馬景斌，高 明，宋大勇

(1．齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002;東北電力第三工程公司，遼寧 錦州 121001;3．遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

1 設(shè)備及煤質(zhì)

清河發(fā)電有限責(zé)任公司9號機組為國內(nèi)首臺燃用褐煤的超臨界機組，鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造，型號為HG－1900/25.4－HM2，為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐。該鍋爐采用П型布置、單爐膛、尾部雙煙道、全鋼架、懸吊結(jié)構(gòu)、燃燒器前后墻布置、對沖燃燒。制粉系統(tǒng)采用中速磨正壓直吹系統(tǒng)，每臺爐配7臺磨煤機，布置于前墻或后墻同一層的LNASB燃燒器，前墻4層，后墻3層，每層布置5只。在煤粉燃燒器的上方前、后墻各布置1層燃盡風(fēng)噴口，每層各5個。燃燒器從內(nèi)至外依次為中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、四次風(fēng)、三次風(fēng)。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)及設(shè)計煤質(zhì)特性如表1、表2所示。

2 結(jié)焦過程

清河發(fā)電有限責(zé)任公司9號機組于2010年3月投產(chǎn)，在試運行期間曾多次出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。2010年1月19日，機組在300～360 MW負(fù)荷運行，在減負(fù)荷至停爐過程中，爐底排出大量焦塊，其中有灰色質(zhì)地的疏松焦塊，但黑色光亮且質(zhì)地堅硬的焦塊占大多數(shù)，造成撈渣機和碎渣機無法正常工作;2010年2月11日，機組在500～580 MW負(fù)荷運行，爐底再次排出大量焦塊，絕大多數(shù)仍為在熔融狀態(tài)下形成的黑色且質(zhì)地堅硬的焦塊，同樣造成撈渣機和碎渣機無法正常工作。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 設(shè)計煤質(zhì)特性

3 鍋爐結(jié)焦原因分析

爐內(nèi)結(jié)焦既是復(fù)雜的物理化學(xué)過程，也是爐內(nèi)含灰氣流的流動和傳熱傳質(zhì)過程。影響鍋爐結(jié)焦的因素較多，除了鍋爐設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)和煤質(zhì)外，運行調(diào)整不當(dāng)也會造成鍋爐結(jié)焦［1］。當(dāng)機組為300～360 MW負(fù)荷、燃煤量為200～250 t/h時，按照鍋爐設(shè)計尺寸和實際輸入熱量計算，容積熱負(fù)荷、截面熱負(fù)荷等特征參數(shù)實際值均為額定負(fù)荷設(shè)計數(shù)據(jù)的50%左右［2］，在這種低負(fù)荷狀態(tài)下出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，說明結(jié)焦部位應(yīng)該在火焰溫度相對偏高的燃燒器區(qū)域，通過對爐內(nèi)檢查結(jié)果與其吻合。因此，造成燃燒區(qū)域結(jié)焦的主要原因有以下幾方面。

3.1 煤質(zhì)特性

弱還原性氣氛下的軟化溫度 (ST)是作為煤種結(jié)渣性判別的主要指標(biāo)之一，即ST＞1 390℃為輕微結(jié)渣煤;ST在1 260～1 390℃為中等結(jié)渣煤;ST＜1 260℃為嚴(yán)重結(jié)渣煤。9號鍋爐燃用的設(shè)計煤質(zhì)ST=1 290℃，屬于中等結(jié)渣煤，校核煤質(zhì)ST=1 250℃，屬于嚴(yán)重結(jié)渣煤［3］?？梢?，9號鍋爐燃用的煤種結(jié)渣性較強。

3.2 煤粉細度偏細

通過對多臺磨煤機原始狀態(tài)下的煤粉細度測量得知，在分離器擋板開度為50%時，煤粉細度R90平均值為22%，遠低于設(shè)計值35%，煤粉細度偏細導(dǎo)致煤粉著火提前，燃燒器噴口附近火焰溫度升高，由于褐煤著火溫度較低、揮發(fā)分較高，過細的煤粉噴入爐膛后容易造成噴口附近水冷壁結(jié)焦［4］。

