關(guān)于爐膛煙氣溫度監(jiān)控的研究

　　摘要：本文用實際發(fā)生的事故案例來說明監(jiān)控爐膛出口煙氣溫度的重要性，建議不失時機的在鍋爐上配置能在全過程、全負荷范圍內(nèi)監(jiān)控爐膛出口煙溫的聲波測量系統(tǒng)。
　　
　　一、鍋爐燃燒調(diào)整面臨的挑戰(zhàn)
　　
　　國家電力監(jiān)管委員會劉寶華指出，在相當長時期內(nèi)火電的主體和基礎(chǔ)地位不會改變。但是，只有清潔發(fā)展才有長期立足的未來。
　　
　　當前，火電廠面臨著下列形勢：
　　
　　1）為降低成本，燃料摻燒，導致煤種多變，偏離設(shè)計煤種。
　　
　　2）為降低NOx排放，改用低NOx燃燒器等各種低溫燃燒技術(shù)，爐膛燃燒工況發(fā)生大的改變。
　　
　　3）低碳經(jīng)濟要求zui大限度優(yōu)化燃燒，節(jié)能減排。
　　
　　因此，在這種形勢下，鍋爐燃燒調(diào)整面臨的挑戰(zhàn)。但是，令人遺憾的是至今表征爐膛燃燒和換熱工況的zui重要參數(shù)--爐膛火焰（煙氣）溫度，特別是爐膛出口煙氣溫度測量基本上仍是空白。
　　
　　本文列舉了國內(nèi)鍋爐上實際發(fā)生的部分事故案例，用事實說明監(jiān)控爐膛出口煙氣溫度的重要性以及缺失帶來的問題，以期引起關(guān)注。
　　
　　二、燃燒調(diào)整不當，爐膛出口煙溫異常引起的事故案例
　　
　　2.1爐膛塌焦造成嚴重人身和設(shè)備事故
　　
　　某電廠1號機組（600MW），1993年3月10日爐膛大焦脫落，造成冷灰斗連接處水冷壁管撕裂，冷灰斗塌陷，致使在冷灰斗附近的工作人員21人死亡，8人重傷，16人輕傷，停爐搶修132天。
　　
　　事故原因是燃用設(shè)計煤種時，實際爐膛出口溫度太高，偏離設(shè)計安全值（灰軟化溫度DT-50°C），導致嚴重結(jié)焦。
　　
　　某電廠7號機組（1000MW）,2007年7月21日夜間發(fā)生嚴重掉焦，將爐膛事故放渣門撐開，被迫緊急停爐搶修。
　　
　　事故原因是鍋爐分割屏過熱器設(shè)計入口煙氣溫度為1373°C，高于設(shè)計煤種和校核煤種的軟化溫度1350°C和1290°C，本來就極易引起分割屏過熱器結(jié)焦；而在運行中由于沒有監(jiān)視儀表指導燃燒調(diào)整，導致火焰中心又偏高；此外，也沒有及時采取摻燒高灰熔點煤種等措施，以致實際運行中爐膛出口溫度在高負荷時達到1200-1400°C，造成嚴重結(jié)焦。
　　
　　某電廠1號機組（600MW），2005年8月9日爐內(nèi)塌大焦，造成爐膛滅火，MFT保護動作，停爐一小時后又再次塌大焦，將爐底水冷壁砸漏，機組轉(zhuǎn)事故搶修。
　　
　　事故原因為火焰中心偏高，導致爐膛出口處灰粒處于軟（熔）化狀態(tài)而導致嚴重結(jié)焦。
　　
　　某電廠1號機組（600MW），2005年3月5日負荷由570MW升至600MW，突然塌焦，MFT保護動作，撈渣機入孔門被大焦砸開，爐底水封破壞。
　　
　　事故原因同樣是因為燃燒調(diào)整缺乏監(jiān)視儀表，導致實際爐膛出口煙溫太高而大量結(jié)焦所致。尤其值得關(guān)注的是，從事故追憶曲線看，事故前就已發(fā)生塌焦，火檢閃爍，負壓降至-2200Pa（時間為2S），但因未達到3S延時，因此，爐膛壓力低保護未動作，險些擴大為爐膛爆炸的嚴重惡性事故（現(xiàn)已將設(shè)定時間降至1S）
　　
　　2.2爐膛火焰偏斜，出口煙溫偏差大導致過熱器和再熱器管壁超溫，以及水冷壁一側(cè)結(jié)焦或磨損。
　　
　　某電廠2號機組（600MW），2008年4月c級檢修投運中，在300MW至450MW升負荷過程中，屏過出口A、B兩側(cè)偏差大，頻繁出現(xiàn)A側(cè)超溫。　　
