660 MW锅炉旋流燃烧器烧损问题分析及处理

侯本杰，刘 海，申 旭，冯仁海

（1.山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250003；2.华电国际十里泉发电厂，山东 枣庄 277100）

0 引言

燃烧器作为电站锅炉的重要设备，其燃烧工况的稳定性直接影响锅炉的热效率。燃烧器壁面存在复杂的换热过程，由于炉膛燃烧室中强烈的辐射热导致燃烧器出口壁温过高，燃烧器喷嘴变形［1］。在运行过程中，燃烧器烧损现象较为普遍［2］。一旦燃烧器发生损坏，不仅会增加检修费用和检修工作量，而且对锅炉的安全运行构成严重威胁，破坏了炉内燃烧工况［3］，极易造成火焰中心偏斜，并带来水冷壁结焦和高温腐蚀等问题［4］，并严重影响锅炉负荷调整和机组安全经济运行。

山东某电厂机组锅炉于2018年2月检查性大修期间，发现上层C、D燃烧器严重烧损，随后更换了部分燃烧器及稳燃罩，2020年4月—5月扩大性小修期间，再次发现燃烧器的严重烧损，进而对燃烧器喷口烧损部件进行了整体更换，并在最上层12 支燃烧器中心筒前端加装了温度测点引至DCS 显示，通过调整二次风门开度、一次风进风量大小等试验，观察燃烧器壁温的变化，从而得出影响燃烧器壁温的因素，可指导运行控制冷却风量，减少燃烧器烧损事故的发生，为同类型旋流燃烧器的安全、稳定运行提供改进依据［5］。

1 燃烧器的布置

锅炉为超超临界变压运行直流炉，为一次再热、单炉膛、对冲燃烧、尾部双烟道、全悬吊结构П 型锅炉，锅炉主要参数为29.4 MPa/605 ℃/623 ℃。锅炉燃烧器采用外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器，对冲燃烧，后墙最下层配置富氧微油点火装置，其余层均配油枪。全炉共30 只油枪和6 只富氧微油点火装置，用于点火、暖炉和低负荷稳燃。

燃烧器为前后墙布置，从下往上分别为A（F）、B（E）、C（D），燃烧器从左向右布置有1～6 号燃烧器（见图1）。每个燃烧器将燃烧用空气被分为一次风、内二次风、外二次风和中心风四部分，当燃烧器燃料未投入时，还设有连通大气的中心筒旁路用以冷却燃烧器（见图2）。燃烧器内的空气主要分为一次风、内二次风和外二次风三股风，一次风携带经磨煤机研磨并干燥后的煤粉通过一次风风粉管进入燃烧器，再通过对煤粉进行浓缩作用和壳体固定在一次风管内表面上的煤粉收集器进入炉膛与内、外二次风混合。内、外二次风分别由独立的手动套筒挡板和手动旋流器拉杆调节风量和旋流强度。在保证二次风箱压差不变的前提下，通过二次风风量拉杆改变内、外二次风套筒挡板位置来改变内二次风风量与外二次风风量的比例，通过二次风旋流强度拉杆移动内、外二次风旋流叶片来改变绕过叶片的直流风和通过叶片的旋流风的比例，最终达到改变内、外二次风旋流强度的目的［6］。

图1 燃烧器布置

图2 燃烧器结构

2 燃烧器烧损问题分析

2.1 燃烧器烧损情况

燃烧器的烧损主要发生在最上层燃烧器（C、D层），烧损部分包括油枪喷嘴、流板、中心筒、稳燃器、锥型圈等整个燃烧器部分，烧损情况见图3、图4。

图3 2—4月检修期燃烧器烧损情况

图4 4—5月检修期燃烧器烧损情况

2.2 燃烧器流场分析

旋流燃烧器利用强烈的旋转气流产生高温回流区，达到强化着火和燃烧的目的［7］。通过分析厂家提供的流场模拟图（见图5）和同型号燃烧器火花示踪试验结果［8］（见图6），在燃烧器投运的情况下，由于燃烧与燃烧器存在一定的着火距离，燃烧器中心筒、稳燃器附近的温度在0～500 ℃（见图5），在燃烧器燃料未投入的情况下，卷吸主要作用于高速旋转二次风内部形成的低压一次风气流，对于炉膛中心的高温烟气基本没有卷吸效果［9］（见图6），通入一次风和二次风理论上能降低燃烧器区域的温度，因而燃烧器烧损应发生在燃烧器投入但燃烧距离过近或燃烧器未投运且冷却风不足的情况下，因而机组启动后采取了提高一次风速和未投运燃烧器投入一、二次风冷却燃烧器的临时措施。

