李鵬

(新疆華電紅雁池發(fā)電廠，新疆 烏魯木齊 830047)

0 引言

新疆華電紅雁池發(fā)電廠(以下簡稱紅雁池電廠)#1，#2鍋爐為武漢鍋爐廠制造的WGZ 670/13.7－10型超高壓鍋爐，基本形式為:自然循環(huán)、一次中間再熱、倒U形布置、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)、直流燃燒器四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架和緊身封閉。每臺鍋爐配4臺ZGM－95型中速正壓直吹式磨煤機，每臺磨煤機帶6個噴燃器采用一層半布置。

#3，#4鍋爐為 DG 670/13.7－10型超高壓鍋爐，基本形式為:一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐、П形布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用管式空氣預(yù)熱器和鋼構(gòu)架(雙排柱)。

自運行以來，在相同煤質(zhì)、相同負荷的情況下，出現(xiàn)了#1，#2鍋爐比#3，#4鍋爐結(jié)焦嚴重的情況。特別是最近幾年，原煤供應(yīng)緊張，煤質(zhì)較差，機組負荷較高，#1，#2鍋爐結(jié)焦嚴重、渣量大的弊端尤為突出，除渣系統(tǒng)經(jīng)常超負荷運行，撈渣機、碎渣機和渣溝經(jīng)常出現(xiàn)故障，不但增加了工作人員的工作強度，還嚴重影響機組的正常運行。在結(jié)焦嚴重時，需減負荷運行，甚至停爐除焦。因此，筆者從#1，#2鍋爐與#3，#4鍋爐結(jié)構(gòu)上的差異入手，分析其結(jié)焦性能的差異，以此提出技術(shù)改造意見，力圖減輕#1，#2鍋爐的結(jié)焦狀況。

1 鍋爐結(jié)焦性能分析

1.1 結(jié)焦性能分析

紅雁池電廠#1，#2鍋爐于2000年建成投產(chǎn)，#3，#4鍋爐于2004年投產(chǎn)，因初期原煤煤源充裕，燃煤發(fā)熱量高，基本上都與設(shè)計煤種相符，雖然#1，#2鍋爐出渣量相對較大，但對鍋爐的除渣系統(tǒng)和安全生產(chǎn)沒有造成影響。隨著經(jīng)濟發(fā)展，原煤供應(yīng)緊張，煤質(zhì)每況愈下，鍋爐結(jié)焦量也日益增大，#1，#2鍋爐多次出現(xiàn)撈渣機、碎渣機故障現(xiàn)象，還多次發(fā)生結(jié)焦嚴重被迫減負荷的事故。

紅雁池電廠除渣系統(tǒng)采用刮板撈渣機、碎渣機和脫水倉的連續(xù)出渣汽車拉運的方式，#1～#4鍋爐的結(jié)焦及其平均出渣量情況見表1。

表1 #1～#4鍋爐每天平均出渣量

從表1可以看出，#1，#2鍋爐的焦渣量比#3，#4鍋爐要多出將近1/3，#1，#2鍋爐撈渣機設(shè)計出力是5 t/h，在機組負荷高時，所產(chǎn)生的焦渣量已遠遠高于撈渣機的設(shè)計出力，盡管對撈渣機進行了換型改造，但撈渣機還是經(jīng)常出現(xiàn)故障現(xiàn)象。

1.2 燃料的性質(zhì)分析

設(shè)計燃煤與實際燃煤的差異較大，表2為紅雁池電廠鍋爐設(shè)計燃用煤及2008年4臺鍋爐送檢煤樣的分析指標。

(1)灰中Na2O對鍋爐積灰結(jié)焦的影響。由表2的數(shù)據(jù)可知，五彩彎礦煤樣灰中Na2O實測值為10.65%，而#1，#2鍋爐設(shè)計值為0.98%，#3，#4鍋爐設(shè)計值為0.96%。通過查閱有關(guān)堿性氧化物資料可知，Na2O對鍋爐玷污影響最為顯著。依據(jù)GB/T 18666—2002《商品煤質(zhì)量驗抽查和驗收方法》的規(guī)定，可以灰中Na2O的質(zhì)量分數(shù)作為判斷煤中積灰結(jié)渣的標準，見表3。

