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)
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。
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。
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。
(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。
2.3.1 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。
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。
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