国能宿州350MW机组#6炉偏烧原因分析

前言

国能宿州350 MW机组#6炉长期以来一直存在着燃烧偏差的现象，由于甲乙侧燃烧存在偏差，从而造成炉膛出口烟温、氧量及主、再汽温偏差，给机组的调整及稳定运行带来很大的影响及安全隐患，特别是屏过超温及主再汽温两侧难以调平，更是严重威胁着机组的安全稳定运行。这个问题，长期困扰着生产运行人员，同时它也成了影响机组安全运行的一道很难逾越的屏障。厂里多次请来了南京电科院和西安电科院的专家来进行锅炉性能实验，以此来查找偏烧的原因，但最终的结果却并不令人满意。

本文依据长期的运行调整经验分析了#6炉偏烧的原因，希望可以为大家提供一些有价值的参考。

来源：北极星电力网  作者：王华彬（国家能源集团宿州公司）

1、概述

1.1、锅炉概况

国能宿州#5、6机组，锅炉为超临界变压直流炉，一次再热，前后墙对冲燃烧，单炉膛，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。

燃烧设备系统为前、后墙布置，采用对冲燃烧、旋流式燃烧器系统，前墙布置3层后墙布置2层双旋风煤粉燃烧器，每层4只，共20只燃烧器，正压直吹式制粉系统，五台中速磨煤机，每台对应一层4只燃烧器。同时在前、后墙各布置一层燃烬风喷口，其中2只侧燃烬风喷口，4只燃烬风喷口。

1.2、燃烧器组成

本厂燃烧器采用外浓内淡型低NOx旋流燃烧器，其将燃烧器内的空气主要分为四部分：一次风、内二次风、外二次风和中心风。

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淡分离后进入炉膛与内、外二次风混合。为实现降低NOx排放量的要求，内、外二次风实行分级送风以加强燃烧过程中的浓淡分离效果。

内、外二次风分别由独立的手动挡板和手动旋流器拉杆调节风量和旋流强度。外二次风通过燃烧器上切向布置的叶轮式风门挡板来调节风量和旋流强度，风门开大，风量大，旋流强度小。内二次风旋流器为固定式，叶片倾角为60°，风门开大，风量大，旋流强度大。内外二次风挡板的最佳位置在燃烧调整试验时确定，一般在正常运行过程中不作调整。

燃烧器内设有中心风，用作调节燃烧器中心回流区的位置，控制着火点。同时，起到冷却、防止烟气倒灌及灰渣积聚的作用，中心风量设有手动调节挡板，用于调节其风量大小。

燃烧器内外二次风及中心风均由燃烧器大风箱提供。

2、锅炉偏烧问题的提出

2.1、问题的提出

长期以来，#6炉炉膛出口烟温、氧量及主、再汽温一直存在着偏差，炉膛出口烟温偏差及主再汽温偏差多以甲侧高乙侧低居多，而氧量偏差多以甲侧低乙侧高居多。特别是屏过易超温和主再汽温两侧难以调平的问题尤为突出。

以下是不同负荷、不同制粉系统组合时部分运行参数对比

表1 不同负荷不同制粉系统组合时的运行参数变化

表2 同负荷不同制粉系统组合运行参数变化

从上表中可以看出，无论哪种磨组合运行方式，减温器前温度（一减前温度、再减前温度）和烟温（低再入口烟温、低过入口烟温）基本都是甲侧高于乙侧，运行中，由于锅炉两侧烟温的偏差，从而导致甲乙侧一级减温水的流量也存在较大偏差，为了控制甲侧屏过壁温，甲侧一减所用流量很大，有时甚至全开也不足以控制屏过壁温。而乙侧一减的流量则相对较少，甚至全关。甲乙侧一减流量长期的大偏差运行，给锅炉的运行调整和受热面的安全隐患都带来了巨大的挑战。

2.2、甲、乙、丙磨运行分别对烟温及氧量的影响

2.2.1、乙磨运行对烟温及氧量的影响

#6炉运行存在着烟温及温度偏差，有乙磨运行时这种差距往往会更大。下面是启停乙磨时运行参数的变化趋势图。通过这些运行参数的变化对比，从中我们可以看出一些参数的变化趋势。

