650，满足在锅炉高温区上部的使用。热膨胀系数小，与高铬镍合金相比不易产生热应力，具有良好的热震稳定性，抗蠕变能力强，避免燃烧器因反复启停产生高温热应力引起的形变，使用寿命长 6。5.3运行燃烧调整优化测量磨煤机出口一次风速并进行调整，通过调整各磨煤机出口一次风管上的可调缩孔和煤粉分配器，使6 台磨煤机的8 根一次风管风速偏差在合理范围内，风管风速偏差最大不超过5%。消除燃烧器运行中出现因风管出力不均匀形成的局部高温区7-8。燃烧调整试验范围内，在对锅炉效率及NOx影响小的情况下降低煤粉细度。调整磨煤机分离器转速至-5-10 r/min，分离器频率降低后燃烧器着火距离延长。延缓煤粉着火的速度，使得着火点远离燃烧器喷口附近位置。分别在1 000 MW、750 MW以及500 MW运行工况保持其他参数不变的条件下，将燃烧器内二次风挡板开度逐渐调整至50、70、90，考察内二次风量对锅炉运行性能的影响，在原有开的基础上将燃烧器外二次风旋流强度逐个调大10，考察内二次风量和外二次风旋流强度变化对燃烧的影响。采用提高中心风的速度，使得回流区的起始位置远离燃烧器出口。避免燃烧器出现大的回流区，防止回流区卷吸的高温烟气量过大，造成旋流燃烧器烧损。6治理效果通过对锅炉旋流燃烧器喷口材料升级、前置冷却风改造、燃烧器运行方式优化后，锅炉累计运行0.76 万h，维护人员进入炉膛再次检查燃烧器烧损情况。未发现燃烧器有严重烧损情况，并且燃烧器喷口变形幅度较原来有明显改善。截至2023年6月，改造后运行累计超1.3 万h，炉膛出口烟气热偏差未出现增大现象，同时SCR入口氮氧化物同工况下无明显变化。说明锅炉经过改造优化后的燃烧器经长时间运行后仍然保持较好的燃烧工况。7结语燃烧器是煤粉锅炉的重要组件，高参数锅炉旋流燃烧器烧损的原因较多，不但会受燃烧器自身材质的影响，也会受锅炉的结构、燃烧器结构、燃用煤种、运行调整等多种因素的影响。在锅炉实际运行过程中，燃烧器烧损后需要认真分析，采取针对性措施对其进行防范，从而保证锅炉安全、经济运行。通过对百万等级超超临界锅炉燃烧器烧损原因分析及治理，得出以下结论：燃烧器金属材料不能满足高参数运行时升级为高性能的氮化硅结合碳化硅材质可有效延长燃烧器的使用寿命；燃烧器高温损坏主要发生在停运后，通过燃烧器结构改进可有效提高冷却风保护作用；锅炉运行中定期开展燃烧调整，防止因锅炉燃烧不均导致的燃烧器局部烧损。参考文献：1王磊，李海军，沈翔宇.1000MW机组锅炉低NOx旋流燃烧器烧损原因分析及对策 J.陕西电力，2014，42（5）：74-76，86.2符国运.330MW机组燃烧锅炉低氮燃烧改造 J.工业锅炉，2022（5）：43-48.3温志华，文作伟，周建松.低NOx轴向旋流燃烧器烧损原因分析及对策 J.电站系统工程，2010，26（5）：27-28.4潘文研，潘文博，薛文华，等.汽轮机磁阻测速跳变机理研究及校正 J.热力发电，2022，51（12）：86-92.5刘建全，孙保民，张广才，等.1000MW超超临界旋流燃烧锅炉稳燃特性数值模拟与优化 J.中国电机工程学报，2012，32（8）：19-27，144.6樊泉桂.超临界和超超临界锅炉煤粉燃烧新技术分析 J.电力设备，2006（2）：23-25.7潘文研.绥电公司输灰系统质量管理研究 D.秦皇岛：燕山大学，2018.8潘文研.绥中电厂 880MW 机组凝汽器入口水室流场优化研究D.保定：华北电力大学，2018.（下转第88页）56第5期参考文献：1韩志青，唐定全.超平起拨道捣固车 M.北京：中国铁道出版社，1997：34-35.2王成明，刘晓东，陈云升，等.传动轴强度和疲劳寿命有限元分析与试验验证 J.客车技术与研究，2019，41（4）：44-46.3佚名.高等教育出版社 J.中国编辑，2020（9）：2，98.4尚国生.十字轴式万向节传动轴振动的影响因素 J.机械工程师，2014（5）：69-71.5贾奎.汽车万向节十字轴失效分析 J.机械工程师，2011（7）：174-175.6尚国生.十字轴式万向节传动轴振动的影响因素 J.机械工程师，2014（5）：69-71.7董伟.影响传动轴动平衡结果潜在因素分析与改进 J.汽车工艺师，2017（12）：55，61.8洪宝剑.碳纤维复合材料传动轴的设计研究 D.武汉：武汉理工大学，2012.郭建良：基于帕累托图的大型养路机械传动轴检测结果分析Analysis of Test Results of Transmission Shaft of Large RoadMaintenance Machinery Based on Pareto ChartGUO Jianliang(Suning Engineering&Mechanical Section of CHN Energy Railway EquipmentCo.,Ltd.Shenwei Branch,Suning,Hebei 062350)Abstract：The transmission shaft of large road maintenance machinery needs flaw detection and dynamic balance test during annual maintenance,and there are many non-conforming products found every year,so it isnecessary to provide new parts for replacement.Failure to supply the same may cause passive maintenance.Using the Pareto chart to analyze the causes of non-conformity of the transmission shaft of large road maintenance machinery,it is concluded that the main factors of non-conformity of the transmission shaft are flangefork cracks,shaft tube position cracks,cross shaft clamping,runout tolerance,and dynamic balance tolerance.The distribution of each factor in various locations of various models is analyzed to facilitate targeted reserveof transmission shafts.At the same time,the main causes of non-conformity are analyzed,and inspection,maintenance,overhaul,procurement,warehousing acceptance,storage,and other related measures are taken toensure the normal use of equipment.Key Words：Large Road Maintenance Machinery;Transmission Shaft;Pareto Chart;Annual Maintenance（收稿日期：2023-03-20责任编辑：马小军）Cause Analysis and Treatment of Burning Loss of Swirl Burnerin 1 000 MW BoilerXUE Wenhua1,SUN Jianxin2,KE Kuiming2(1.CHN Energy Shouguang Power Generation Co.,Ltd.,Shouguang,Shandong 262714;2.CHN Energy(Suizhong)Power Generation Co.,Ltd.,Huludao,Liaoning 125222)Abstract：Aiming at the burning loss of swirl burner in 1 000 MW ultra-supercritical boiler,the key reasonsleading to the burning loss of swirl burner are analyzed from the aspects of equipment structure,materialcharacteristicsandoperatingconditions.Bytakingmeasuressuchasupgradingburnernozzlematerial,modifying pre-cooling air and optimizing burner operation mode,the burning loss problem of this type ofburner is effectively solved.It provides an improvement basis for the safe and stable operation of the sametype of swirl burner in the future.Key Words：Swirl Burner;Cause Analysis;Material Upgrade;Structural Optimization;Operation Adjustment（收稿日期：2022-12-29责任编辑：马小军）（上接第56页）88