1 030 MW机组锅炉旋流燃烧器外置式火检信号丢失原因分析及对策

李彦猛，沈利

（1.浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

1 030 MW机组锅炉旋流燃烧器外置式火检信号丢失原因分析及对策

李彦猛1，沈利2

（1.浙江浙能中煤舟山煤电有限责任公司，浙江舟山316131；2.浙江浙能技术研究院有限公司，杭州310003）

针对1 030 MW超超临界机组锅炉旋流燃烧器在配置外置式火检时存在火检信号丢失的问题，从锅炉燃烧特性、火检监测系统及火检与燃烧器匹配方面进行了深入分析，找出火检失去的原因，并在此基础上提出增加火检套管、防止燃烧器二次风箱内部扬灰以及优化磨煤机因火检失去而跳闸的逻辑等措施，结果表明采取以上整改措施后彻底解决了磨煤机因火检信号失去而发生跳闸的问题。

燃煤锅炉；旋流燃烧器；外置式火检；火检套管

浙江某发电厂1号、2号机组分别于2014年7月10日和9月17日投产运行，但自2014年10月22日1号机组B磨煤机因火检信号失去而跳闸以来，多次发生中、下层燃烧器煤火检信号失去情况。针对此问题，分别从锅炉燃烧特性、火检装置及火检与燃烧器匹配等方面进行深入分析，并提出了相应的解决措施。

1 机组概况

该发电厂2×1 030 MW超超临界机组燃煤锅炉为北京巴威公司生产的国内首台百万千瓦级超超临界参数锅炉。锅炉采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，共分3层，采用前后墙对冲燃烧方式。每台锅炉配置48台DRB-4ZTM型低NOX双调风旋流燃烧器和16台低NOX喷口（OFA），各燃烧器上分别配置ABB公司的UVISOR 810型号煤火检和油火检监测系统。

2 外置式火检监测原理

ABB外置式火检系统是利用火焰燃烧时具有亮度变化和脉动闪烁的特点来进行光电火焰监测。燃料燃烧时，火焰辐射的红外线照在探头镜面上，经光敏元件转换为弱电压信号，再经交流放大、滤波转换成与火焰强度、频率成比例的脉冲信号送至火检控制单元进行处理、判断，检测方法如图1所示。控制单元判断有无火焰有4个条件：火焰的最小直流光强度、火焰的最小交流光强度、正确的光波长区域、最小的闪烁频率。当检测到的火焰信号同时满足以上4个条件，即判断为有火，发出“有火”信号，检测原理如图2所示。

图1 ABB外置式火检监测示意

图2 ABB外置式火检监测原理

火检系统将探头监测煤粉燃烧所产生的光强度和闪烁频率进行处理，最终形成火检信号Q值，并根据Q值的大小来做出火检有关的判断。

3 火检失去原因分析

3.1 火检本身问题

针对1号、2号锅炉多次发生因火检信号失去而引起磨煤机跳闸的情况，初步判断火检系统可能存在问题，联系厂家到现场对火检装置本身进行检查。首先外窥式火检探头，安装角度只能与燃烧器保持在一条直线上，也就不存在安装角度不准的问题。然后对单只火检进行了检验，将火检探头拆除后，用手电光“频闪档”对其照射，能够监测到频率和强度。通过厂家现场确认及实际验证和初期火检系统的使用情况，可判定火检装置本身不存在问题。

3.2 锅炉燃烧问题

根据采用旋流燃烧器的锅炉的燃烧特性，分析造成火检信号失去的原因[1]：一是火焰燃烧时形成黑龙区短时对火检探头造成了遮挡，如图3所示；二是火焰在燃烧器喷口卷吸强烈，燃烧时频率监测信号达到饱和状态（如强光照射火检时一样）而不能够监测到火焰闪烁频率，导致火检Q值降低而失去火检。针对该燃烧问题，运行方面也采取了多项措施来避免黑龙区的形成：