表2 設(shè)計燃用煤與送檢的五彩彎摻燒煤煤樣的分析指標

表3 根據(jù)灰中Na2O質(zhì)量分數(shù)判斷煤中積灰結(jié)渣的標準

通過分析表3可知，紅雁池電廠燃用的五彩彎礦燃煤，燃煤灰分中Na2O質(zhì)量分數(shù)。指標屬于嚴重積灰和結(jié)焦型煤質(zhì)。

(2)灰中 Fe2O3/CaO對鍋爐積灰結(jié)焦的影響。依據(jù)GB/T 18666—2002《商品煤質(zhì)量抽查和驗收方法》規(guī)定，可將灰中 Fe2O3/CaO的質(zhì)量比作為鍋爐積灰結(jié)焦判斷的標準，見表4。

表4 根據(jù)灰中Fe2O3/CaO的質(zhì)量分別判斷鍋爐積灰結(jié)焦的標準

通過對比分析表4可知，五彩彎礦燃煤的Fe2O3/CaO的質(zhì)量比為0.24，應(yīng)該不屬于中等或嚴重結(jié)焦煤。但是一旦與其他煤摻配后，F(xiàn)e2O3/CaO的質(zhì)量比會升高到某一水平，成為中等或嚴重結(jié)渣的煤種。

(3)通過分析上述表格得知:五彩灣礦燃煤的灰變形溫度低于1410℃，究其原因是煤中CaO質(zhì)量分數(shù)過高，但是一旦與其他煤摻配后，CaO質(zhì)量分數(shù)降到某一水平，會立即引起灰熔點大幅降低。

2 鍋爐設(shè)計差異

#1，#2鍋爐參數(shù)見表5，#3，#4鍋爐參數(shù)見表6。

表5 #1，#2鍋爐參數(shù)

表6 #3，#4鍋爐參數(shù)

從#1，#2鍋爐與#3，#4鍋爐參數(shù)對比中可以發(fā)現(xiàn)，二者有如下設(shè)計特點:

(1)爐膛尺寸方面。采用準正方形大切角爐膛，這種爐膛為防止燃燒器區(qū)域結(jié)焦及高溫腐蝕創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。準正方形爐膛(12.40 m×12.08 m)使燃燒器出口射流上、下游的補氣條件接近相等，避免氣流偏斜。大切角爐膛為燃燒器出口射流兩側(cè)創(chuàng)造良好的補氣條件，減少射流兩側(cè)的壓差，保證燃燒器出口射流沿設(shè)計方向流入爐內(nèi)，可防止氣流偏斜，沖刷水冷壁而結(jié)焦。

(2)選取合適的爐膛熱力參數(shù)。爐膛熱力參數(shù)是表征爐膛內(nèi)燃料燃燒后放熱強烈程度的參數(shù)，#3，#4鍋爐參照燃用煤種類似于200 MW機組鍋爐設(shè)計數(shù)據(jù)，選取合適的爐膛容積熱負荷為103 kW/m3，爐膛斷面熱負荷為3716 MW/m2，#1，#2鍋爐容積熱負荷為121 kW/m3，爐膛斷面熱負荷為3903 MW/m2，這是保證爐內(nèi)不結(jié)焦的有效手段。#1，#2鍋爐設(shè)計爐內(nèi)斷面熱負荷偏大，對煤質(zhì)的適應(yīng)性較差;燃料燃燒后大部分燃燒物軟化甚至熔化，互相粘連在一起，在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)離心力的作用下被甩至水冷壁冷卻后變成焦渣，有的脫落至渣井，有的黏附在水冷壁上形成水冷壁結(jié)焦。

(3)合適的燃燒器一次風(fēng)噴口間距。#1，#2鍋爐燃燒器一次風(fēng)噴口中心線之間的距離為1.180m，#3，#4鍋爐燃燒器一次風(fēng)噴口中心線之間的距離為1.400 m，6層一次風(fēng)口確定了單個噴口熱功率，為防止燃燒器區(qū)域結(jié)焦，適當拉開燃燒器一次風(fēng)噴口間距，使燃燒器壁面熱負荷數(shù)值合理，有效地減輕了燃燒器噴口周圍結(jié)焦的情況。