图1、停乙磨前后甲、乙侧一减流量及其他参数变化趋势图

图2、停乙磨前后甲、乙侧氧量变化趋势图

从图1和图2中我们可以看出，在停乙磨之前，甲侧一减流量远远大于乙侧一减流量，屏过出口温度及低再入口烟温亦是甲侧高于乙侧，氧量则是甲侧低于乙侧，而停过乙磨之后，甲侧一减流量减少，乙侧一减流量增加，甲乙侧偏差逐渐减小，甲乙侧屏过出口温度及低再入口烟温偏差也逐渐减少。氧量也是甲侧升高乙侧降低，两侧偏差减少。

图3、启动乙磨甲、乙侧氧量变化趋势图

图4、启动乙磨时甲乙侧一减流量及其他参数变化趋势图

从图3和图4中我们可以看出，在启乙磨之后，甲侧一减流量迅速增大，乙侧一减流量逐渐减少，甲乙侧差距逐渐拉大，甲乙侧屏过出口温度及低再入口烟温也逐渐偏差大。甲侧氧量迅速降低，逐渐与乙侧氧量拉大距离。

2.2.2、甲磨运行对锅炉烟温及氧量的影响

以下是某次启停甲磨运行时的参数变化情况，当时，负荷205MW，甲乙丁戊磨运行，煤量102t/h，甲磨检修停运。

甲磨停运后，再热器减温水前温度甲乙侧偏差减小，且甲侧氧量（#1）波动小，无多大扰动，甲乙侧氧量偏差也变小。但当甲磨运行时，再热器减温水前温度甲乙侧偏差增大且甲侧氧量（#1）（即再热器烟道内的氧量）变化较大且易急剧降低，特别时高负荷时，更易发生缺氧现象（甲侧），低负荷时，由于负荷低，情况不明显，但高负荷时情况就非常的严重。

2.2.3、丙磨运行对烟温及氧量的影响

丙磨运行对烟温及氧量的影响，与甲乙磨的影响呈明显相反的态势。另外，需要说明一下，丁戊磨的影响比较小，这里就不再说了。

2.3、两侧烟温偏差的危害

（1）、锅炉两侧烟温偏差大，会造成锅炉受热不均，锅炉整体热膨胀不一致，炉体相互拉扯形成变形。受热面受热不均破坏水循环平衡，造成局部过热爆管。

（2）、由于两侧主、再汽温及屏过壁温的偏差，从而造成甲乙侧减温水用量出现偏差，过大的减温水量会严重影响锅炉运行的经济性。

（3）、屏过受热不均，易超温爆管。

（4）、为了控制锅炉屏过超温及单侧主再汽温偏低的问题，往往需要增加送风量，由此带来了锅炉排烟热损失增加、风机单耗增加、锅炉效率下降和燃烧不稳等一系列问题。

3、锅炉偏烧原因分析

3.1、造成锅炉两侧烟温偏差大的理论原因

锅炉两侧烟温的偏差，实际上就是由于锅炉燃烧工况存在了偏差所造成，也就是偏烧问题，而造成偏烧的原因有两侧燃料不均、两侧配风不均和由于烟气阻力不同而造成的烟气流量不均等。但是，针对于本锅炉的偏差问题，到底是由于什么原因造成，却不可这么笼统回答。

2017年12月份，西安电科院做#6炉性能实验，给出了各磨及各个粉管粉量和一次风速的偏差数据。如图：

表3、磨出口粉管一次风速偏差

表4、磨出口粉管粉量偏差

表5、不同磨组合方式下的粉管粉量偏差

从给出的数据可以看出，除乙、戊磨粉管一次风速分布相对较均匀外，其他三台磨粉管一次风速偏差都较大。而所有磨出口粉管粉量分配也都较差。综合不同磨组合方式下的粉管粉量偏差，都是乙侧明显大于甲侧。如果我们再把不同磨组合下的一次风速偏差也计算一下，会发现也是乙侧大于甲侧。

