电厂燃煤锅炉灭火原因分析及对策
摘要： 从锅炉燃料着火和燃烧的条件出发，详细分析了电站锅炉灭火的原因，概括了电站锅炉灭火时的处理要点，并针对煤质变差和低负荷运行两种情况，阐明了预防电站锅炉灭火的对策。
关键词：锅炉；灭火；分析；对策
中图分类号：TM62文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）19-0073-02
0 引言
锅炉灭火是火电厂频发事故之一。据某发电集团公司统计，该公司下属电厂全年共发生非停89次，其中 27次是锅炉灭火引起的，占非停总数的30.3%。
锅炉灭火不仅使电厂发电量减少、重新点火耗油量增多，发电成本提高；若灭火时处理不当，还会引发更为严重的事故。炉膛“爆燃”就是在灭火后未能及时切断入炉燃料而导致的严重事故。因此，锅炉灭火是影响电厂安全经济运行的重要因素。
从稳定燃烧的基本原理出发，全面分析锅炉灭火的原因、总结相应的对策，对于减少灭火事故的发生是非常必要的。
1 燃料着火及持续燃烧的条件
煤粉气流入炉后，因受到烟气和火焰的加热，温度逐渐升高而着火，这一过程又称“热力着火”过程。但着火之后的燃烧过程是否能持续而稳定地进行，则取决于炉内的热力条件。燃料在炉内燃烧时会释放热量，但同时也向周围介质及水冷壁散热。当放热量大于散热量时，系统温度会不断升高，最终在高温下达到平衡，使系统处于一个持续稳定的燃烧状态。此时，如果受到某些因素的影响，使系统散热条件加强（或放热条件减弱），将导致散热量大于放热量，则系统温度将逐渐降低至熄火温度，锅炉濒临灭火。
由此可见，导致锅炉灭火的根本原因是炉内热力条件的变化，破坏了正常燃烧时系统放热量与散热量之间的平衡。运行中，引发灭火的具体原因很多，但可将其归纳为燃烧不稳、扰动因素、火检装置误判等几个方面。
2 锅炉灭火的原因分析
2.1 燃烧不稳引发的锅炉灭火 燃烧不稳的实质是炉内可燃物小能量的爆燃，着火过程时断时续，燃烧中断时，火色暗、炉膛压力低；重新着火时，火色亮、炉膛压力高。因此燃烧不稳常常伴随着火焰忽明忽暗、炉膛负压不正常波动等现象。
燃烧不稳是导致锅炉灭火最主要的原因。通常，这种燃烧不稳的现象首先从个别燃烧器开始，使炉膛负压随之不规则波动，而负压的波动又导致燃烧不稳的范围扩展到其他燃烧器，炉膛压力波动加剧，于是，在短时间内形成了破坏炉内燃烧工况的恶性循环，直至锅炉灭火。由燃烧不稳导致的灭火现象，其外在特征是:灭火前炉膛负压曲线必然出现“先负后正”的不规则变化，且幅度在瞬间由小到大。运行中影响燃烧稳定性的因素既有煤质方面的、也有设备和运行方面的。
2.1.1 煤质因素 近年来，我国出现了全国性的电煤紧缺局面,火电厂燃料供应十分紧张，原设计煤种已无法满足电力生产的需要。许多电厂不得不燃用非设计煤种，甚至是使用多个供煤点的混煤。而这些煤通常挥发份含量较低、灰分较大、发热量偏低，且每次进厂的煤成分不同、波动较大。
根据燃烧理论可知，挥发分含量越小，则达到着火状态所需的活化能越大、着火点越高，而且着火后，火焰的传播速度慢，因此，不容易维持燃烧的稳定。另外，由于入炉煤的特性与设计煤种偏差较大，燃烧设备的性能与燃料特性极不匹配，给运行调整也带来了很大困难，使得燃烧不稳引发的灭火时有发生。
