張丙剛

(國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

330 MW機組鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的原因分析及對策

張丙剛

(國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

針對鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上存在的嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，分析了鍋爐結(jié)焦的主要影響因素，并提出了具體解決措施，可作為解決鍋爐結(jié)焦問題的參考。

鍋爐；結(jié)焦；原因；對策

0 引言

某電廠鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的330 MW WGZ1100/17.45-3型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐，設(shè)計煤種為神華集團石圪臺煤，校核煤種為神府東勝煤(神華侏羅紀(jì)煤)，采用中速磨冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺HP863型中速磨。燃燒器采用四角布置切向燃燒方式，共設(shè)置5層煤粉噴嘴。機組投產(chǎn)后不久，在持續(xù)的高負(fù)荷運行過程中，鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上，尤其是#2、#4角出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，嚴(yán)重的結(jié)焦不但導(dǎo)致水冷壁管道溫度偏高，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，而且結(jié)焦嚴(yán)重會導(dǎo)致排煙溫度偏高，減溫水用量偏大等情況，降低鍋爐運行的經(jīng)濟性；當(dāng)爐膛內(nèi)的焦塊落下時不僅會引起爐膛負(fù)壓的較大波動、火檢失去鍋爐滅火保護動作，而且大塊的焦還會堵塞冷灰斗喉口，影響爐底撈渣機和碎渣機的正常運行，從而嚴(yán)重妨礙鍋爐的安全經(jīng)濟運行。

1 結(jié)焦影響因素分析

鍋爐結(jié)焦是一個非常復(fù)雜的過程，涉及因素較多，它不僅與燃用煤種的成分和物理、化學(xué)特性有關(guān)，還與鍋爐的設(shè)計參數(shù)有關(guān)(如燃燒器的布置方式、爐膛熱負(fù)荷、爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)等)，同時受鍋爐的運行工況影響(如運行氧量、煤粉細(xì)度、爐內(nèi)溫度水平、配風(fēng)方式及爐內(nèi)空氣動力場的狀況等)。這些因素總的來說可以分為兩大類，一是先天因素，如燃用煤種的特性和鍋爐的設(shè)計參數(shù)；二是后天因素，如鍋爐的運行工況。因此，在分析解決鍋爐結(jié)焦問題時就需要從這兩個方面來考慮，以找出鍋爐結(jié)焦的主要影響因素。

(1) 燃用煤種的影響。鍋爐實際燃用煤種較好，實際燃用神混煤種收到基低位發(fā)熱量變化范圍20.94～23.10 MJ/kg，大多時候在21.84 MJ/kg左右波動，加上一個倉的摻燒石炭煤種(收到基低位發(fā)熱量19.74～20.5 MJ/kg)，而設(shè)計煤種收到基低位發(fā)熱量為21.88 MJ/kg，二者相近；實際燃用煤種收到基灰分變化范圍10%～17%，大多時候在12%左右波動，而設(shè)計煤種收到基灰分為8.12%，二者相差近4個百分點；實際燃用煤種可燃基揮發(fā)分在35%左右波動，而設(shè)計煤種有35.27%；含硫量也有較大差異，實際燃煤的含硫量在0.6%左右，設(shè)計煤是0.71%。以上數(shù)據(jù)表明，燃用煤質(zhì)基本接近設(shè)計煤種，但根據(jù)鍋爐的實際運行情況，在鍋爐負(fù)荷300 MW及以上時，爐膛實際測量的主燃燒器溫度在1 300～1 500 ℃之間，特別是爐膛#2、#4角燃燒器附近的實測溫度基本在1 400～1 500 ℃之間，該溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際燃用的神混煤種(DT≤1 150 ℃，F(xiàn)T≤1 300 ℃)，導(dǎo)致鍋爐燃燒器附近容易出現(xiàn)結(jié)焦。