　　超溫工況下單側(cè)汽溫異常情況
　　
　　經(jīng)調(diào)試單位用試驗儀器對爐膛溫度進行測量證實，由于煤種變化后，沒有及時調(diào)整燃燒，以及爐內(nèi)積灰，輻射吸熱減少等，使實際爐膛火焰中心偏高，爐膛出口煙氣溫度太高。此外，爐內(nèi)出現(xiàn)一定程度偏燒，以致使A側(cè)煙溫普遍高于B側(cè)。
　　
　　某電廠兩臺1910t/h直流爐，2005年投產(chǎn)至2007年共發(fā)生十多次水冷壁因管壁超溫、疲勞失效而導致泄漏，泄漏點集中于前、后墻水冷壁區(qū)域。
　　
　　事故原因是由于前后墻對沖燃燒器，燃燒調(diào)整不當，火焰分布不佳，熱負荷不均，高負荷區(qū)域工質(zhì)流速低的水冷壁管壁溫度上下交變，由于沒有爐膛火焰溫度監(jiān)視手段，致使異常工況下長期運行直至泄漏或爆管事故發(fā)生。
　　
　　某電廠1號機組（350MW），2009年停爐檢修發(fā)現(xiàn)一側(cè)水冷壁存在隱患，中部區(qū)域結(jié)焦嚴重，而上部有些區(qū)域水冷壁管壁嚴重磨損。試驗證實主要是投產(chǎn)時燃燒調(diào)整不當，火焰中心嚴重偏向一側(cè)，而由于沒有監(jiān)視火焰溫度偏差的儀表，使鍋爐一直在火焰偏斜的情況長期運行所致。
　　
　　某電廠1、2號爐（2020t/h），2005年鍋爐分割屏共發(fā)生了3次泄漏事故，給安全經(jīng)濟運行造成了重大損失。
　　
　　事故原因是分割屏設(shè)計位置距離火焰中心過近（分割屏布置在折煙角以下10m處），加上燃燒區(qū)域結(jié)焦，燃燒火焰中心上移，煙溫異常升高，使分割屏工作在環(huán)境惡劣條件下。由于不知道爐膛出口火焰溫度（即分割屏下煙溫），不當鍋爐設(shè)計和燃燒調(diào)整長期未能及時發(fā)現(xiàn)和糾正，而導致事故頻發(fā)。
　　
　　2.3燃燒調(diào)整不及時，造成爐膛上部爆燃，主汽超溫停機。
　　
　　1）某電廠近年來投產(chǎn)的超臨界600MW機組，在啟動并網(wǎng)初期存在不同程度屏式過熱器嚴重超溫，以及主汽溫失控過高，導致沖轉(zhuǎn)后振動超標，被迫打閘停機事故（類似事故在其它廠的該型鍋爐中也有發(fā)生）
　　
　　經(jīng)研究，主要原因是在冷爐啟動過程中燃燒調(diào)整不當，加風太快，燃燒不佳，著火區(qū)升高和爐膛上部爆燃，從而導致爐膛出口煙溫驟然升高，由于沒有直接監(jiān)視燃燒側(cè)異常的手段，等到汽溫側(cè)反映出異常升高時，為時已晚（啟動初期蒸汽流量少，汽溫飛升極快）。
　　
　　2）某電廠1號機組（600MW）摻燒無煙煤后，在鍋爐10%-30%BMCR范圍內(nèi)，過熱器出口壁溫嚴重超溫。試驗研究證明，摻燒無煙煤后，由于沒有及時調(diào)整燃燒，適當減少一次風量，導致燃燒不良，火焰黑煙大，燃燒不*，煤粉在爐膛上升過程中被逐步加熱到上部爆燃使煙溫升高所致。
　　
　　三、結(jié)束語
　　
　　實際發(fā)生的事故案例，用教訓證明了監(jiān)控爐膛出口煙氣溫度的重要性。隨著在我國火電廠推廣燃煤摻燒，以及低NOx燃燒技術(shù)的廣泛應用，鍋爐燃燒調(diào)整正面臨著更大的困難和的挑戰(zhàn)。
　　
　　值得慶幸的是，當今，PyroMetrix爐膛聲波測溫系統(tǒng)已經(jīng)突破了工程應用難點，成功應用于國內(nèi)外諸多火電廠鍋爐上。
　　
　　我們應當不失時機的在鍋爐上配置能在全負荷范圍內(nèi)準確監(jiān)控爐膛出口煙氣的測溫系統(tǒng)，這必將對我國火電廠鍋爐長期安全運行和節(jié)能減排產(chǎn)生深遠影響。