王義，李鵬，曾琦，張大德，俞立洋

(1.新疆華電發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠，烏魯木齊 830017；2.新疆新特能源股份公司自備電廠，烏魯木齊 830011)

1 問題的提出

新疆新特能源股份公司自備電廠(以下簡稱自備電廠)2×350 MW機組設(shè)計燃用準(zhǔn)東煤。準(zhǔn)東煤具有揮發(fā)分高、熱值高的特點，其燃燒性能優(yōu)異，但由于煤灰中鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，它具有嚴(yán)重的結(jié)渣和沾污特性，導(dǎo)致電廠鍋爐在燃用準(zhǔn)東煤時出現(xiàn)爐膛結(jié)渣嚴(yán)重、受熱面沾污、積灰嚴(yán)重。為實現(xiàn)準(zhǔn)東煤摻燒后鍋爐穩(wěn)定運行，各相關(guān)單位和部門都做了大量的工作。西安熱工研究院有限公司提供的該煤種資料表明，該設(shè)計煤種水分高、中等發(fā)熱值、灰中堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(尤其是氧化鈉)。鍋爐正式投運后，燃用準(zhǔn)東煤結(jié)焦嚴(yán)重。為了緩解鍋爐的結(jié)焦，從一次風(fēng)壓入手，作者對準(zhǔn)東煤做了一些燃燒試驗。初步摸清了一次風(fēng)壓對準(zhǔn)東煤結(jié)渣、沾污和積灰的規(guī)律。

2 鍋爐概況

自備電廠2臺鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公的超臨界鍋爐，鍋爐型號為HG-1176/25.4-HM2。鍋爐為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、 ∏型、緊身封閉布置類型。采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，中速磨煤機采用直吹式制粉系統(tǒng)。每臺鍋爐配6臺MPS160HP-II磨煤機(5運1備)。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，每層4個噴口對應(yīng)1臺磨煤機。鍋爐分離燃盡風(fēng)(SOFA)在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角，以實現(xiàn)分級燃燒，降低NOx排放。鍋爐以最大連續(xù)出力工況(BMCR)為設(shè)計參數(shù)。自備電廠鍋爐的主要參數(shù)見表1；設(shè)計煤種參數(shù)見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 設(shè)計煤種參數(shù)

3 試驗方案

3.1 試驗思路

由于準(zhǔn)東煤灰渣融化沾污的特性與溫度密切相關(guān)，爐內(nèi)各處溫度變化直接關(guān)系到爐內(nèi)結(jié)焦和沾污程度。燃燒準(zhǔn)東煤的鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦是爐內(nèi)溫度導(dǎo)致，因此，在試驗過程中，通過觀火孔觀察和實測爐內(nèi)各處溫度來判斷鍋爐整體結(jié)焦趨勢。

在準(zhǔn)東煤摻燒比例為50%且穩(wěn)定的前提下，鍋爐蒸發(fā)量維持在1 130 t/h，進(jìn)行了變一次風(fēng)壓試驗。改變一次風(fēng)壓后，測量不同工況下爐內(nèi)各層溫度，分析試驗結(jié)果，找出一次風(fēng)壓對結(jié)焦的影響規(guī)律，然后確定燃燒準(zhǔn)東煤較為合理的一次風(fēng)壓，為減緩燃用準(zhǔn)東煤結(jié)焦提供參考。

3.2 試驗的準(zhǔn)備工作

(1)在附加(AA)風(fēng)之下、AB層噴燃器之間、CD層噴燃器之間、EF層噴燃器之間、鍋爐燃盡風(fēng)(OFA)之下、OFA之上共選取24個看火孔位置作為爐膛煙溫測量點，具體看火孔的標(biāo)高見表3。

表3 看火孔的具體標(biāo)高 mm

(2)購置爐膛高溫紅外測溫儀一部。

(3)為了使試驗結(jié)果具有可對比性和可分析性，應(yīng)盡量保持每個工況在同一負(fù)荷下(鍋爐蒸發(fā)量在1 130 t/h)，每個工況調(diào)整后穩(wěn)定2 h再進(jìn)行測溫。

3.3 一次風(fēng)壓的變化對爐膛煙溫的影響

3.3.1 試驗數(shù)據(jù)整理

一次風(fēng)壓變化試驗溫度記錄見表4。在表4中，工況1：基準(zhǔn)氧量4.0%，一次風(fēng)壓9.0～9.2 kPa；工況2：基準(zhǔn)氧量4.0%，一次風(fēng)壓8.6～8.7 kPa；工況3：基準(zhǔn)氧量4.0%，一次風(fēng)母管風(fēng)壓8.3 kPa。

表4 試驗數(shù)據(jù)整理 ℃

3.3.2 試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實測爐膛溫度的數(shù)據(jù)，繪制出爐內(nèi)溫度分布圖，如圖1所示。

圖1 爐內(nèi)溫度分布圖

在圖1中，編號1對應(yīng)爐#1角位置，編號2對應(yīng)爐#2角位置，編號3對應(yīng)爐#3角位置，編號4對應(yīng)爐#4角位置。從圖1的 AB層爐膛溫度對比中可以看出，工況3的溫度最低，其次是工況2，工況1溫度最高。由此可知AB層爐膛溫度隨一次風(fēng)壓降低而降低，有利于減少爐內(nèi)結(jié)焦。從表4的SOFA上層的爐膛溫度對比數(shù)據(jù)中可以看出，工況3的溫度最低，其次是工況2，工況1總體溫度最高，試驗結(jié)果為爐膛溫度隨一次風(fēng)壓降低而降低。一次風(fēng)壓變化對爐內(nèi)溫度的影響如圖2所示。