根据电科院给出的数据，炉膛燃烧偏差，理应是乙侧烟温高于甲侧才对，但为什么实际情况却恰恰相反？

3.2、就地燃烧情况分析

就地从看火孔观察#6炉各火嘴着火燃烧情况时，我们会发现各个火嘴的燃烧情况存在着很大的差别。

表6、各磨甲乙侧就地火嘴燃烧情况

甲磨和乙磨的#1火嘴（甲侧）出口处着火点特别近，火焰及烟气明显旋流强度大，范围广，即使乙磨停运时，乙磨#1火嘴处也明显受到影响，有很强的旋流烟气存在。而甲磨和乙磨#4火嘴（乙侧）出口处着火点明显远，火焰及烟气的旋流强度很小，长长的煤粉气流非常明显，且火嘴附近及东侧墙水冷壁基本无烟气扩散，通过看火孔能够很清晰的看到水冷壁和火嘴情况，甚至有时隐约可见#3火嘴的影子，站在停运的丙磨乙侧看火孔（前墙），能清楚的看到前墙部分水冷壁，而在丙层其他位置，均看不到火嘴及水冷壁。后墙丁、戊磨的#4火嘴旋流强稍偏大，着火点较近，其他基本正常。从整体上来讲，整个炉膛的燃烧呈东北角偏远、其他三角偏近的态势（特别是前墙甲侧和后墙乙侧），燃烧基本压向后墙偏甲侧。

在锅炉大修进炉膛检查时，发现火嘴附近水冷壁表面附有未燃尽的炭黑存在，特别是在炉膛西侧墙偏前墙的大片位置和炉膛东侧墙偏后墙的大片位置，位置高度从下层火嘴到上层火嘴上方。水冷壁表面附有未燃尽炭黑的位置正好验证了锅炉偏烧的问题，其中东侧墙偏前墙的位置水冷壁比较干净，也说明了甲乙磨#4火嘴着火点比较远。

其实，上述燃烧情况才是造成#6炉两侧烟温偏差、形成偏烧的根本原因。而造成上述燃烧情况的原因则是旋流强度和一次风速偏差。

（1）、甲乙磨甲侧火嘴（#1）二次风旋流强度大，扩散角大，回流量大，卷吸煤粉能力强，射程近，着火点也近，而乙侧火嘴（#4）二次风旋流强度小，卷吸煤粉能力差，射程远，着火点远。甲乙两侧火嘴卷吸程度的不同和射程的远近，必然造成燃烧的偏差，形成乙侧压向甲侧的态势。

另外，就是丁、戊磨的#4火嘴（乙侧）着火点较近，无法顶住甲乙磨#4火嘴的前冲，也进一步加剧了燃烧的偏差。

（2）、根据电科院给出的资料，我们可以知道无论采取哪种磨的组合，乙侧的一次风速均大于甲侧，风速大的一侧会把火焰往风速小的一侧压，从而，也造成了燃烧偏向于甲侧。

（3）、旋流强度的不同，是因为内外二次风的开度不同所致。外二次风旋流强度大，则风量小，而旋流强度小，则风量大。甲乙磨甲侧的外二次风量明显小于乙侧，易造成燃烧缺氧，燃烧推迟，从而造成甲侧出口烟温偏高。这也是造成甲侧氧量偏小的原因之一。

另外，过大的旋流强度，会造成火焰扫墙，煤粉燃烧不完全，从而导致燃烧推迟，过后燃烧使炉膛出口烟温升高。

（4）根据电科院给出的资料，五台磨中只有甲磨甲乙两侧的粉量偏差为正值，也就是说甲磨甲侧的粉量（#1、2）要大于甲磨乙侧的粉量（#3、4），所以，同样的风量甲磨甲侧更容易缺氧，更何况甲磨甲侧的风量本身就偏小。

下面几幅图是某次大修时，关于炉膛部分侧墙水冷壁表面的照片：

3.3、各火嘴旋转方向分析

下图是国能宿州公司#6炉各火嘴的旋转方向图

#6炉各火嘴旋转方向

从图上可以看出各个火嘴的旋转方向，其中，A1、A3、B2、B4、C1、C3、E4、E2、D3、D1均为逆时针旋转，而A2、A4、B1、B3、C2、C4、E3、E1、D4、D2均为顺时针旋转。相邻两个火嘴，无论是上下还是左右，其方向均为相反。两个火嘴的旋转方向相反，其共同的影响就是增加了煤粉旋转的切向速度，但方向有的向上、有的向下、有的速度大、有的速度小罢了。