(2) 磨出口煤粉分配特性和煤粉細(xì)度的影響。制粉系統(tǒng)試驗表明，各臺磨出口4根一次風(fēng)管的風(fēng)速偏差比較小，粉量分配偏差較大，例如A磨煤機的最大正偏差為50.47%，最小負(fù)偏差為-41.49%，粉量最大的管子與粉量最小的管子二者粉量差達(dá)到了2.6∶1。這種煤粉分配不均的問題在煤質(zhì)變差、磨煤機煤量增大的情況下將變得更加嚴(yán)重。燃燒器同層4個角煤粉濃度不均勻會使局部熱負(fù)荷過高，形成局部還原性氣氛，降低灰熔點，導(dǎo)致結(jié)焦。

(3) 燃燒器的影響。鍋爐的一次風(fēng)火嘴采用的是所謂的百葉窗式濃淡燃燒器，其設(shè)計理念是通過安裝在一次風(fēng)管內(nèi)的4塊傾斜角度被固定了的擋板，將一次風(fēng)進(jìn)行濃淡分離，分離后的濃淡兩相氣流被隔板隔開，直至噴口。據(jù)介紹其設(shè)計的濃淡比達(dá)到了1∶4。這種結(jié)構(gòu)的燃燒器很有可能導(dǎo)致一次風(fēng)并不能被分成濃淡兩相，卻都從濃相側(cè)噴口走了，結(jié)果使一次風(fēng)速過高，對燃燒不利。另外，燃燒器安裝角度與設(shè)計角度存在著不一致現(xiàn)象，其中#3角所有一次風(fēng)噴口比設(shè)計角度大1.5°左右，其他3個角也比設(shè)計角度大。安裝角度偏大會造成爐膛假想切圓偏大、燃燒火焰偏斜、刷墻等，對燃燒器區(qū)域有結(jié)焦的不利影響。

(4) 爐膛吹灰器的影響。鍋爐安裝有76只墻式吹灰器，吹灰半徑2 m左右，而二次大風(fēng)箱燃燒器布置處和分隔屏過熱器處沒有安裝吹灰器，所以鍋爐吹灰對該兩處的結(jié)焦清除效果不是很顯著。

2 鍋爐在性能試驗及高負(fù)荷運行期間結(jié)焦嚴(yán)重的原因

(1) 鍋爐性能考核試驗中，共持續(xù)12 h沒有進(jìn)行吹灰。根據(jù)其他燃用神混煤電廠的經(jīng)驗，若不摻燒高灰熔點煤，鍋爐吹灰必須保證每班(8 h)一次，有些電廠甚至保持連續(xù)吹灰狀態(tài)。鍋爐純燒低灰熔點的神混二煤種連續(xù)長時間高負(fù)荷運行而不進(jìn)行吹灰，必然導(dǎo)致燃燒器區(qū)水冷壁甚至屏區(qū)結(jié)焦形成，結(jié)焦在得不到及時清除的情況下只會呈現(xiàn)出加劇發(fā)展的態(tài)勢。

(2) 鍋爐長時間高負(fù)荷運行不進(jìn)行吹灰，使燃燒器區(qū)和屏區(qū)煙溫始終保持較高狀態(tài)，如高再前煙溫在試驗期間始終維持在690 ℃左右的高位，對于低灰熔點的神混煤來說有些偏高，屏區(qū)結(jié)焦在形成并得不到及時清除的情況下并不會因負(fù)荷擾動等自動脫落，只會進(jìn)一步被燒結(jié)并導(dǎo)致結(jié)焦惡化。

(3) 鍋爐試驗期間燃用煤種為神混二煤種，其灰熔點只有1 150 ℃，屬于結(jié)焦嚴(yán)重煤種。鍋爐性能考核試驗期間表盤平均氧量為3.7%，實測值應(yīng)為4.1%，接近設(shè)計值4.2%，對于煙煤鍋爐來說，爐內(nèi)壁面氣氛應(yīng)處于較好水平。但本廠鍋爐由于采用了空氣深度分級技術(shù)(SOFA風(fēng))，且試驗期間將5上、5上上、SOFA上、中層開度均加大，導(dǎo)致燃燒器區(qū)容易產(chǎn)生還原性氣氛，再加上高溫環(huán)境、低灰熔點煤這兩個因素，燃燒器區(qū)易發(fā)生結(jié)焦，進(jìn)而導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高和屏區(qū)結(jié)焦加劇。