2.1.2 设备因素 锅炉通风设备、制粉设备、燃烧设备或其它主要辅机的性能和工作状态将直接影响燃烧工况的稳定性。
对于采用平衡通风的电厂锅炉而言，炉膛压力的稳定是靠送、引风机的协调配合来维持的，当运行中这些设备发生故障时，炉内平衡被破坏，导致负压不正常波动，燃烧工况恶化，由此引发的灭火故屡见不鲜。
制粉设备性能欠佳或故障时，可能导致煤粉变粗、均匀度变差，燃烧时火焰传播速度明显降低，燃烧稳定性随之变差。
燃烧器安装、检修时，未对燃烧器切圆、上下倾角、标高进行精确定位，或运行中燃烧器结焦严重，都会造成炉内空气动力场紊乱，致使燃烧不稳。
此外，一些重要的辅机，如送、引风机、一次风机等设备跳闸，都将引发锅炉MFT动作，锅炉灭火。
2.1.3 运行因素 运行中炉内燃烧工况是否稳定一方面取决于机组负荷水平，另一方面，也与运行人员的调整操作密切相关。
当锅炉高负荷运行时，炉内燃料量较多，燃烧放热量比较大，而散热量无明显增加，因此，炉温高，更容易维持燃烧的稳定。相反，随着负荷下降，炉内燃煤量减少，燃烧放热量逐渐降低，火焰温度下降，导致燃烧反应速度进一步降低，使炉内处于低温状态。例如，锅炉由满负荷降至50%负荷，炉温相应下降200℃左右。此外，低负荷运行时，炉内风量相对富裕，煤粉浓度较低。因此，低负荷运行时如未及时采取有效稳燃措施，将导致锅炉灭火。
另外，运行人员燃烧调整的操作水平也是影响燃烧工况的重要因素。例如，①燃烧器负荷分配不合理，使得炉内热量过于分散；②配风不合理，一次风率过高，一次风煤粉浓度变淡，稳定性降低；一次风速过高（高于火焰传播速度时），导致燃烧器根部脱火；③炉膛负压控制不好，漏风量过大，或氧量控制不当，炉内风量过大等，都会引起炉温降低，燃烧不稳。
2.2 扰动引起的锅炉灭火 锅炉运行中，一些突发的扰动有可能破坏炉内正常的燃烧工况，导致灭火。
扰动因素有两类，一类是炉外扰动，主要表现为个别燃烧器瞬间断粉或瞬间粉量突增；另一类是炉内扰动，主要表现为炉内掉焦或塌灰、受热面爆管，蒸汽大量泄漏入炉内、蒸汽吹灰操作不当或设备异常等。下面以掉焦灭火为例进行分析。
炉膛上方的焦块在下落过程中，由于速度很快，焦块周围形成一负压涡流区，使炉膛负压在几秒内达到一个很高的水平。有可能导致锅炉负压保护动作而灭火。即便此时负压未达到保护动作水平，当炙热的焦块携带炉膛上方的气流下落至燃烧器周围时，有可能造成这里聚集的CO等可燃气体发生爆燃，爆燃产生的气体急速上升，可能将火焰托灭。
与燃烧不稳导致的灭火相比，该类灭火事故具有较明显的突发性，即发生前无任何征兆，灭火前一段时间炉膛负压通常比较正常。
2.3 火检装置误判导致的假灭火 火检装置对于运行人员监视炉内燃烧工况、防止发生灭火和爆燃发挥着重要作用。但实际工作中，因火检将“有火”误判为“无火”，从而导致灭火保护动作而发生灭火事故的案例也时有发生。
锅炉每个燃烧器喷口都装有火检，每个火检探头都有固定的检测范围，当煤粉气流的火焰锋面（即着火距离）未超出其对应火检的检测范围时，各个火检就会给出有火判断；但当煤粉气流的火焰锋面超出对应火检的检测范围时（如着火推迟），火检就会给出无火判断，如果多个火检均发出了这种错误的判断，使灭火保护动作，造成锅炉灭火事故发生。
