我國燃煤電廠鍋爐經(jīng)常發(fā)生結(jié)焦、掉焦滅火現(xiàn)象，對此電廠工程師和學(xué)者們進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)歸納了結(jié)焦的三方面因素，認(rèn)為co爆燃的濃度、溫度和氧氣含量的關(guān)系是引起滅火的根由。文獻(xiàn)認(rèn)為人爐煤質(zhì)的頻繁變化是爐膛結(jié)焦、掉焦的主要原因，同時運(yùn)行人員對異常工況的處理能力也是一個重要方面。文獻(xiàn)從爐膛溫度場分布的角度出發(fā)，找出一、二、三次風(fēng)配比，衛(wèi)燃帶布置不合理的原因，通過燃燒調(diào)整手段提高鍋爐運(yùn)行的安全性。文獻(xiàn)通過去除部分衛(wèi)燃帶、燃燒調(diào)整和燃燒器區(qū)域加裝吹灰器等措施，處理了河坡電廠掉焦滅火的難題。文獻(xiàn)認(rèn)為防止?fàn)t膛中下部結(jié)焦主要從改善空氣動力條件人手，在高負(fù)荷時及時吹灰，低負(fù)荷時采用集中燃燒方式是防止掉焦滅火的有效措施。此外還有文獻(xiàn)、文獻(xiàn)等分析了鍋爐掉焦滅火的機(jī)理和處理措施。但是很少有學(xué)者從焦塊掉進(jìn)水封產(chǎn)生水蒸氣上升至爐膛，致使?fàn)t膛滅火的角度進(jìn)行滅火分析。文獻(xiàn)中提出過焦塊造成的渣斗水受熱后的水蒸氣升騰現(xiàn)象，但是并沒有給出定量的分析。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、設(shè)備概況
    某發(fā)電廠2號機(jī)組為300MW機(jī)組，采用1 045t/h亞臨界、四角切圓燃燒、一次再熱、煙氣擋板調(diào)溫、自然循環(huán)汽包鍋爐。該爐采用全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)，半露無島式布置；配有鋼球磨煤機(jī)中儲式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉，三分倉容克式空氣預(yù)熱器，刮板撈渣機(jī)；燃用晉東南貧煤，設(shè)計煤種的軟化溫度ST大于1 490℃。
2、運(yùn)行情況
    2009年以來，2號機(jī)組鍋爐在不同負(fù)荷下經(jīng)常發(fā)生掉焦滅火事故。2010-01-18.2號機(jī)組鍋爐在負(fù)荷300 MW時再次發(fā)生掉焦滅火事故，滅火前鍋爐燃燒穩(wěn)定、風(fēng)煙和制粉系統(tǒng)運(yùn)行正常。圖1是DCS采集的3min內(nèi)鍋爐滅火過程的幾組主要數(shù)據(jù)曲線。
    19:47:52，爐膛負(fù)壓反升至264,42 Pa，并持續(xù)近8s，之后負(fù)壓在5s內(nèi)由271.46 Pa下降至-2 289.62 Pa。19:48:05，負(fù)壓快速速回升，19:48:12達(dá)到397.92 Pa。期間由于火檢信號異常且壓力開關(guān)拒動，MFT未發(fā)出。19:48:30，運(yùn)行人員投入油槍穩(wěn)燃，造成爐膛正壓劇烈提升至5 140.40 Pa，爐膛壓力高保護(hù)動作，鍋爐滅火。
    事故分析判斷，最初爐膛壓力升高是由爐內(nèi)掉焦引起的，但焦塊不是整塊短時間落下，而是陸續(xù)落下。如果焦塊很大，則焦塊在下落過程中，不但會撲滅大片的火焰，而且在焦塊的后方會產(chǎn)生一個巨大的渦流區(qū)，使得爐膛負(fù)壓會突然變大，另一方面，大焦塊的下落時間不可能持續(xù)8s。之后發(fā)生的爐膛壓力快速下降是由于爐內(nèi)燃燒惡化所致。19:48:00—19:48:05期間的爐膛壓力已達(dá)到MFT動作條件中的“爐膛壓力低二值持續(xù)2s”，即達(dá)到鍋爐滅火保護(hù)條件。19:48:05的壓力回升是引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的結(jié)果。