（1）让磨煤机分离器运行在高速区域，使煤粉细度能够保证，不至于使着火区远离燃烧器喷口。

（2）调节减小2号炉中、下层（D，F，A，B层）燃烧器内二次风叶片的开度，增加其旋流强度。

（3）降低一次风压，将1号、2号锅炉的一次风压力偏置设置为（-0.4 kPa），来降低一次风压力，防止煤粉着火点过远。

（4）保持燃烧高挥发分煤种。

然而这些手段都未解决火检信号失去的问题，并且仍存在因火检信号失去而引起磨煤机跳闸的情况。

图3 火焰着火各区域示意

3.3 炉内落灰遮挡问题

通过对其他电厂的调研和分析，发现部分电厂因水平烟道落灰或折烟角落灰而造成对火检探头的遮挡从而发生火检失去。一般落灰会对上层或中层煤火检产生影响，而1号、2号炉均由于中、下层煤火检信号失去，进而引起磨煤机跳闸。另外，通过对几次火检信号失去触发磨煤机跳闸故障时的干渣机渣井工业电视回看分析，得出磨煤机跳闸前不存在大量积灰或结焦物落下。

3.4 一次风量过大问题

锅炉在燃烧过程中，可能会存在一次风量过大导致燃烧器喷口脱火的情况。然而实际情况是锅炉在正常运行时，只发生了中、下层煤火检信号失去导致磨煤机跳闸，而上层磨煤机从未发生过这种情况。在相同的一次风压下，不可能只有中、下层燃烧器脱火，而上层燃烧器燃烧正常。另外，磨煤机在启停时，即使在煤量很低的情况下，也从未发生过因风量大而脱火失去火检信号的情况。上述分析说明一次风量大不是火检失去的主要原因。

3.5 火检风机管道积灰问题

根据煤火检失去而触发磨煤机跳闸时的火检冷却风机出口压力、滤网差压以及炉膛负压的变化情况，并结合火检风机现场管路布置情况分析，认为火检风机内部管路积灰影响不大。由于在火检风机切换、风压波动扰动时未发生过磨煤机因火检失去而跳闸，故排除了火检风机管路内部积灰对火检探头遮挡的影响[2]。

3.6 二次风箱内部扬灰问题

通过对旋流燃烧器火检安装套管及外置式火检安装情况的分析，可知燃烧器的安装外置式火检的套管长度只有50 cm，未穿过整个二次风箱，如图4所示。随着机组运行时间的增加，二次风箱内部及燃烧器上积灰增多，如图5所示，而积灰增多后导致积灰脱落、扬灰等会对火检窥视管头部造成遮挡而使火检信号短时失去。

图4 燃烧器侧面结构及火检安装套管

图5 燃烧器二次风箱内部火检套管管口

此锅炉燃烧器采用一体式环形大风箱，当环形风箱底部积灰后，在二次风压扰动下产生扬灰，距中、下层燃烧器最近，因此中、下层发生火检信号失去的情况较多，且下层多于中层，大部分发生在减负荷过程中。通过分析认为，锅炉在高负荷段时二次风箱压力在0.3～0.5 kPa，当减负荷至600 MW左右时二次风箱压力接近0 kPa或负压状态，此时发生风箱内部扰动的几率最大；并且在减负荷过程中，磨煤机煤量超调较大，燃烧器二次风电动小风门也参与调节，在动作过程中燃烧器上的积灰也会发生脱落或扬起，更加剧了对火检窥视管口的遮挡。所以，在减负荷过程或减至低负荷阶段容易造成火检信号失去。

4 解决措施

由以上分析可知，造成火检信号失去的主要原因是旋流燃烧器安装的火检套管过短，配置外置式火检时，在二次风箱内部火检探头存在裸露段，火检信号受风箱内部扬灰扰动影响较大，故采取以下措施加以解决。

4.1 增加火检套管长度

为防止二次风箱的扬灰对火检产生遮挡，故对各燃烧器的火检探头初始安装套管进行窥视口加长，从原来50 cm增长至2 m，穿过二次风箱，前端延伸到旋流燃烧器外二次风叶片处，如图6所示。

图6 燃烧器增加二次风箱内部火检套

将旋流燃烧器上外置式火检套管延长至穿过整个风箱，能够有效避免二次风箱内部扬灰对火检探头的积灰遮挡影响。但火检套管加长后，受炉膛负压的影响，火检冷却风在顺向上的吹扫压力减弱，原火检探头冷却风Y型接口如图7所示，不能有效清除火检探头上的积灰。为此又将火检冷却风的Y型接口由顺向接入更换为反向接入即反向翻转180°，更换后能够正对火检镜头吹扫，达到清灰冷却的效果。

