摘 要：沙特某電站燃油鍋爐作為國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的首臺(tái)大容量重油鍋爐，其在試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了鍋爐振動(dòng)、懸掛屏過(guò)熱器爆管等問(wèn)題，本文主要針對(duì)試運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：燃油鍋爐；重油；爆管；振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.064

1 燃油鍋爐簡(jiǎn)介

1.1 鍋爐本體

中東某項(xiàng)目2×660MW 亞臨界燃油機(jī)組鍋爐是東方鍋爐廠自主設(shè)計(jì)的首臺(tái)大容量前后墻燃燒的重油鍋爐，鍋爐主要特點(diǎn)如下：

鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、再熱汽溫采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)、平衡通風(fēng)、單爐膛背靠背型露天布置的汽包鍋爐。

鍋爐爐膛呈長(zhǎng)方形，燃燒器采用了前后墻對(duì)沖分級(jí)燃燒技術(shù)。在省煤器出口與空預(yù)器入口之間的煙道上抽出部分煙氣，通過(guò)再循環(huán)風(fēng)機(jī)重新送入爐膛底部進(jìn)行煙氣再循環(huán)。再熱蒸汽溫度主要通過(guò)煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)。

過(guò)熱器及再熱器受熱面主要采用了對(duì)流型布置 ， 這種布置方式使煙氣再循環(huán)對(duì)汽溫調(diào)節(jié)的靈敏度更高。過(guò)熱器受熱面由四部份組成，其中一部分是前豎井煙道蒸汽吊掛管和前屏、頂棚、后豎井煙道兩側(cè)包墻、頂包墻及后包墻。

1.2 燃燒器

燃燒設(shè)備主要由重油燃燒器、輕油點(diǎn)火器、大風(fēng)箱、風(fēng)門(mén)執(zhí)行器、及爐前油系統(tǒng)組成。

大風(fēng)箱采用分隔式風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，燃燒器均勻分布在各層大風(fēng)箱內(nèi)。每個(gè)燃燒器有一上獨(dú)立的配風(fēng)口；從空氣預(yù)熱器來(lái)的熱風(fēng)從燃燒器的尾部，進(jìn)入圓柱形燃燒器，熱風(fēng)在燃燒器內(nèi)部沿圓柱的周向分為兩股風(fēng)，外圓周部分為二次風(fēng)，內(nèi)圓周部份為一次風(fēng)。在一次風(fēng)出口處還布置有一次風(fēng)的穩(wěn)燃環(huán)，其作用主要用于重油的著火與穩(wěn)定燃燒。燃燒器的一次風(fēng)、二次風(fēng)的比例和穩(wěn)燃器的位置設(shè)計(jì)為固定式。

燃燒器分四層布置有前后墻上，每層6只，共48只燃燒器。燃燒器層間距3800mm，列間距2590.8mm；燃燒器上方布置一層燃盡風(fēng)。

鍋爐設(shè)計(jì)油種為沙特380CST重油。重油通過(guò)蒸汽加熱器進(jìn)行爐前加熱，重油槍采用蒸汽霧化的方式，設(shè)計(jì)的重油粘度為15CST。

1.3 鍋爐煙氣再循環(huán)系統(tǒng)

本電站鍋爐設(shè)置煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，主要用于調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度，該系統(tǒng)將部分煙氣從省煤器出口重新引入爐膛下部，增加對(duì)流受熱面的吸熱。

擋板1作為煙氣關(guān)斷用，用于切斷進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)的煙氣。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)全開(kāi)，當(dāng)再循環(huán)風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，它自動(dòng)關(guān)閉。

擋板2為再循環(huán)風(fēng)機(jī)自帶的進(jìn)口調(diào)節(jié)門(mén)。

擋板3作為煙氣關(guān)斷用，當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)全開(kāi)，停運(yùn)時(shí)關(guān)閉。

擋板4作為煙氣關(guān)斷用，當(dāng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，擋板 4 應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉，防止煙氣倒灌。風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)。

擋板5是熱風(fēng)道連接至再循環(huán)煙道上的密封風(fēng)的擋板。

2 重油定義及燃燒特點(diǎn)

