锅炉灭火的原因及对策(1)(1)

锅炉灭火的原因及对策

摘要:本文通过研究影响锅炉稳定燃烧的各种因素,对常见的导致锅炉灭火原因进行了分析,着重阐述了锅炉灭火前后炉膛压力的变化及其原因,并以此为依据归纳了避免锅炉灭火的相关措施。文章最后还对处理锅炉灭火中容易出现的两种不当举措进行了特别的提醒。

关键词:锅炉灭火;炉膛压力;火检;措施

1影响锅炉燃烧稳定性的因素分析

煤粉的着火阶段是整个锅炉燃烧过程的关键阶段。煤粉着火主要取决于燃料特性和锅炉运行参数,其中燃料特性中又以燃料的挥发分和水分的影响最大,锅炉运行参数中以煤粉气流的初温、一次风量和风速以及锅炉的运行负荷等因素影响最为明显。挥发分是对煤粉着火过程影响最大的因素。不同的煤质析出挥发分的多少和所需要的温度是不同的。煤化程度较低的褐煤析出挥发分的温度较低,一般小于200℃,析出的量比较多,大概在37%一60%之间,相对来说比较容易着火(370℃左右),而煤化程度较高的无烟煤要在400℃左右才能析出挥发分,析出的挥发分较少(2%一10%),因此煤化程度越低的煤越容易着火。褐煤的着火温度一般在370℃左右,烟煤为470~500℃左右,无烟煤则在700℃左右。当煤质突然发生大的变化时,煤粉着火所需的时间和着火点距离都将发生变化,对炉膛火焰燃烧的格局和火球的形态都会产生较大的影响,破坏燃烧的稳定性。

煤质水分增大时所需的着火热也随之增大。煤粉气流的加热主要依靠高温烟气的对流传热,当煤质水分增大时消耗在加热水分和使其汽化和过热的热量也随之增大,降低了炉膛内的烟气温度,推迟了煤粉气流的着火,使得燃烧的稳定性降低。

提高煤粉气流的初温可以降低煤粉达到着火温度的着火热,加速煤粉燃烧,但是受空预器传热效率和制粉系统安全性的限制,煤粉气流的初温往往不可能有大幅度的提高,然而稳定的和较高的一次风温度无疑是提高锅炉燃烧稳定性的有利因素。

最佳的一次风量和风速有利于提高锅炉燃烧的稳定性。过高的一次风量增大了煤粉着火所需的着火热,推迟了着火过程;过低的一次风量能够降低着火热,同时也降低了煤粉着火初期所需的氧气量,同样使得燃烧反应变慢,阻碍着火的继续发展,甚至导致无法保证制粉系统的输煤要求,导致煤粉积存在磨煤机内,无法输送到炉膛中,从而引发安全问题。另一方面,过高的一次风速将会拉长着火距离,过低的一次风速有可能导致喷燃器烧损甚至堵塞。因此,不恰当的一次风量和风速都不利于锅炉的安全稳定运行,必须根据机组的负荷要求,及时合理的调整一次风和二次风,实现最佳的风粉配比才能保证燃烧的稳定。

锅炉负荷也是影响燃烧稳定的原因之一。锅炉低负荷运行时,炉膛平均温度降低,喷燃器区域的烟温也相应降低,这对煤粉燃烧是不利的。当锅炉负荷低到一定程度时就可能危及燃烧的稳定性,甚至引起锅炉灭火。

另外,燃料的灰分也是导致锅炉灭火的重要因素之一。燃料的灰分不仅不能燃烧放热,在其熔融过程中还会吸收大量的热量,降低炉膛温度;灰分还妨碍燃料中的可燃部分与氧气接触,阻碍燃烧进程的发展;附着在水冷壁上的灰分在锅炉负荷下降、炉膛温度降低时,其附着能力下降,可能会大块的掉落,破坏燃烧动力场;落入渣斗的掉焦会产生大量的低温蒸汽,进一步降低炉膛温度,同时导致水封槽缺水,引入炉膛大量的冷空气,严重时引发锅炉灭火。

