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)

0 引言

某電廠2×350 MW機組，設計燃用準東煤。西安熱工研究院有限公司提供的相關(guān)資料表明，準東煤水分高、中等熱值、灰中氧化鈉質(zhì)量分數(shù)高。運行中氧量對鍋爐結(jié)焦有重要的影響,氧量是表征爐內(nèi)整體燃燒的參數(shù)，代表爐內(nèi)配風情況，決定爐內(nèi)氣氛，影響爐膛出口溫度。從控制參數(shù)氧量入手，對準東煤進行變氧量試驗。通過試驗確定合適的氧量，可有效改善爐膛溫度場均勻性，有利于減緩結(jié)焦。準東煤有著價格低、揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點低、易結(jié)焦等特性，燃用后普遍出現(xiàn)嚴重結(jié)焦現(xiàn)象，威脅鍋爐安全運行。因此，如何提高準東煤的摻配量，盡量多燃用準東煤而又能保證鍋爐的安全運行、降低發(fā)電成本，已成為新疆有關(guān)發(fā)電企業(yè)急需解決的問題。

1 鍋爐主要設計參數(shù)

某電廠2臺鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司制造的超臨界鍋爐，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、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型、緊身封閉布置，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴容式啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，中速磨煤機配置直吹式制粉系統(tǒng)。每爐配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1臺磨煤機。分離燃盡風(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排放量。鍋爐以最大連續(xù)出力工況(BMCR)為設計參數(shù)。該電廠鍋爐的主要參數(shù)見表1，設計煤種成分分析見表2。

表1 鍋爐主要設計參數(shù)

表2 鍋爐設計煤種及灰成分分析

從表2可以看出，設計煤種氧化鈣質(zhì)量分數(shù)達到了35.3%，三氧化硫質(zhì)量分數(shù)達到了33.95%，二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為1.07%，三氧化二鋁質(zhì)量分數(shù)為5.57%，氧化鎂質(zhì)量分數(shù)為12.16%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為5.38%，說明大量燃用準東煤的鍋爐通常會有結(jié)焦問題。

2 試驗方案

2.1 試驗思路

由于準東煤灰渣熔融、沾污特性與爐內(nèi)溫度密切相關(guān)，爐內(nèi)各處溫度變化會直接關(guān)系到爐內(nèi)結(jié)焦和沾污程度。因此，在試驗過程中，通過觀察火孔實測爐內(nèi)各處溫度來判斷鍋爐整體結(jié)焦趨勢。

試驗是在準東煤摻燒比例為50%的前提下，保證鍋爐蒸發(fā)量維持在1 130 t/h而進行的變氧量試驗。改變氧量后，測量不同氧量下爐內(nèi)各層溫度，分析試驗結(jié)果，找出氧量變化對結(jié)焦的影響規(guī)律。

2.2 試驗前的準備工作

(1)在底層(AA)輔助風之下、AB層噴燃器之間、CD層噴燃器之間、EF層噴燃器之間、鍋爐分離燃盡風(SOFA)之下、SOFA風之上總共選取24個看火孔位置作為爐膛煙溫測量點。具體看火孔標高見表3。

表3 看火孔標高 mm

(2)購置1臺爐膛高溫紅外測溫儀。

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

2.3 氧量變化對爐溫影響試驗

2.3.1 試驗數(shù)據(jù)整理

氧量變化試驗溫度記錄見表4。

表4 氧量變化試驗數(shù)據(jù)

2.3.2 試驗數(shù)據(jù)分析

試驗的主要目的是分析氧量的變化對爐膛煙溫分布的影響。與AA層以下、AB噴燃器之間、CD噴燃器之間3個高度氧量為6.0%時溫度相比，氧量為4%和4.5%時，工況3溫度最低；在EF噴燃器之間高度氧量為4.5%，工況2溫度最低；在SOFA風之上位置氧量6.0%，工況3溫度最低，氧量對爐內(nèi)溫度的影響如圖1所示。