圖2 一次風(fēng)壓變化對爐內(nèi)溫度的影響

從圖2可以看出，工況3(一次風(fēng)壓8.3 kPa)的整體溫度最低。對比工況1和工況2，工況1在EF層以上和AB層以下的溫度略高于工況2，在AB層和EF層之間工況2的溫度略高于工況1的溫度。從試驗結(jié)果可以看出，隨著一次風(fēng)壓的降低(工況1>工況2>工況3)，在AB層之間、CD層之間、SOFA之上高度的爐膛煙溫均有明顯下降。EF層之間的溫度變化趨勢不明顯。這是爐膛下部燃燒劇烈而相應(yīng)降低了燃料燃盡高度的體現(xiàn)，可見爐膛煙溫降低可以減緩燃料的結(jié)焦速度。鍋爐在工況3時，爐內(nèi)整體溫度較低，可繼續(xù)加大鍋爐出力，長時間運行也未出現(xiàn)結(jié)焦。

3.3.3 一次風(fēng)壓對燃燒的影響

在燃燒器結(jié)構(gòu)和燃用煤種一定時，確定了一次風(fēng)壓就等于確定了一次風(fēng)速。一次風(fēng)速不但決定著火燃燒的穩(wěn)定性，而且還影響著一次風(fēng)氣流的剛度。

任何一種燃料著火后，當(dāng)氧的質(zhì)量濃度和溫度一定時，具有一定的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。?dāng)一次風(fēng)速過高且大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，就會吹滅火焰，即便能著火，也可能會產(chǎn)生其他問題。提高一次風(fēng)壓會產(chǎn)生一些顆粒粗的煤粉，較粗的煤粉慣性大，容易穿過劇烈燃燒區(qū)而落下，形成不完全燃燒，甚至使煤粉氣流直沖對面爐墻，進(jìn)而引起結(jié)渣。

一次風(fēng)速過低，對穩(wěn)定燃燒和預(yù)防結(jié)渣也是不利的，原因如下。

(1)煤粉氣流剛性減弱，易彎曲變形，偏斜貼墻，切圓組織不好，擾動不強烈，燃燒緩慢。

(2)煤粉氣流的卷吸能力減弱，加熱速度緩慢，著火延遲。

(3)當(dāng)氣流速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r，可能會出現(xiàn)“回火”現(xiàn)象，或因著火位置距離噴口太近，將噴口燒壞。

(4)容易發(fā)生空氣、煤粉分層，甚至?xí)霈F(xiàn)煤粉沉積和堵管現(xiàn)象。

(5)引起一次風(fēng)管內(nèi)煤粉分布不均，當(dāng)一次風(fēng)射出噴口時，在噴口附近出現(xiàn)煤粉分布不均的現(xiàn)象，對燃燒也是十分不利的。

3.3.4 一次風(fēng)壓調(diào)整

在機組投運初期，一次風(fēng)壓在9～10 kPa長期運行，會造成引風(fēng)機、送風(fēng)機出力較大，爐內(nèi)長期處于過氧氣氛。一次風(fēng)壓提高，則進(jìn)入爐膛的煤粉過粗，著火推后，火焰中心上移，導(dǎo)致爐膛出口煙溫居高不下，同時分隔屏底部易出現(xiàn)掛焦和流焦現(xiàn)象。較粗的煤粉不但降低了燃燒效率，導(dǎo)致飛灰可燃物溫度偏高，還加劇了爐內(nèi)結(jié)渣傾向。

研究成果表明，對于高鉀、高鈉的準(zhǔn)東煤而言，其結(jié)焦與一次風(fēng)壓緊密相關(guān)。在實際運行調(diào)整過程中，確定合適的一次風(fēng)壓并使?fàn)t膛出口煙溫保持在較低的范圍之內(nèi)，可有效控制并緩解爐膛內(nèi)部結(jié)焦。長期運行實踐證明，自備電廠一次風(fēng)壓在8.0 kPa左右，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，可滿足鍋爐50%摻燒準(zhǔn)東煤滿負(fù)荷穩(wěn)定運行的需要。

4 結(jié)論

通過試驗，找到了一次風(fēng)壓變化對燃用準(zhǔn)東煤爐內(nèi)溫度影響的一般規(guī)律。根據(jù)實際情況，適當(dāng)降低一次風(fēng)壓(一般維持在8.0 kPa左右)有利于降低鍋爐整體內(nèi)部溫度，以減緩鍋爐結(jié)焦。需要保證輸送煤粉的最小壓力，這樣不至于導(dǎo)致煤粉管堵塞，從而引起堵磨事故。在啟、停磨煤機過程中，必須緩慢操作，維持一次風(fēng)壓相對穩(wěn)定，以減少對爐內(nèi)燃燒的干擾，避免一次風(fēng)壓劇烈變化造成爐內(nèi)結(jié)焦。

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