2.1 重油的定義

重油屬重質(zhì)燃料油，它是石油、油頁(yè)巖或煤制石油工業(yè)中提煉汽油、煤油、柴油及化工原料后剩余產(chǎn)物，重油的性質(zhì)決定了原油品質(zhì)、煉制方法等。具有密度和粘度大，燃點(diǎn)和閃點(diǎn)較高而不易揮發(fā)，碳?xì)浜扛?、灰分和水分含量少、發(fā)熱量高等特點(diǎn)。

粘度表示燃油流動(dòng)性能的好壞，是重油最重要的質(zhì)量指標(biāo)和使用性能指標(biāo)，粘度越大，霧化效果越差，燃燒工況越差；而隨著溫度的升高，重油粘度逐漸減小，因而高粘度的油為了順利的霧化和燃燒必須進(jìn)行加熱升溫。一般情況下，機(jī)械式霧化燃燒器，其噴嘴前的推薦燃油粘度為2.5—3.5“E；空氣霧化燃燒器推薦燃油粘度3.0-4.5“E；蒸汽霧化噴嘴推薦粘度為4.5--5.8“E。

2.2 重油燃燒的特點(diǎn)

重油燃燒是在汽態(tài)下進(jìn)行的，燃油鍋爐通過(guò)油噴嘴將具有一定壓力和溫度的重油霧化成細(xì)小的油滴噴入爐膛，然后在爐膛中邊蒸發(fā)，邊與空氣融合燃燒。

根據(jù)基本的燃燒原理，優(yōu)化重油燃燒工況的主要有以下兩種方法：

（1）提高霧化質(zhì)量：通過(guò)預(yù)熱、加壓、蒸汽霧化等方式提高油槍霧化質(zhì)量，從而有利于重油與空氣的均勻混合，從而改善燃燒工況，加速燃燒并減少不完全燃燒損失；

（2）預(yù)熱和旋轉(zhuǎn)空氣：預(yù)熱空氣一方面可以降低反應(yīng)活化能，改善重油的著火條件； 另一方面可以提高燃燒溫度，有助于實(shí)現(xiàn)完全燃燒。旋轉(zhuǎn)空氣可以加強(qiáng)油與氣的混合，實(shí)現(xiàn)均勻燃燒，減少析碳和有害氣體的排放，還可增加徑向氣體動(dòng)量，有利于穩(wěn)定燃燒火焰。

3 鍋爐運(yùn)行常見(jiàn)問(wèn)題及優(yōu)化分析

3.1 鍋爐振動(dòng)及改造

本電站#1鍋爐在首次啟動(dòng)時(shí)，即發(fā)生鍋爐振動(dòng)；后經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)時(shí)同時(shí)存在水平煙道振動(dòng)和鍋爐本體振動(dòng)。

3.1.1 運(yùn)行調(diào)整對(duì)鍋爐振動(dòng)的影響

（1）變重油溫度試驗(yàn)。燃燒器設(shè)計(jì)的重油粘度為15CST，在沙特380CST重油油質(zhì)下對(duì)應(yīng)的油溫在140℃左右。試運(yùn)行中，重油溫度一般都在136℃以上，但鍋爐振動(dòng)狀況無(wú)明顯改善。后經(jīng)某研究院同意，進(jìn)行降低重油溫度試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，降低重油溫度后鍋爐燃燒變差，但是鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷卻得到很大的提高；油溫恢復(fù)后，鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷明顯降低；重油溫度對(duì)振動(dòng)的影響明顯。

降低油溫能夠有效地提高鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷，主要是隨著油溫的降低，使得燃燒器出口的燃油不能立即充分燃燒，燃燒推遲，在燃盡風(fēng)量比較充足情況下，一部份未燃盡的燃料在燃盡風(fēng)區(qū)域繼續(xù)燃燒，有效降低了主燃燒區(qū)域的熱量，推遲了振動(dòng)的發(fā)生。但是，油溫過(guò)低將導(dǎo)致尾部炭黑含碳量大幅升高，容易造成二次燃燒及空預(yù)器的沾污腐蝕，危及鍋爐的安全運(yùn)行。