2常见锅护灭火的原因

一般说来,锅炉灭火容易发生在机组变负荷运行时、低负荷运行时和徽煤煤质突变时,

炉膛内落大焦或者嫩烧器长期运行后磨损严重时也容易造成锅炉灭火,另外制粉系统突然失电和炉膛火焰检侧系统失灵导致保护动作在各个电厂的运行实践中也时有发生。

(1)机组变负荷运行时,由于风粉配合不当,引起然烧不稳而灭火.机组变负荷时,风粉比例的调整是个复杂的过程。一次风量根据煤量的变化进行调整,一次风量的变化引起一次风沮度发生变化,进入磨煤机的热风和冷风相互影响引起一次风量的波动;二次风量根据机组负荷的变化而变化,分为供料风和辅助风分层进入炉膛:燃料风根据同层给煤机煤量的变化而变化,特别是煤量在50%~80%间变化时,嫩料风挡板的开度随之变化,引起风箱妒膛差压的变化,同时风箱妒膛差压定值随机组负荷升高而增加,引起辅助风挡板的开度变化。在这个过程中,一次风量和风速变化引起煤粉着火时间和着火距离发生变化;燃料风的变化引起煤粉着火初期氧量比例和一次风粉流向的偏斜程度变化;风箱了炉膛差压的变化改变了嫩烧切圆的形状.在这一过程中风粉比例在炉膛局部乃至全炉膛中发生不同程度的变化,燃烧工况发生波动,容易发生炉膛灭火.

(2)锅炉低负荷运行时,制粉系统出粉不均匀,导致风粉配合不协调而灭火,这时炉膛沮度低,然烧器自身稳定能力下降,燃烧不稳定,大多数炉膛灭火都发生在这中工况下。在这中工况下,炉膛火焰脉动大,火焰亮度低,火焰检侧系统也容易发生误判断,引发保护动作。

(3)煤质突变,打破了原有风粉平衡的燃烧格局,导致炉膛火焰布局和火球形状急剧变化,引起徽烧不稳而灭火.这种情况因煤质差距的不同而造成的工况变化差异很大,很难给出一个普遍性的发展经过的描述,但是由目前能搜集到的资料可以发现,这个过程往往非常短暂,从遨烧波动到灭火时间一般只有几十秒甚至十几秒。

(4)由于锅炉结焦,炉膛掉大焦,冲击火焰而灭火。影响锅炉结渣的因素主要有三个方面:煤灰成分与组成、炉膛环境温度和炉内空气动力场.煤灰成分与组成是产生结焦的根源,炉膛

环境温度是影响结渣的首要外部因素,炉内空气动力场组织的好坏,则对锅炉结渣、结焦具有重要作用.一般来说,由于一、二次风调节不当或者喷燃器损坏等原因,使一次风喷口角度产生一定程度的偏斜,造成一次风煤粉火焰刷墙,局部区域形成一定的还原性结焦气氛,导致锅炉局部区域结焦。当结焦、结渣累积到一定规模时,或者炉膛温度降低时,附着在炉膛内壁上的结焦结渣掉落,对炉膛火焰造成冲击,落入渣斗的焦渣使密封水大量汽化,进一步降低了炉膛温度,严重时还会使外部冷空气大量涌入炉膛,恶化了嫌烧工况,从而导致锅炉灭火。还有一种理论认为,落焦产生的蒸汽和扬尘挡住了火焰监侧器,引发了保护误动,从而导致锅炉灭火。我个人认为,水蒸气在120()℃左右的炉膜环境中应该极易过热,从而变得无色透明,似无可能遮蔽火检探头;落焦引起的气流冲击和震动导致炉膛内大量扬尘遮蔽火检探头似有可能。

(5)由于锅炉燃烧设备损坏,如燃烧器的磨损、变形等,使燃烧火焰切圆发散或变形,喷燃器自身稳定能力下降,对机组工况变化和煤质变化的适应能力变弱,容易灭导致火。炉膛火焰检侧系统失灵,灭火保护误动。导致火焰检测系统失灵的原因一般为火焰检测系统失电;火焰检测探头端部结焦堵塞;火焰检测系统的相关参数设置不当,对火焰强度要求太高。火焰检侧系统送给SFSS系统的“有火”信号一般采用常开接点,当系统失电时,触点全部释放,FSSS系统认为收到了“无火”信号,从而触发“炉膛火焰丧失”保护动作.火检探头前端结焦降低了探头的透光性能,极易造成保护误动。火检系统参数设置高其目的往往是避免“偷看”现象,防止火检误发“有火”信号,但是过高的的参数也会使火检在低负荷、火焰低亮度时误认为火焰已经熄灭,导致保护误动作。