这类灭火事故即便在锅炉高负荷运行期间，也有可能发生，此时，炉温较高，炉膛负压稳定，灭火前无任何燃烧不稳的异常征兆。炉内并未发生真实灭火的情况，其灭火根源是火检的误判，因此称“假灭火”现象。
2.4 综合因素 实际工作中发生的灭火事故通常不单单是哪一方面的原因造成的，而是多种因素共同作用的结果。
例如，锅炉燃烧不稳时，并不一定会发生灭火，但抗干扰能力一定下降，因此燃烧不稳+干扰因素共同导致的灭火事故是很常见的。又如，当锅炉低负荷运行或者煤质很差时，锅炉稳燃能力不足，若再加上运行人员的错误调整，往往会引发灭火事故。
这种事故的特点是，单方面消除哪一方面的原因，都不能彻底改善炉内燃烧工况，只有找到导致灭火的所有原因，加以消除，才能彻底解决。
3 锅炉灭火时的处理原则
锅炉灭火时，火光变暗或炉内完全变暗，火焰电视屏无图像，MFT动作，显示“全火焰消失”，并按程序进行一系列自动处置。灭火时处置的要点是：立即切断燃料供给，即停止制粉系统，关闭所有油喷嘴；关闭一二级减温水和再热器减温水，以维持汽温；减小引、送风量至吹扫风量，控制炉膛负压，吹扫5min，以抽出炉内残存可燃物；查明灭火原因并消除后，才允许重新点火，恢复运行。在保护拒动的情况下，运行人员应按照灭火保护程序的顺序进行人工干预。锅炉灭火后只能迅速切断燃料，严禁用“爆燃法”恢复燃烧。
4 预防锅炉灭火的对策
综上所述，电厂锅炉灭火的主要原因是燃烧不稳。而煤质差、低负荷运行又是导致燃烧不稳的最常见因素，下面就从这两个方面，从运行调整的原则出发分析预防灭火的对策。
4.1 煤质变差时燃烧调整的原则 所谓的煤质差是指挥发份低、灰分、水分含量高、发热量低的煤。这一类煤通常着火困难、燃烧稳定性差。燃烧调节时，应注意以下几个原则：①将煤粉磨得细一些，以强化着火和燃尽；②采用较小的一次风率和风速，以提高煤粉浓度、减小着火热；③合理配风，适当提高二次风风速，增强气流的穿透能力，将切园直径适当增大，以加强扰动；减小燃料风比例，以利于煤粉气流的快速加热。若采用旋流燃烧器，应改变射流旋转强度和内外二次风比例，避免二次风过早混入一次风而使着火推迟。
4.2 低负荷运行时的燃烧调整原则 锅炉低负荷运行时，只投入部分燃烧器，为了提高着火区的温度水平，应尽量集中火嘴运行，最好投入下层相邻的几层喷嘴，以保证各层煤粉相互支援、热量集中、延长炉内停留时间；适当增大炉内过量空气系数，严防炉内缺氧；为防止冷风漏入炉内降低炉温，可将炉膛负压调得低一些。此外，应加强制粉系统的调整，保证煤粉细度、控制一次风量不过高、调节磨煤机出口温度不可过低、对于停运的磨煤机，应严密关闭出口速关挡板及冷、热风速关门，避免风漏入炉内对燃烧产生扰动或降低燃烧中心温度。当锅炉负荷低至一定程度，应及时投油助燃。
5 结论
锅炉灭火是影响电厂安全性和经济性的多发事故。燃烧理论认为，炉内燃烧过程是否能够持续，取决于燃料放热量与散热量之间的平衡是否被破坏。而燃烧不稳或突发扰动都会使炉内热力条件发生变化，打破放热与散热之间的平衡、导致灭火。其中又以低负荷运行和煤质变差导致的燃烧不稳而灭火最为多见。因此，当锅炉燃用劣质煤或者低负荷运行时，应从燃烧器运行方式、配风方式、制粉系统运行等几个方面及时调整，以有效减少锅炉灭火事故的发生。
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