1、设备概况
某发电厂2号机组为300MW机组，采用1 045t/h亚临界、四角切圆燃烧、一次再热、烟气挡板调温、自然循环汽包锅炉。该炉采用全钢构架悬吊结构，半露无岛式布置；配有钢球磨煤机中储式制粉系统，热风送粉，三分仓容克式空气预热器，刮板捞渣机；燃用晋东南贫煤，设计煤种的软化温度ST大于1 490℃。
2、运行情况
2009年以来，2号机组锅炉在不同负荷下经常发生掉焦灭火事故。2010-01-18.2号机组锅炉在负荷300 MW时再次发生掉焦灭火事故，灭火前锅炉燃烧稳定、风烟和制粉系统运行正常。图1是DCS采集的3min内锅炉灭火过程的几组主要数据曲线。
19:47:52，炉膛负压反升至264,42 Pa，并持续近8s，之后负压在5s内由271.46 Pa下降至-2 289.62 Pa。19:48:05，负压快速速回升，19:48:12达到397.92 Pa。期间由于火检信号异常且压力开关拒动，MFT未发出。19:48:30，运行人员投入油枪稳燃，造成炉膛正压剧烈提升至5 140.40 Pa，炉膛压力高保护动作，锅炉灭火。
事故分析判断，最初炉膛压力升高是由炉内掉焦引起的，但焦块不是整块短时间落下，而是陆续落下。如果焦块很大，则焦块在下落过程中，不但会扑灭大片的火焰，而且在焦块的后方会产生一个巨大的涡流区，使得炉膛负压会突然变大，另一方面，大焦块的下落时间不可能持续8s。之后发生的炉膛压力快速下降是由于炉内燃烧恶化所致。19:48:00—19:48:05期间的炉膛压力已达到MFT动作条件中的“炉膛压力低二值持续2s”，即达到锅炉灭火保护条件。19:48:05的压力回升是引风机调节的结果。
从负压曲线可以看出，负压并不是突然冒正，而是沿近抛物线状的走势由负压变为正压的，并持续一段时间。由图l可以看出，炉膛压力变化初期，送、引风机及锅炉指令并未发生变化，且锅炉未发生爆管。由此推断造成压力变化的起因在炉膛内的工况发生变化所致。由于锅炉在灭火前一段时间曾经掺烧部分高硫煤，锅炉结焦增加，而炉膛压力在近10s内升高的现象同文献中提及的焦块掉入渣斗后引起水蒸气蒸发的现象相似。因此，针对掉焦引起的渣斗水的蒸发量进行了定量的计算分析。
3、掉焦引起的水蒸气量计算
3.1计算依据
整个过程由2个过程组成：
(1)掉入渣斗内的焦块在短时间内和水封水换热，产生水蒸气；
(2)水蒸气上升至炉膛，和烟气换热。
已知量和变量参数见表l。
由表l可知，焦块换热时间设为10 s，因初步认为水蒸气升腾至炉内导致炉内燃烧恶化是在19:47:52一19:48:02时段内；而焦块和渣斗水有效体积比是指焦块并不是和水封内所有的水产生作用，只对其周围局部的水才有加热并蒸发的作用，这里假设为l—7。
3.2计算方法
3.2.1炉内新增水蒸气量
3.3计算结果与分析
焦块首先将有效作用的水加热至100℃，再将这部分水进一步吸收气化潜热后相变成水蒸气，水蒸气再上升至炉膛。计算结果考查了炉膛烟气中的水蒸气增加率、炉内新增水蒸气浓度的体积和炉膛中心温度的变化值。
图2是炉内新增水蒸气质量蒸发率。从图中可以看出，当在同样的焦块、有效渣斗水体积比下，炉内的水蒸气含量随水封渣斗水温的升高而增多。当焦块、有效渣斗水体积比为7时，水封渣斗水温为80℃，炉膛内新增水蒸气速率为32.797 kg/s；水封渣斗水温为40℃时，该值则为15.164 kg/s。
300 MW机组负荷下，炉内风量系数取0.8m3/MW.s，炉内总风量为240m3/s，则可求出炉膛内新增水蒸气浓度的体积比（见图3）走势和上述一致。当焦块，有效渣斗水体积比为7时，水封渣斗水温为80℃，炉膛内新增水蒸气浓度体积百分比为18,815%；水封渣斗水温为40℃时，该值则为9.678%。
水蒸气含量的大量增多对炉内燃烧十分不利，大量的水蒸气升腾至炉内和烟气剧烈交换热量更进一步削弱炉内燃烧，并且大量的水蒸气还会冲击炉内火焰，使光信号被遮挡或者被削弱，致使火检信号进一步微弱。
上升至炉膛的水蒸气和炉内高温烟气换热使得炉内烟气温度迅速降低，这是造成锅炉灭火的重要原因。图4是炉内烟气温度降低量。计算炉内烟气、灰渣和升腾至炉内的水蒸气的每秒换热量，忽略不完全燃烧的影响，假设每千克燃料完全燃烧并且过量空气系数和烟气量（成分）的计算按国标。从图4可以看出，在不同的焦块、有效渣斗水体积比下，水封渣斗水温温度越高，炉内烟气温度降低得越多。当焦块、有效渣斗水体积比为7，水封渣斗水温为80℃时，炉内烟气温度降低为220.545℃/s;水封渣斗水温为40℃时，该值则为124.412℃/s。
4、结束语
焦块掉入水封造成渣斗水蒸发进入炉膛，使得炉内烟气温度迅速降低，是造成锅炉在掉焦时灭火的一个重要原因。在合理假设的基础上，计算了在不同水封渣斗水温下的炉内水蒸气增量、炉内新增水蒸气浓度体积百分比和炉内烟气温度值。在锅炉运行时，降低水封水温度可以有效地降低由于焦块掉入渣斗内引起的渣斗水蒸发而导致燃烧恶化的概率。
随着煤质中灰分含量的增加，渣斗内的渣水比会有所增加，焦块掉入渣斗时的焦块、水有效体积比会相应降低。通过前面的计算分析可以看出，焦块、水有效体积比的减少会使水蒸气的蒸发量增加，使掉焦对炉膛燃烧的影响增加。所以，燃用高灰分煤种时应适当降低水封水温度。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