3.3 一次風(fēng)速偏低

鍋爐設(shè)計燃燒器噴口一次風(fēng)速為27 m/s，折算到一次風(fēng)管風(fēng)速為29 m/s，機組在實際運行過程中，受磨煤機入口風(fēng)量測量不準(zhǔn)及運行中熱一次風(fēng)溫、磨煤機出口風(fēng)溫控制等問題，磨煤機出口管道一次風(fēng)速通?？刂圃?5 m/s左右，相應(yīng)一次風(fēng)噴口風(fēng)速比設(shè)計值低4 m/s左右，因此增加了燃燒器區(qū)域的煙氣回流量，造成著火提前。

3.4 燃燒器旋流強度偏大

9號鍋爐燃燒器為英國Babcock公司設(shè)計的低NOx型燃燒器，為得到較好的著火穩(wěn)定性，建議內(nèi)二次風(fēng)旋流強度處于最大位置，內(nèi)二次風(fēng)量在25%左右。旋流強度大小不但對NOx的產(chǎn)生有一定影響，而且影響火焰的著火點及燃燒器區(qū)域的熱負(fù)荷，旋流強度越大，煙氣回流區(qū)越靠近燃燒器，著火越提前，燃燒器區(qū)域的水冷壁熱負(fù)荷越高。可見，旋流強度處于最大位置雖然對煤粉燃盡和低負(fù)荷穩(wěn)燃有利，但是對防止鍋爐燃燒器區(qū)域水冷壁結(jié)焦是不利的［5］。

3.5 一次風(fēng)速偏差大

根據(jù)磨煤機試驗規(guī)程［6］，各噴口一次風(fēng)速偏差不能大于5%。通過試驗數(shù)據(jù)分析，各層一次風(fēng)速偏差較大，A磨最大偏差達到6%左右，B磨最大偏差達到11%左右，F(xiàn)磨最大偏差達到15%左右，G磨最大偏差達到24%左右，當(dāng)磨煤機通風(fēng)量一定時，風(fēng)速偏差必然造成有的噴口一次風(fēng)速過低或過高，風(fēng)速偏低不僅造成攜帶的煤粉偏細，而且造成一、二次風(fēng)動量比降低，煙氣回流區(qū)增大，兩者共同使用下致使風(fēng)速偏低的噴口著火提前。可見，一次風(fēng)速偏差過大也容易造成風(fēng)速偏低的噴口結(jié)焦［7］。

4 改善鍋爐結(jié)焦的運行措施

4.1 提高煤粉細度

通過不同分離器開度下煤粉細度測試結(jié)果，擋板開度對煤粉細度影響較大。在500 MW負(fù)荷下，當(dāng)擋板開度在50%左右時，7臺磨煤機未調(diào)整前煤粉細度R90平均值在22%左右;當(dāng)分離器擋板開到40%時，煤粉細度R90變化到28%左右;當(dāng)分離器擋板開度變化到35%時，煤粉細度R90為32.4%，不同分離器擋板開度下煤粉細度變化情況如表3所示。通過將擋板開度調(diào)整至35%，煤粉細度明顯提高，將煤粉著火點推向爐膛中心，降低了燃燒器噴口附近的火焰溫度。

表3 不同分離器擋板開度下煤粉細度變化情況

4.2 提高一次風(fēng)速

以F磨煤機為代表進行了一次風(fēng)速變化對噴口溫度的影響試驗，在給煤量為69 t/h的情況下，通風(fēng)量為139.7 t/h時，一次風(fēng)管風(fēng)速為31.18 m/s，噴口溫度為818.4℃;當(dāng)通風(fēng)量降至123.6 t/h時，一次風(fēng)管風(fēng)速為27.54 m/s，噴口溫度升至1 000℃以上，超出儀表測量范圍，一次風(fēng)速變化對噴口溫度的影響如表4所示。一次風(fēng)噴口風(fēng)速降低后，煤粉著火提前，容易造成燃燒器噴口附近結(jié)焦，嚴(yán)重時噴口燒損。機組在60%負(fù)荷以上運行時，將一次風(fēng)速從24～27 m/s升至27～32 m/s是避免燃燒器區(qū)域結(jié)焦的有效手段之一。