    從負(fù)壓曲線可以看出，負(fù)壓并不是突然冒正，而是沿近拋物線狀的走勢由負(fù)壓變?yōu)檎龎旱�，并持續(xù)一段時間。由圖l可以看出，爐膛壓力變化初期，送、引風(fēng)機(jī)及鍋爐指令并未發(fā)生變化，且鍋爐未發(fā)生爆管。由此推斷造成壓力變化的起因在爐膛內(nèi)的工況發(fā)生變化所致。由于鍋爐在滅火前一段時間曾經(jīng)摻燒部分高硫煤，鍋爐結(jié)焦增加，而爐膛壓力在近10s內(nèi)升高的現(xiàn)象同文獻(xiàn)中提及的焦塊掉入渣斗后引起水蒸氣蒸發(fā)的現(xiàn)象相似。因此，針對掉焦引起的渣斗水的蒸發(fā)量進(jìn)行了定量的計算分析。
3、掉焦引起的水蒸氣量計算
3.1計算依據(jù)
  整個過程由2個過程組成：
   (1)掉入渣斗內(nèi)的焦塊在短時間內(nèi)和水封水換熱，產(chǎn)生水蒸氣；
   (2)水蒸氣上升至爐膛，和煙氣換熱。
   已知量和變量參數(shù)見表l。
   由表l可知，焦塊換熱時間設(shè)為10 s，因初步認(rèn)為水蒸氣升騰至爐內(nèi)導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒惡化是在19:47:52一19:48:02時段內(nèi)；而焦塊和渣斗水有效體積比是指焦塊并不是和水封內(nèi)所有的水產(chǎn)生作用，只對其周圍局部的水才有加熱并蒸發(fā)的作用，這里假設(shè)為l—7。
3.2計算方法
3.2.1爐內(nèi)新增水蒸氣量
3.3計算結(jié)果與分析
    焦塊首先將有效作用的水加熱至100℃，再將這部分水進(jìn)一步吸收氣化潛熱后相變成水蒸氣，水蒸氣再上升至爐膛。計算結(jié)果考查了爐膛煙氣中的水蒸氣增加率、爐內(nèi)新增水蒸氣濃度的體積和爐膛中心溫度的變化值。
    圖2是爐內(nèi)新增水蒸氣質(zhì)量蒸發(fā)率。從圖中可以看出，當(dāng)在同樣的焦塊、有效渣斗水體積比下，爐內(nèi)的水蒸氣含量隨水封渣斗水溫的升高而增多。當(dāng)焦塊、有效渣斗水體積比為7時，水封渣斗水溫為80℃，爐膛內(nèi)新增水蒸氣速率為32.797 kg/s；水封渣斗水溫為40℃時，該值則為15.164 kg/s。
    300 MW機(jī)組負(fù)荷下，爐內(nèi)風(fēng)量系數(shù)取0.8m3/MW.s，爐內(nèi)總風(fēng)量為240m3/s，則可求出爐膛內(nèi)新增水蒸氣濃度的體積比（見圖3）走勢和上述一致。當(dāng)焦塊，有效渣斗水體積比為7時，水封渣斗水溫為80℃，爐膛內(nèi)新增水蒸氣濃度體積百分比為18,815%；水封渣斗水溫為40℃時，該值則為9.678%。
    水蒸氣含量的大量增多對爐內(nèi)燃燒十分不利，大量的水蒸氣升騰至爐內(nèi)和煙氣劇烈交換熱量更進(jìn)一步削弱爐內(nèi)燃燒，并且大量的水蒸氣還會沖擊爐內(nèi)火焰，使光信號被遮擋或者被削弱，致使火檢信號進(jìn)一步微弱。
    上升至爐膛的水蒸氣和爐內(nèi)高溫?zé)煔鈸Q熱使得爐內(nèi)煙氣溫度迅速降低，這是造成鍋爐滅火的重要原因。圖4是爐內(nèi)煙氣溫度降低量。計算爐內(nèi)煙氣、灰渣和升騰至爐內(nèi)的水蒸氣的每秒換熱量，忽略不完全燃燒的影響，假設(shè)每千克燃料完全燃燒并且過量空氣系數(shù)和煙氣量（成分）的計算按國標(biāo)。從圖4可以看出，在不同的焦塊、有效渣斗水體積比下，水封渣斗水溫溫度越高，爐內(nèi)煙氣溫度降低得越多。當(dāng)焦塊、有效渣斗水體積比為7，水封渣斗水溫為80℃時，爐內(nèi)煙氣溫度降低為220.545℃/s;水封渣斗水溫為40℃時，該值則為124.412℃/s。
4、結(jié)束語
    焦塊掉入水封造成渣斗水蒸發(fā)進(jìn)入爐膛，使得爐內(nèi)煙氣溫度迅速降低，是造成鍋爐在掉焦時滅火的一個重要原因。在合理假設(shè)的基礎(chǔ)上，計算了在不同水封渣斗水溫下的爐內(nèi)水蒸氣增量、爐內(nèi)新增水蒸氣濃度體積百分比和爐內(nèi)煙氣溫度值。在鍋爐運(yùn)行時，降低水封水溫度可以有效地降低由于焦塊掉入渣斗內(nèi)引起的渣斗水蒸發(fā)而導(dǎo)致燃燒惡化的概率。
    隨著煤質(zhì)中灰分含量的增加，渣斗內(nèi)的渣水比會有所增加，焦塊掉入渣斗時的焦塊、水有效體積比會相應(yīng)降低。通過前面的計算分析可以看出，焦塊、水有效體積比的減少會使水蒸氣的蒸發(fā)量增加，使掉焦對爐膛燃燒的影響增加。所以，燃用高灰分煤種時應(yīng)適當(dāng)降低水封水溫度。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。