（2）燃油霧化蒸汽壓力試驗(yàn)。機(jī)組首次啟動(dòng)，霧化蒸汽壓力按照1.2MPa運(yùn)行，第二次啟動(dòng)后霧化蒸汽按照設(shè)計(jì)值0.83MPa運(yùn)行，兩次振動(dòng)負(fù)荷接近，霧化蒸汽壓力對(duì)其影響不明顯。后期，在負(fù)荷穩(wěn)定地情況下，進(jìn)行了霧化蒸汽升壓實(shí)驗(yàn)，壓力由0.85MPa提升至1.2MPa，負(fù)荷336MW，提升過(guò)程中未發(fā)生振動(dòng)；后維持蒸汽壓力，升負(fù)荷至410MW發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)負(fù)荷較實(shí)驗(yàn)前未有提升；霧化蒸汽壓力對(duì)振動(dòng)無(wú)影響。

（3）變?nèi)急M風(fēng)量試驗(yàn)。燃盡風(fēng)是調(diào)整鍋爐配風(fēng)的一種重要手段，在常規(guī)的調(diào)試中一般通過(guò)調(diào)整燃盡風(fēng)來(lái)調(diào)節(jié)主燃燒區(qū)的風(fēng)量和上部風(fēng)量的比例，從而達(dá)到調(diào)整氮氧化物的目的。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)關(guān)小燃盡風(fēng)擋板增大爐膛下部的風(fēng)量來(lái)強(qiáng)化爐內(nèi)的燃燒，但試驗(yàn)證明這并不能改善振動(dòng)，反而通過(guò)加大燃盡風(fēng)量，減小爐膛下部風(fēng)量使之處于欠氧燃燒狀態(tài)，加強(qiáng)燃盡風(fēng)區(qū)域的燃燒更能提高鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在500MW負(fù)荷下，70%OFA開(kāi)度的振幅相對(duì)于60%OFA開(kāi)度振幅得到了明顯的改善。這說(shuō)明增大OFA風(fēng)量有助于改善爐膛的溫度，OFA風(fēng)量越大，爐膛溫度就相對(duì)越低，鍋爐振動(dòng)的負(fù)荷點(diǎn)就越高。但是，在低負(fù)荷時(shí)燃盡風(fēng)開(kāi)度不宜開(kāi)得過(guò)大，應(yīng)保證燃燒穩(wěn)定。

（4）其他試驗(yàn)。在振動(dòng)處理過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明鍋爐振動(dòng)受爐膛負(fù)壓波動(dòng)、氧量大小等運(yùn)行參數(shù)影響較小。

3.1.2 鍋爐振動(dòng)原因及改造方案

本電站燃油鍋爐尾部煙道振動(dòng)通過(guò)煙道內(nèi)安裝隔板和導(dǎo)流板改造解決；鍋爐本體振動(dòng)，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為引起鍋爐振動(dòng)根本原因?yàn)闊狎?qū)動(dòng)型熱聲振動(dòng)和燃燒自激型熱聲振動(dòng)。

（1）在燃燒器-爐膛系統(tǒng)中，爐膛內(nèi)煙氣溫度1400-1600℃，而燃燒器內(nèi)空氣溫度80-300℃，構(gòu)成較大系統(tǒng)溫差，存在熱聲不穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力，易受到熱聲振動(dòng)的影響。項(xiàng)目通過(guò)在燃燒器和燃盡風(fēng)筒體內(nèi)增加的阻尼管、改造進(jìn)風(fēng)口、增加反射罩，在大風(fēng)箱內(nèi)加裝帶有吸音材料的多孔板，來(lái)減少入爐聲波，徹底消除熱驅(qū)動(dòng)型熱聲振動(dòng)。

（2） 本電站鍋爐采用采用旋流燃燒方式，其流動(dòng)處于湍流區(qū)域，當(dāng)燃燒室內(nèi)初始?jí)毫Α⑺俣扔捎谀承┰虍a(chǎn)生脈動(dòng)，這一脈動(dòng)將會(huì)激發(fā)一系列的脈動(dòng)、聲音和波動(dòng)，進(jìn)而影響整個(gè)燃燒室聲場(chǎng)。當(dāng)相位符合瑞利準(zhǔn)則時(shí)，鍋爐本體即出現(xiàn)持續(xù)的自激諧振蕩。