3锅炉灭火与炉膛压力的关系

根据生产经验表明,炉膛压力是表征锅炉燃烧状况的重要参数。燃烧状况与炉膛压力变化的关系较复杂,很难量化说明,但是锅炉灭火总是伴随着炉膛压力的变化。锅炉燃烧_L况

一旦发生变化,反应最快的参数就是炉膛压力,然后才是汽包水位、蒸汽流量和一、二次风压力等其它参数。

在全炉膛灭火前,局部灭火和局部爆燃是经常发生的。当炉膛内发生局部爆燃时,或者有较人的焦块掉落时,炉膛内现正压;当炉膛内发生局部灭火时,炉膛内出现负压。炉膛火焰检测系统保护误动或者制粉系统失电导致的全炉膛灭火前一般不存在这种现象。

随着锅炉燃烧工况的继续恶化直至灭火,炉膛内随之会出现持续的负压。这是因为炉膛灭火后炉膛温度迅速下降,根据理想气体状态方程式Pv/T=R(R为气体常数)可知,当炉膛内烟气容积v不变时,炉膛压力P将随炉内温度T的下降而降低,导致炉膛内出现较大的负压。加之炉内燃烧是剧烈的化学反应过程,燃烧后的烟气中除包括一、二次风外,还包括燃烧时产生的C02和水蒸汽等。

当锅炉灭火时,C02和水蒸汽大大减少,使烟气的质量流量大大减少,是导致炉膛内出现较大负压的另一个重要原因。“全炉膛灭火”信号一般就在炉膛压力下降至谷底附近时发出。“炉膛压力低”保护就是根据这一现象设置的,目的是在“全炉膛灭火”保护拒动后能有一种后备保护,以提高保护系统的可靠性。

锅炉灭火还有一个重要的现象,那就是在炉膛压力下降至谷底后往往会迅速上升,产生大幅度的正压,甚至会达到“炉膛压力高”保护动作值。这是因为在锅炉灭火后至锅炉灭火保护动作前,磨煤机、给煤机和煤粉管道中的煤粉仍然会被一次风送入炉膛,在炉膛的高温环境中累计到一定浓度后发生爆燃,爆燃的规模视送入炉膛的煤粉的量而定。这种现象提醒我们设置“炉膛压力高”保护,以在“全炉膛灭火”和“炉膛压力低”保护拒动后亡羊补牢,把事故规模降至最小。

由以上分析可知,炉膛压力保护是锅炉灭火保护的重要后备手段。使用“炉膛压力低”信号和“全炉膛灭火”信号做“与”运算来提高锅炉灭火保护可靠性的方案实际上取消了“炉膛压力低”保护作为“全炉膛灭火”保护的后备地位,减少了保护的层次,提高了保护拒动的几率。“炉膛压力高”是锅炉灭火保护中的第三道防线,虽然炉膛高时未必就己”灭火”了,但是当锅炉灭火后,前两道保护失灵时,定值合适的“炉膛压力高”保护能把锅炉爆燃的规模限制在可以承受的范围内,仍然能起到保护锅炉的作用,因此也是十分必要的。

对于火检参数的设定应使尽量采取”全炉膛灭火”保护先于”炉压”保护动作的原则。”炉压.,保护作为简便易行的保护手段是必不可少的,但对炉膛内燃烧工况恶化程度的反映而言,”炉压”没有火焰直观、迅速。另外,火检探头中的敏感元件在相对恶劣工作环境中是在不断老化的,锅炉燃烧工况又是千变万化的,不断提高火检参数以试图降低灭火保护误动的几率的行为往往适得其反,得不到合适的参数定值,增加灭火保护拒动的可能性,导致得不偿失的后果。

4防止锅炉灭火的措施

(1)加强燃煤的监督管理,完善混煤设施。加强配煤管理和煤质分析,并及时将煤质情况通知运行人员,做好调整燃烧的应变措施,防止发生锅炉灭火。《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程DL/T435一2004》中明确规定:“火力发电厂所用的燃煤在两种以上混烧时,应有混煤的措施,保证进入原煤仓的煤是已混合好的煤”。