4.3 降低燃燒器旋流強度

二次風(fēng)旋流強度調(diào)整范圍為0～240 mm，最小值對應(yīng)旋流強度最大，最大值對應(yīng)旋流強度最小，二次風(fēng)量調(diào)整范圍為0～160 mm，最小值對應(yīng)二次風(fēng)量最小，最大值對應(yīng)二次風(fēng)量最大。在試燒過程中主要考慮燃燒器的NOx生成量和穩(wěn)燃特性，英國Babcock公司推薦二次風(fēng)旋流強度為最大，二次風(fēng)量拉桿位置在50 mm處。通過試驗分析，燃用褐煤前后墻對沖旋流燃燒器的設(shè)計不但要考慮NOx生成量和穩(wěn)燃特性，還要考慮褐煤易燃特性對燃燒區(qū)域結(jié)焦和燃燒器燒損等問題。根據(jù)鍋爐燃燒器區(qū)域的結(jié)焦問題。將二次風(fēng)量定在100 mm位置，旋流強度拉桿從最強拉到140 mm位置。調(diào)整后的實際位置見表5。

表4 一次風(fēng)速變化對噴口溫度的影響

表5 燃燒器調(diào)整后的實際位置

4.4 冷熱態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平試驗

受現(xiàn)場布置條件的影響，各磨煤機出口一次風(fēng)管長度和彎頭數(shù)量不同，5根一次風(fēng)管阻力各不相同，所以會出現(xiàn)同一臺磨煤機各噴口風(fēng)速不相同的情況。當(dāng)風(fēng)速偏差較大時，即使磨煤機通風(fēng)量充足，也會出現(xiàn)個別噴口風(fēng)速偏低，造成結(jié)焦。對所有磨煤機進行了冷態(tài)和熱態(tài)一次風(fēng)速調(diào)平試驗，使同臺磨煤機5根一次風(fēng)管風(fēng)速偏差在±5%范圍內(nèi)［8］。一次風(fēng)速偏差情況如表6所示。

表6 一次風(fēng)速偏差情況

5 結(jié)論

a． 設(shè)計煤質(zhì)的易結(jié)焦特性、煤粉細度偏細、一次風(fēng)速偏低、旋流強度偏大和一次風(fēng)速偏差較大等因素是造成鍋爐結(jié)焦的主要原因。

b． 通過采取將煤粉細度R90從22%調(diào)整到32.4%、將一次風(fēng)速從24～27 m/s升至27～32 m/s、降低燃燒器旋流強度及將各臺磨煤機風(fēng)速偏差控制在±5%范圍內(nèi)等措施，9號機組順利通過168 h試運行，且投產(chǎn)2年來未出現(xiàn)過結(jié)焦現(xiàn)象。

c． 遼寧清河發(fā)電有限責(zé)任公司9號鍋爐的結(jié)焦原因分析和對策為東北及蒙東地區(qū)陸續(xù)投產(chǎn)的超臨界褐煤機組提供了借鑒。

［1］ 付 華．電站鍋爐結(jié)焦特性分析及防止結(jié)焦的措施［J］．電站系統(tǒng)工程，2001，17(1):33－35．

［2］ JB/T 10440—2004，大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范 ［S］．

［3］ 樊泉桂．鍋爐原理［M］．北京:中國電力出版社，2004．

［4］ 馮俊凱，沈幼庭．鍋爐原理及計算［M］．北京:科學(xué)出版社，1992．

［5］ JB/T 10440—2004，大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計規(guī)范 ［S］．

［6］ DL 467—92，磨煤機試驗規(guī)程 ［S］．

［7］ 吳景興，吳惠文，馬金鳳，等．410 t/h鍋爐結(jié)渣原因及燃燒調(diào)整試驗分析［J］．東北電力技術(shù)，2003，24(8):30－33．

［8］ 狄萬豐，韓繼偉，楊忠燦，等．超臨界600 MW機組褐煤鍋爐的運行特性研究［J］．熱力發(fā)電，2011，40(4):62－65．