图5 燃烧器流场模拟

图6 火花示踪试验

3 燃烧器烧损试验研究

3.1 试验测点的安装

在C、D 层燃烧器层中心筒逆止门后开孔，插入热电偶进行试验研究，热电偶插入深度距离位于燃烧器中心筒的前端，试验中分别测试燃烧器停运—投运、增减一次风量、改变二次风旋流强度和冷却风量对于燃烧器附近温度的影响。

3.2 燃烧器投运和停运的影响

在C、D 层燃烧器投运的情况下，实测C、D 层燃烧器壁温在100～300 ℃范围内；在C、D 层不投运的情况下，壁温最高能到达800 ℃以上，且在负荷大于50%以上时均会存在燃烧器壁温超温的现象，在某些负荷段范围还会出现随负荷的降低，燃烧器壁温升高的现象。

3.3 燃烧器配风试验研究

分别研究燃料未投运燃烧器二次风总风门开度、内二次风开度、外二次风门开度、一次风风量等对于燃烧器壁温的影响，通过改变其风门开度改变各位置风量和旋流强度，试验期间负荷波动范围在480～530 MW。

在C 磨停运期间，调整C 层二次风总风门开度大小，测试C1、C2、C4 燃烧器壁温变化情况，测试结果显示C 层二次风量的增加能明显降低燃烧器中心筒附近温度，试验结果见表1。

表1 二次风总风门对于中心筒附近温度的影响

在C 磨煤机停运期间，C 层二次风总风门开度70%，选取C3 燃烧器为试验对象，分别调整内、外二次风开度、中心风开度，测试C3 燃烧器中心筒附近温度的变化情况，试验结果显示在二次风总风门开度不变的情况下，内外二次分和中心风对于中心筒附近温度的影响较小，燃烧器壁温对于旋流强度的变化不敏感，试验结果见表2、表3、表4。

表3 改变内二次风门开度对中心筒附近温度的影响

表4 改变中心风风门开度对中心筒附近温度的影响

在C 磨煤机停运期间，C 层二次风门开度70%，逐渐减少磨煤机入口冷一次风量，测试C3、C4、C5中心筒附近温度，试验显示提高磨入口风量能明显降低燃烧器附近温度，试验结果见表5。

表5 磨煤机入口风量对于中心筒附近温度的影响

4 设备材质及配风的改进

4.1 燃烧器壁温测点的安装

为避免燃烧器再次烧损，在锅炉C、D层燃烧器喷口前端加装了12支温度测点，引入DCS系统作为燃烧器配风调整的依据。温度测点为K分度铠装热电偶，量程为-40～1 200 ℃，测量精度为±0.5%（见图7）。

图7 燃烧器测点加装位置

4.2 配风优化调整

根据安装在C、D层燃烧器前端的在线温度测量装置，调整磨煤机入口风量、二次风总风门开度，控制燃烧器壁温在750 ℃以下，防止燃烧器的烧损，运行过程中除要求壁温外，另根据表1 的试验结果，要求控制二次风总风门开度不低于30%。

4.3 燃烧器材质的改进

燃烧器材质更换为JCZG40-HTRSS，JCZG40-HTRSS是奥氏体铬镍不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，更好的蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。在800 ℃氧化800 h，在氧化初期的200 h内形成氧化层保护膜后，其质量一直保持恒定。在温度达到900 ℃时，氧化膜保护层由于挥发而失去保护作用，外层开始脱落，质量明显降低，因而控制壁温800 ℃以下，保证燃烧器的安全运行。

5 结语

在磨煤机运行工况下，燃烧器由于受到一次风粉的冷却，其壁温均在安全运行范围内。但在磨煤机停运后，对应燃烧器的壁温高达800 ℃以上，如果不采取措施，极易烧损燃烧器。

根据流场分析和试验研究，在磨煤机停运工况下，通入磨煤机一次风、二次风总风量、内二次风、外二次风、中心风对于燃烧器均有冷却作用，磨煤机一次风和二次风总风量的影响最为明显，燃烧器本身的内二次风、外二次风及旋流角度影响不明显，通过试验也证实了停运燃烧器并不会因通入二次风引起高温烟气卷吸而烧损。本次试验在上层燃烧器中心筒加装了测点，由于测点位置限制，测量结果只能代表燃烧器区域的壁温，且对于一次风反应更加敏感，因而具有一定的局限性，但这些测点可在一定程度上监视燃烧器壁温变化，防止燃烧器烧损。