(2)锅炉改进性大修后或当实用燃料与设计燃料有较大差异时,应进行燃烧调整,以确定一、二次风量、风速、合理的过剩空气量、风煤比、煤粉细度、燃烧器倾角或旋流强度及不投油最低稳燃负荷等。

《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程DL/T435一2004))中明确规定:“新设备初次启动后,或已运行的设备在经过重大改造或煤质特性有重大变化后,均应对设备性能进行试验,试验结果应纳入运行规程中,使运行人员能即时掌握设备性能,并正确地操作,从而保证安全经济运行,并为自动调节、安全保护等系统有关参数的整定提供必需的数据。”

设备性能试验包括下列内容:

a)各燃烧器之间风、粉分配的调整;

b)通过调整及试验,确定合理的煤粉细度;

c)燃烧器调风挡板的最佳开度;

d)燃烧器所能达到的负荷调节比;

e)不同负荷下各燃烧器或燃烧器组的最佳组合方式;乃不同负荷下的最佳过量空气系数及一、二、三次风,燃尽风等的最佳比例;

g)燃烧器全部投入(除直吹式备用磨煤机所带的燃烧器以外)时,不投油的最低稳燃负荷;

h)停用部分燃烧器时不投油的最低稳燃负荷。

《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程DL/T435一2004》中还规定:当锅炉长时间在低负荷下运行时,由于燃烧不完全,可能有大量未燃尽的可燃物沉积在灰斗、受热面上和水平烟道内,如这些可燃物被突然增大的通风或吹灰所扰动时,将形成具有爆炸性的混合物而爆燃。因此,应对可使用的各种煤分别定出允许低负荷运行的持续时间。

(3)严禁随意退出火焰探头或联锁装置,因设备缺陷需退出时,应经总工程师批准,并事先做好安全措施。热工仪表、保护、给粉控制电源应可靠,防止因瞬间失电造成锅炉灭火。

加强锅炉灭火保护装置的维护与管理,防止火焰探头烧毁、污染失灵、炉膛负压管堵塞等问题的发生。为保证火焰检测器探头工作稳定,不受烟尘污染的影响,应有足够风量与压头的专用风机(并有备用)向探头供给经过滤的清洁冷却风,并保证炉膛在出现正压时,烟气不会直接接触探头,使其探头不被污染和温度不超过允许值。需要特别注意的是,实践证明这种作用是有限的,因此火检探头定期清焦工作是必要的。

(4)加强设备检修管理,重点解决炉膛严重漏风、一次风管不畅、送风不正常脉动、单元式制粉系统堵煤、直吹式磨煤机断煤和热控设备失灵等缺陷。

(5)防止严重结焦。采用与锅炉相匹配的煤种,是防止炉膛结焦的重要措施。另外,锅炉吹灰器系统应正常投入运行,定期吹灰以防止炉膛沾污结渣。当受热面及炉底等部位严重结渣,影响锅炉安全运行时,应立即停炉处理。

5保证锅炉安全运行需要特别注意的两个问题

（1）一般来说燃料特性、运行参数等决定着煤粉着火和灭火的关系以及火焰特征。炉膛热状态下爆炸主要与燃料的热解可燃气体有关,如能配煤合理、风煤比例调整得当,一般是不会发生灭火、放炮的。在锅炉启、停过程及低负荷或变动负荷运行中,运行参数变动较大,常因进入炉内的燃料量与风量控制不当而发生燃料不稳及至锅炉突然熄火。若此时未察觉濒临灭火前的燃烧不稳,又未及时采取紧急保护措施,继续让燃料进入炉膛,有可能造成炉膛外爆,即“锅炉灭火放炮”。因此,当锅炉燃烧己不稳定时应严禁投油稳燃。

（2）当炉膛局部灭火到可能导致仍在运行的燃烧器濒临灭火危险时,特别是在低负荷运行时,不管局部火焰丧失时是否已触发其他连锁保护动作或由于其他连锁保护故障而引起局部火焰丧失,均应触发总燃料跳闸。任何试图解除灭火保护或延时灭火保护动作的措施都是危险的。

参考文献

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