在这里，我重点说几个火嘴旋转方向的影响。A1和A2的旋转切方向向下，A2和A3的旋转切方向向上，A3和A4的旋转切方向向下，B1和B2的旋转切方向向上，B2和B3的旋转切方向向下，B3和B4的旋转切方向向上。因为A1和B1火嘴的旋流强度特别大，所以A1和A2、B1和B2分别对燃烧的影响就会特别大（如果A2和B2的旋流强度大，其影响将更为强烈），在A1和A2的共同作用下，煤粉会加速向下运动，B1和B2的共同作用，煤粉会加速向上运动。由于乙磨#1、#2火嘴共同作用，使大量煤粉加速向上运动，导致火焰上移，烟气温度升高。虽然甲磨#1、#2火嘴共同作用，也加快了煤粉的运动，但由于其方向向下，相应的减弱了效果，不过，如果甲磨#2火嘴旋流强度也大的话，其共同作用也会造成煤粉的上移。另外，A3和A2的共同作用使得煤粉上移，同时使其上移速度加快，当乙、丙磨停止时，由于甲磨上面没有阻挡，极易造成屏过超温。

4、偏烧造成的烟温及主再汽温偏差分析

（1）、由锅炉的偏烧造成了整个炉膛的燃烧形成一个偏向甲侧的三角形态势，从而造成甲侧炉膛出口烟温及烟气量均会明显大于乙侧。所以，只要甲、乙磨运行就会存在燃烧偏差，特别是甲乙磨同时运行时，这种偏差的程度就会更大。这种情况形成的烟温偏差也造成了水平烟道中的高过高再及尾部烟道中的低过低再的吸热量偏差，从而造成了主再汽温的偏差（甲侧高乙侧低）。

同时，由于炉膛乙侧燃烧始终偏向于后墙（甲乙磨#4火嘴射程远，丁戊磨#4火嘴射程近，导致乙侧燃烧推向后墙），造成了乙侧屏过的吸热量明显减少（低于甲侧），从而造成屏过乙侧出口温度的偏低，也进一步降低了乙侧主汽温度。这也是乙侧主汽温下降的另一个重要原因。

我们从屏过甲乙侧进出口温度及甲乙侧一减流量的偏差来看，基本上都是甲侧屏过温度及一减流量高，而乙侧较低，特别是一减流量更为明显（甲侧非常大乙侧非常小），这也说明屏过甲侧的吸热量要明显大于乙侧（原因：（1）烟温高（2）就是燃烧靠近前墙），而乙侧屏过的吸热量则偏小，原因与甲侧相反。

同时，从屏过出口壁温也能发现一些问题，1～10屏（乙→甲），大部分情况都是8、9点（甲侧）温度高，且极易超温，也就是甲侧屏过出口壁温高，而2、3点（乙侧）比较低，也再一次说明了甲侧屏过的吸热量要明显大于乙侧。

（2）、甲、乙磨甲侧火嘴旋流强度大，风量小，特别是甲磨甲侧出粉量大，更易造成缺氧，未完全燃烧煤粉推迟燃烧，使甲侧炉膛出口烟温偏高；同时过大的二次风旋流强度，容易造成煤粉扫边，燃烧不完全，推迟燃烧，使得甲侧炉膛出口烟温升高。甲乙磨乙侧火嘴旋流强度小，风量大，不易造成煤粉扫边，同时，由于乙侧风量偏大，也使得炉膛烟温冷却较多。当然了，由于乙侧火嘴二次风旋流强度小，风量大，也会造成燃烧上移及推向后墙的问题存在，这也是为什么有时尾部烟道入口烟温乙侧升高的一个原因。

（3）、不同磨的组合会造成炉膛烟温的变化和反转，特别是有丙磨运行时。这是因为丙磨的甲侧风量大，而且其四个火嘴不偏斜，另外，丙磨位于最上层位置，覆盖着下面的甲乙磨火嘴，从而减弱了甲乙磨偏烧造成的影响。所以，只要有丙磨运行，烟温偏差就会小很多，甚至反转。