項(xiàng)目通過(guò)拆除燃燒器出口的隔板，防止隔板后面產(chǎn)生的渦流；割除燃燒器一次風(fēng)穩(wěn)燃器的穩(wěn)燃環(huán)，減少渦脫落引起的振動(dòng)；將油槍與穩(wěn)燃器向前推進(jìn) 30mm左右，設(shè)置拉桿，以便對(duì)穩(wěn)燃器進(jìn)行調(diào)節(jié)；增設(shè)一次風(fēng)可調(diào)節(jié)檔板，調(diào)節(jié)每一只燃燒器一、二次風(fēng)的風(fēng)量分配等改造，有效消除了燃燒自激型熱聲振動(dòng)。

3.2 吊掛屏過(guò)熱器爆管

本電站鍋爐在試運(yùn)行期間爆管四次，爆管位置都在吊掛屏過(guò)熱器。通過(guò)對(duì)吊掛管取樣、金相分析、垢成分分析，最終認(rèn)定管內(nèi)磷酸鹽鐵垢、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致燃燒延遲造成局部熱負(fù)荷過(guò)高、吊掛屏過(guò)熱器旁通管流量設(shè)計(jì)不合理等是導(dǎo)致吊掛管爆管的根本原因。后期通過(guò)升級(jí)吊掛管屏管的管材、全部封堵旁通管、加強(qiáng)運(yùn)行水質(zhì)監(jiān)督（控制磷酸根的濃度小于0.3mg/L、Na+小于3 ppb）、汽包正常控制水位由0mm調(diào)整至-100mm運(yùn)行等方式，有效解決了爆管問(wèn)題。

3.3 煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式優(yōu)化

本電站鍋爐再熱汽溫除燃燒調(diào)整外，主要靠煙氣再循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)。煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)存在工頻與變頻兩種調(diào)節(jié)方式，當(dāng)采取變頻運(yùn)行方式時(shí)，擋板開(kāi)度70%，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)對(duì)于再熱汽溫的調(diào)節(jié)效果不明顯，且低轉(zhuǎn)速極易發(fā)生煙氣倒流，燒壞調(diào)節(jié)擋板，造成設(shè)備損壞。

經(jīng)過(guò)調(diào)試、運(yùn)行試驗(yàn)，最終確定將轉(zhuǎn)速定于550r/min至650r/min，用煙氣擋板進(jìn)行工頻調(diào)節(jié)，再熱汽溫調(diào)節(jié)效果明顯且煙再出口溫度明顯下降，煙氣不發(fā)生倒流。

3.4 汽包水位控制優(yōu)化

燃油相對(duì)與燃煤燃燒速度快，對(duì)風(fēng)量的變化反應(yīng)靈敏。在正確安裝水位計(jì)的情況下，水位的偏差基本上是由于燃燒工況引起的。要消除燃燒工況對(duì)汽包水位的影響，首先要保證油槍的清潔度，以保持槍前油壓一致；然后通過(guò)調(diào)整四個(gè)角的燃盡風(fēng)保持兩側(cè)、前后墻的風(fēng)量一致，從而達(dá)到風(fēng)、油配比一致；通過(guò)保持風(fēng)、油配比一致，保證燃燒工況穩(wěn)定，進(jìn)而保證水位在正常范圍內(nèi)安全運(yùn)行。

4 結(jié)論

作為首臺(tái)國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的大容量燃油機(jī)組在試運(yùn)行期間不可避免出現(xiàn)了一些問(wèn)題。影響了工程投產(chǎn)進(jìn)度，但這些問(wèn)題的解決過(guò)程也為國(guó)內(nèi)大容量燃油機(jī)組在設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等方面提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)并最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的穩(wěn)定、可靠、高效、環(huán)保運(yùn)轉(zhuǎn)。

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作者簡(jiǎn)介：王祥磊（1985-），男，山東德州人，本科，助理工程師，研究方向：火電機(jī)組運(yùn)行與檢修技術(shù)管理。