(4) 鍋爐性能試驗初期燃燒器擺角處于下傾10%的狀態(tài)，使燃燒器火焰下沖到燃燒器區(qū)下部引起結(jié)焦，燃燒器區(qū)結(jié)焦對控制屏區(qū)結(jié)焦也無益處。運行過程中將擺角上仰7%后，高再前煙溫下降約30 ℃(圖1)。

圖1 二號爐性能試驗時鍋爐高再前煙溫和燃燒器擺角變化

3 解決措施

電廠燃用煤質(zhì)較好，灰熔點較低，結(jié)焦溫度是一個持續(xù)影響鍋爐安全穩(wěn)定運行的因素。在采取措施降低燃燒溫度、緩解結(jié)焦的同時，還須保持機組持續(xù)高負(fù)荷運行時結(jié)焦情況在運行調(diào)整的可控范圍內(nèi)。在綜合考慮鍋爐現(xiàn)狀后，為解決結(jié)焦問題，同時兼顧煤質(zhì)變差時穩(wěn)燃的需要，采取了以下措施：(1) 嚴(yán)格控制煤源，保證燃用煤種的發(fā)熱量不低于4 800 kcal/kg，按1∶3的配煤方式采用石炭煤種對鍋爐進(jìn)煤進(jìn)行摻燒。(2) 通過鍋爐燃燒優(yōu)化試驗，合理調(diào)整磨煤機出口煤粉細(xì)度以接近鍋爐煤粉細(xì)度的設(shè)計值(18%左右)，調(diào)整磨煤機出口粉管一次風(fēng)速均勻并接近磨煤機設(shè)計出口風(fēng)速(30 m/s左右)。(3) 調(diào)整鍋爐燃燒器二次風(fēng)周界風(fēng)門偏置，提高燃燒器#2、#4角出口一次風(fēng)粉的剛性(即設(shè)置燃燒器#2、#4角的周界風(fēng)門開度高于燃燒器#1、#3角開度10%左右)，減緩燃燒器#2、#4角燃燒器出口煤粉對鍋爐水冷壁管道的沖刷。通過調(diào)整鍋爐頂部SOFA風(fēng)門和二次風(fēng)箱二次小風(fēng)門的開度，提高和維持二次風(fēng)箱壓力在0.5 kPa以上，以保證燃燒器出口周界風(fēng)有足夠的剛度，提高燃燒器出口一次風(fēng)粉的燃燒剛性。提高運行磨煤機的入口一次風(fēng)量，保持運行中磨煤機入口一次風(fēng)量不低于65 t/h，以提高運行磨煤機的入口一次風(fēng)壓，提高磨煤機出口一次風(fēng)粉的剛性。降低運行磨煤機的出口溫度至68～70 ℃，以適當(dāng)延緩磨煤機出口煤粉的著火距離。(4) 增加對鍋爐結(jié)焦的就地檢查次數(shù)，并對鍋爐看火孔可見的結(jié)焦嚴(yán)重處進(jìn)行手動除焦。(5) 優(yōu)化鍋爐吹灰方式，控制鍋爐結(jié)焦在可控范圍內(nèi)。

4 效果評價

經(jīng)運行調(diào)整，2011年6—9月機組負(fù)荷率達(dá)93%以上，高負(fù)荷長周期運行期間，該廠未發(fā)生因鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重引起機組負(fù)荷受限或鍋爐運行參數(shù)超限情況，鍋爐結(jié)焦整體可控。

[1] 西安熱工研究院.華能榆社電力有限責(zé)任公司3#鍋爐結(jié)焦燃燒調(diào)整試驗報告，2003

[2] 岑可法.鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術(shù).水利電力出版社，1992

2014-09-12

張丙剛(1969—)，男，天津薊縣人，工程師，國華惠電運行部經(jīng)理，主要從事火力發(fā)電廠機組運行和管理方面的工作。