（4）、还有一个问题是需要注意的，就是：再热减温前两侧温度随低再入口烟温变化而变化，且趋势基本相同（甲侧低再入口烟温高则再减前温度也高），但一减前温度变化并不完全是随着低过入口的变化趋势而变化（甲侧一减前温度高，甲侧低入口烟温未必就高）。其中原因是因为两侧烟气量不同所造成。前墙与后墙的烟气顺炉膛往上走，至水平烟道处混合拐弯，然后进入尾部烟道，但是，根据烟气的运动轨迹，前墙烟气基本在外围进入尾部烟道（即低过），而后墙烟气基本在内圈进入尾部烟道（即低再）。由于前墙甲乙磨#4火嘴风速高，射程远，烟气后移，导致进入内圈的烟气量增加，而外围的烟气量减少（也就是乙侧低过的烟气量减少），而前墙甲乙磨#1火嘴着火近，外围烟气量多（也就是甲侧低过的烟气量增加）。另外，后墙#4火嘴着火近，也起到了类似的作用（进入内圈的烟气量多，外围的烟气量少），后墙甲侧正好与此相反。这也是低过入口温度甲侧高乙侧低的另外一个原因。

同时，上述原因也是为什么甲侧低过氧量点偏低的一个重要原因。

5、如何解决偏烧问题

5.1、运行调整方面

在实际的运行中我采取了不同的燃烧调整方法，但由于各磨单个火嘴的风量和粉量都无法调整，其效果都不尽如人意。不过，有三种方法还是可行的。

（1）、利用备用磨（乙磨或丙磨都行）火嘴喷进的一次风，去调整炉膛出口烟温效果比较明显，调整后的炉膛烟温和氧量偏差都会明显变小，甚至调平。至于风量的大小，根据实际情况掌握，而具体开哪边的火嘴（甲或乙）要看具体的烟温偏差。

例如，下表是我某次调整时的参数变化：

具体方法：开启丙磨冷风门及磨#1出口门，冷风开度40%，此时的风速为24m/s，风量为22t/h。

用丙磨的#1火嘴的风量来增加甲侧的氧量，且由于冷风温度低，在降低甲侧烟温上有很明显的效果，而且此种方法不会受到其他方面的影响。但有点要注意，由于增加了一次风量，所以，一次风机的电流略有上升，但送风电流略有下降，另外，低负荷时可能不如高负荷时调平效果好，因为低负荷时二次风压偏低。（其实，用丙磨#1、2火嘴风门同时开启，应该更为稳妥）

这种方法，并不只是降低单侧烟温的作用，而更大的作用是利用其一次风的刚性和远距离射程来挤压本侧的火焰及烟气，让其向另一侧移动，从而达到调平烟温的目的。这一点从另一侧的烟温升高可以看出。

（2）、增大后墙磨（丁或戊磨或两磨同时）火嘴一次风量，以此来提高一次风速，把炉膛火焰往前墙推，以此来减少甲乙侧存在的烟温偏差，但缺点是抬高了火焰中心。此种方法效果不太明显。

（3）、乙磨#1、2火嘴造成的烟温高，可以通过提高丁磨一次风量来压一下乙磨的煤粉并增加乙磨燃烧所需要的氧量，也在一定程度上降低了屏过的壁温。（降低乙磨一次风量可以降低甲侧一减流量）

由于锅炉受负荷、燃烧工况，煤粉细度、风粉配比、设备状况等一系列因素的影响，其各种调整效果并非都很明显，这就给运行人员的日常调整带来了很大的迷惑性。当然了，虽然我们采取了各种方法去调整偏烧问题，但其实有些方法是以牺牲安全为代价的。切记！

5.2、其他方面

（1）、根据燃烧情况，就地调整各火嘴内外二次风开度，以调平各火嘴的二次风旋流强度。这是调整偏烧的最根本也是最有效的方法。但是，由于就地的二次风门挡板长时间未操作，锈死或卡死的想象时有发生，所以操作起来并不容易。

（2）、采用技术手段，调平各火嘴的粉量和一次风速，这需要电科院做试验并提供准确的数据，才能够实施。

（3）、利用大修时间处理好各火嘴存在的问题。

6、结论

国能宿州#6炉出口烟温偏差即锅炉偏烧，一直是困扰锅炉运行的一大难题。虽然经过多家电科院的实验和调整，但一直效果甚微。由于偏烧带来的一系列问题，给锅炉的安全经济运行带来了很大的隐患，增加了燃烧的不稳定性，也降低了锅炉效率。

我从实际运行调整方面客观的分析一下造成锅炉偏烧的原因，希望我的分析和建议能给大家一个启示，并希望从根源上消除燃烧偏差，以此来提高锅炉的安全经济运行。

相关阅读：

直吹式制粉系统制粉单耗影响因素分析