(4)最上排燃燒器中心到屏下端的距離。#3，#4鍋爐燃燒器上一次風(fēng)噴口至屏底和下一次風(fēng)噴口至冷灰斗拐點均有足夠的距離，最上排一次風(fēng)噴口至屏底距離為13.600 m，下一次風(fēng)噴口至冷灰斗拐點距離為2.800 m，煤粉最短停留時間長于2.0 s，為煤粉在爐膛內(nèi)著火、燃燒、燃盡提供了充裕的時間。

(5)爐膛出口煙氣溫度。#1，#2鍋爐爐膛出口煙氣溫度為1103℃，#3，#4鍋爐爐膛出口煙氣溫度為1033℃，控制爐膛出口煙氣溫度，確保熔化的和黏性的灰不進入節(jié)距比較小的對流受熱面，否則，即使有較多的吹灰器也不能清除對流受熱面迅速結(jié)渣和積灰。最可靠的辦法是選擇適當?shù)臓t膛出口煙氣溫度，使其低于灰的變形溫度。

3 燃燒器設(shè)計的差異

紅雁池電廠#1，#2鍋爐為直流燃燒器(如圖1所示)四角切圓燃燒，其切圓直徑為825 mm，這是普通的四角切圓燃燒方式，其結(jié)構(gòu)簡單，通風(fēng)阻力較小，但氣流以直流射流噴入爐膛，擴散角很小，只能從氣流外邊緣卷吸熱煙氣，加熱面積小，故自身點火條件較差，由于切圓直徑較大，大量熔融、半熔融煤粉顆粒將直接撞擊水冷壁，形成結(jié)渣，同時磨損水冷壁，易發(fā)生高溫腐蝕。

圖1 直流燃燒器結(jié)構(gòu)

#3，#4鍋爐煤粉燃燒器采用四角布置、切向燃燒、噴嘴固定式直流燃燒器，所有一次風(fēng)噴口均采用百葉窗式水平濃淡燃燒技術(shù)，在爐膛中心形成2個假想切圓，假想切圓直徑分別為? 529 mm和? 830 mm(如圖2所示)，這種燃燒技術(shù)的濃淡分離是依靠安裝于一次風(fēng)管中的百葉窗式煤粉濃縮器來實現(xiàn)的。來自煤粉管道的煤粉氣流在經(jīng)過百葉窗式煤粉濃縮器時，由于煤粉顆粒與濃縮器葉片碰撞后，使大部分煤粉顆粒流向一側(cè)，并由中隔板分隔后，在水平方向一側(cè)形成濃煤粉氣流，另一側(cè)形成淡煤粉氣流。并使?jié)獾?股氣流分別從燃燒器的左、右側(cè)分開進入爐膛，濃煤粉氣流從向火側(cè)切向噴入爐膛，形成內(nèi)側(cè)假想切圓，淡煤粉氣流在背火側(cè)切向噴入爐膛，形成外側(cè)假想切圓，從而形成水平濃淡燃燒，濃煤粉氣流由于煤粉濃度高，所需著火熱大大降低，因此容易著火。由于大部分煤粉多在濃側(cè)，而這部分煤粉布置在向火側(cè)，減少了煤粉顆粒沖刷水冷壁的機會，因此，對防止水冷壁結(jié)渣相當有利。

圖2 假想切圓

4 二次風(fēng)噴口設(shè)計的差異

(1)#1，#2鍋爐每角燃燒器共布置15層噴口。其中一次風(fēng)噴口6層，頂二次風(fēng)噴口1層，其余8層為二次風(fēng)噴口，燃燒器噴口從下往上依次為2(油)－1(微油)－2－1－2(油)－1－2－2(油)－1－2－1－2(油)－1－2－2。每臺磨煤機的主層下二次風(fēng)噴口內(nèi)布置了燃油裝置，在最下層一次風(fēng)噴口內(nèi)布置了微油點火裝置(如圖3所示)。#3，#4鍋爐每角燃燒器共布置14層噴口，其中一次風(fēng)噴口6層，頂二次風(fēng)噴口1層，其余7層為二次風(fēng)噴口，燃燒器噴口從下往上依次為2－1(微油)－2(油)－1－2－1－2(油)－1－2－1－2(油)－1－2－2。燃燒器的3層二次風(fēng)噴口內(nèi)布置了燃油裝置，在最下層一次風(fēng)噴口內(nèi)布置了微油點火裝置。