圖1 氧量對設計煤爐內(nèi)各高度平均溫度的影響

在圖1中，橫坐標數(shù)字刻度1～6與表3中看火孔位置高度相對應。位置1為SOFA風之上垂直水冷壁之下溫度平均值；位置2為SOFA風之下溫度平均值；位置3為EF噴燃器之間溫度平均值；位置4為CD噴燃器之間溫度平均值；位置5為AB噴燃器之間溫度平均值；位置6為AA風以下溫度平均值。

對爐膛溫度平均值整體進行了對比，氧量4.0%的整體溫度最高。工況2總體溫度高于工況3，工況3在EF噴燃器以上和AB噴燃器以下的范圍溫度略高于工況2，AB噴燃器和EF噴燃器之間工況2溫度略高于工況1。

根據(jù)氧量4.0%，4.5%，6.0% 3種工況的實際結(jié)焦情況，對試驗數(shù)據(jù)圖表進行了分析：氧量由4.0%提高至6.0%后，主燃燒區(qū)溫度下降明顯，在AB噴燃器之間溫度平均值下降79 ℃；在SOFA風上下相鄰區(qū)域氧量升高對溫度的影響不明顯。

由溫度整體對比圖可知，對于位于SOFA風之上高度，氧量為4.5%的爐膛煙溫最低，而其他氧量下爐膛煙溫水平均會升高，其原因分析如下：在試驗過程中，對末級再熱器處人孔門的火焰狀況進行了觀察，依然有燃燒中的炭粒飄到受熱面上，若氧量偏低，煤粉到了SOFA風高度不能燃盡，火焰中心抬高，造成爐膛出口煙溫提升；若氧量偏高，會使煤粉在爐膛主燃燒區(qū)內(nèi)燃燒過于劇烈，增強輻射放熱造成燃燒溫度升高，也會使爐膛出口溫度升高。因此，對于燃燒準東煤的鍋爐，應該存在一個最佳氧量區(qū)間，氧量在此區(qū)間外鍋爐平均溫度都會升高，增加結(jié)焦趨勢。在已有3個工況下判斷氧量在4.5% 時為最優(yōu)氧量。從另一方面看，對于高揮發(fā)分的準東煤來說，4.0%氧量應該可以保證煤粉顆粒達到較好的燃盡程度，但在試驗中發(fā)現(xiàn)，氧量增大到6.0%，能明顯促進燃燒，說明煤粉顆粒比較粗或者四角煤粉進入爐膛，出現(xiàn)煤粉不均勻現(xiàn)象。

鍋爐運行需要選擇合理的運行氧量，調(diào)整后鍋爐氧量應滿足燃燒相應煤種，并且防止局部熱負荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣氛。當爐內(nèi)局部氧量小且煤粉與空氣混合不均時，該區(qū)域產(chǎn)生還原性氣氛，煤粉在還原性氣氛中不能完全氧化?；抑蠪e2O3被還原成FeO，生成的FeO與SiO2等會形成共晶體，其灰熔點僅為1 065 ℃，會使灰熔點下降150～200 ℃。增加鍋爐結(jié)焦趨勢，威脅運行安全。

當煤質(zhì)有波動時，運行人員沒辦法根據(jù)實際情況進行調(diào)整，造成鍋爐燃燒配風方式不能處于最佳狀態(tài)，特別是上層噴嘴煤粉顆粒燃盡性變差，有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處未燃盡。未燃盡的煤粉結(jié)焦主要在分隔屏底部和水平煙道，結(jié)焦后容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風機出力增大。可適當提高鍋爐運行氧量，避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛。

4 結(jié)論

燃用易結(jié)焦的準東煤，需根據(jù)煤質(zhì)變化和鍋爐等特性，通過相應的變氧量試驗，確定常用負荷的最優(yōu)氧量。運行中要嚴格控制爐內(nèi)氧量變化，盡量在相同負荷維持穩(wěn)定的氧量，避免發(fā)生氧量波動造成爐內(nèi)局部還原氣氛或氧化氣氛，進而導致爐內(nèi)溫度升高并發(fā)生結(jié)焦。

參考文獻：

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