4.2 逻辑优化

由于磨煤机火检信号失去时，机组负荷均在500 MW以上，炉内着火情况稳定，燃烧工况对火检信号的影响很小，经与火检设备厂家分析讨论，对火检的开关量触发设定值进行了优化，将中、下层4台制粉系统煤火检信号强度定值由25%优化为10%，频率定值由10 Hz优化为5 Hz，降低火检开关量的触发值。同时，根据国内同类型机组的调研情况及磨煤机在500 MW负荷以上燃烧情况，对磨煤机因火检信号失去而跳闸的逻辑进行了优化，将中、下层煤火检信号失去3/8而触发磨煤机跳闸修改为5/8。

图7 原火检探头冷却风Y型接口示意

4.3 燃烧调整

火检信号失去主要是受二次风箱扬尘影响，因此对稳定锅炉燃烧防止二次风箱压力波动方面也进行了改进，运行时尽可能保持二次风箱压力为正值，防止炉膛负压的大幅度扰动。同时通过燃烧调整合理控制各燃烧器二次风门开度及NOX风调节挡板开度，提高二次风箱压力。

5 结语

对1 030 MW超超临界机组锅炉旋流燃烧器在配置外置式火检时易发生磨煤机煤火检信号失去的现象进行了分析，认为燃烧器初始安装的火检套管过短，导致外置式火检受二次风箱内部扬灰的扰动而失去火检信号。通过加长火检套管、转换火检风接口、优化火检逻辑及进行燃烧调整等措施有效避免了因火检信号失去而触发磨煤机跳闸。

[1]曲广浩.660 MW机组火焰监测系统存在问题分析[J].华东电力，2005，33（2）:54-56.

[2]张锐，徐冬青.火检冷却风机切换引起的磨组跳闸原因分析及对策[J].宁夏电力，2005，（3）:28-30.

（本文编辑：张彩）

高性能锂硫电池研究获进展为新一代电极材料开拓思路

作为锂离子电池的正极材料，硫的高理论容量（1 675 mAh/g）引起了人们的极大关注。但是，硫具有不导电、中间产物聚硫锂溶于电解质、体积膨胀严重等缺点，这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。

为了克服这些问题，中国科学院理化技术研究所功能高分子材料研究中心发明了一种在三维多孔碳（3D PGC）结构中原位制备并负载硫的新方法，硫在保持纳米分散的前提下，负载量达到90%，创造了硫的最高负载量纪录，电极初始比容量高达1 382 mAh/g；硫的原位负载还形成碳硫键，显著提高了电极材料的充放电循环稳定性，经过1 000次循环后，平均每次循环的容量衰减仅为0.039%，达到了当前的最高循环稳定性。因此，这一材料在提高硫的负载及利用效率的同时，还提高了电极材料3D S@PGC的充放电循环稳定性，为新一代锂离子电池电极材料的设计开拓了新思路。

相关研究结果发表在国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上，随后国际著名碳材料学家Rodney Ruoff教授和中国科学技术大学教授季恒星在《物理化学学报》（Acta Phys.Chim.Sin.）杂志上撰写亮点文章，对以上研究成果的创新性进行了评价。该研究工作得到中国科学院“百人计划”和国家自然科学基金的大力支持。

来源：光明网

Cause Analysis and Countermeasures on Signal Loss of External Fire Detection for Boiler Swirling Burner of 1 030 MW Units

LI Yanmeng1，SHEN Li2
（1.Zhejiang Zheneng Zhongmei Zhoushan Coal&Power Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China；2.Zhejiang Zheneng Technology Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310003，China）

Aiming at signal loss of external fire detection for boiler swirling burner of 1 030 MW ultra-supercritical units，the paper conducts in-depth analysis on combustion characteristics，fire detection monitoring system and the matching between fire detection and burner to detect the reasons of fire detection loss；besides，it suggests equipping fire detection sleeve，preventing flying ash in secondary bellow of burner and optimizing tripping logic of coal pulverizer due to loss of fire detection.The result shows that tripping of coal pulverizer due to loss of fire detection is completely solved after the above corrective measures are taken.

coal-fired boiler；swirling burner；external fire detection；fire detection sleeve

TM621.2

：B

：1007-1881（2016）03-0038-04

2015-10-22

李彦猛（1983），男，工程师，从事火电厂锅炉运行技术管理工作。