圖3 微油點火裝置

就數(shù)量而言，#1，#2鍋爐在3，4層一次風(fēng)噴口中間多增加了1個二次風(fēng)噴口，在煤粉中間多增加了二次風(fēng)，使得煤粉在中間增加了燃燒氧量，火焰中心溫度更高，在低負荷時增加了燃燒的穩(wěn)定性，但在高負荷時卻增加了鍋爐的結(jié)焦性。

(2)#1，#2鍋爐燃燒器一次風(fēng)噴口布置有可調(diào)節(jié)的周界風(fēng)，但是，每角1，2，3 層和4，5，6 層一次風(fēng)噴口分別用一個手動門來控制周界風(fēng)的大小，這樣，就降低了在機組負荷變化時調(diào)節(jié)各個一次風(fēng)噴口周界風(fēng)大小的靈活性。而#3，#4鍋爐一次風(fēng)噴口四周布置有偏置周界風(fēng)，左右側(cè)采用偏置周界風(fēng)，即向火面一側(cè)周界風(fēng)層較薄，背火側(cè)較厚，形成了風(fēng)包粉的結(jié)構(gòu)，這樣，能延長煤粉氣流到達水冷壁的時間，延長煤粉的冷卻時間。周界風(fēng)出口向外翻邊，周界風(fēng)由單獨的風(fēng)門控制，從而可控制噴嘴出口煤粉氣流著火點，在高負荷時，可推遲煤粉的著火，提高了噴嘴出口氣流的剛性，避免氣流的偏轉(zhuǎn)和還原氣體生成而引起的爐膛結(jié)焦。在低負荷時，使著火點提前，周界風(fēng)門應(yīng)關(guān)小甚至全關(guān)，提高燃燒器在低負荷時的穩(wěn)燃能力。周界風(fēng)的設(shè)置保證了燃燒器噴口得到冷卻。

偏置周界風(fēng)對防止結(jié)焦及高溫腐蝕有2個好處:一是提高燃燒器出口射流的“剛性”，減少射流的偏斜傾向;二是偏置周界風(fēng)具有風(fēng)屏保護條件，能提高爐膛水冷壁處氧化性氣氛，而氧化性氣氛使得煤灰粒子的軟化溫度相對升高，進一步弱化了結(jié)焦傾向，有利于防止結(jié)焦。同時，氧化性氣氛也可防止高溫腐蝕。

(3)#1，#2鍋爐頂部設(shè)置頂二次風(fēng)(OFA)噴口反切13°，#3，#4鍋爐OFA噴口反切15°，由于反切角度較大，頂二次風(fēng)切圓直徑大于一次風(fēng)切圓直徑，一次風(fēng)煤粉氣流集中于爐膛中央，形成爐膛中央富燃料區(qū)、爐壁富氧區(qū)的“風(fēng)包粉”燃燒方式，這將減少煤粉氣流沖刷水冷壁的機會，有利于防止和減少燃燒器區(qū)的爐壁結(jié)渣。

5 結(jié)束語

從上面的分析比較可以看出，#1，#2鍋爐和#3，#4鍋爐在結(jié)構(gòu)上有較大的差異，這些差異導(dǎo)致#1，#2鍋爐和#3，#4鍋爐結(jié)焦性能也存在差異。因此，已計劃在#1，#2鍋爐大修時對鍋爐燃燒器進行換型改造，將一次風(fēng)燃燒器更換成水平濃淡燃燒器并將周界風(fēng)改為每個周界風(fēng)門單獨控制。經(jīng)過改造，期待#1，#2鍋爐結(jié)焦量大的問題能得到根本性的改善。

［1］解居臣.2002年發(fā)電用煤質(zhì)量驗收:解析國際 GB/T 18666—2002專題匯編［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］潘效軍，劉鐵雷，王樹群.水平濃淡燃燒器減輕爐內(nèi)結(jié)焦的機理分析［J］.沈陽電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2000(3):20－22.