郭曉峰

（華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453635）

1 概述

華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱新鄉(xiāng)發(fā)電公司）＃1，＃2鍋爐為超臨界壓力變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置燃煤鍋爐。自投運(yùn)以來(lái)，2臺(tái)鍋爐掉焦影響燃燒問題突出，2014年以前每年都會(huì)發(fā)生鍋爐掉焦滅火事故，安全生產(chǎn)面臨較大壓力。通過對(duì)鍋爐掉焦現(xiàn)象及其規(guī)律的分析、總結(jié)，制訂了相應(yīng)措施，取得了一定效果，但預(yù)防和控制鍋爐結(jié)焦、掉焦仍是運(yùn)行中的一道難題。

2 鍋爐結(jié)焦的原因分析

結(jié)焦原因有2種，一種是灰渣顆粒隨著煙氣一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于爐膛水冷壁受熱面吸熱，灰渣顆粒同煙氣一起被冷卻，若液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前已經(jīng)因溫度降低而凝固，則當(dāng)渣粒附著在受熱面管壁上時(shí)會(huì)形成一層疏松的灰層，在運(yùn)行中通過吹灰很容易被除掉；另一種是當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時(shí)，一部分灰渣顆粒已經(jīng)達(dá)到熔融或半熔融狀態(tài)，若這部分灰顆粒在接觸受熱面前未得到足夠冷卻至凝固狀態(tài)，具有較強(qiáng)的黏結(jié)能力，就容易黏附在受煙氣沖刷的受熱面或爐墻上，甚至達(dá)到熔化狀態(tài)，黏附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭，不斷發(fā)展形成大面積結(jié)焦。

2.1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)的影響

新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐高87.00m，寬19.42m，深15.46m，設(shè)計(jì)的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下爐膛截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域面積熱負(fù)荷分別為5.48MW／m2和 1.83MW／m2。與國(guó)內(nèi)機(jī)組相比，如同區(qū)域、同類型的鶴壁豐鶴發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐截面熱負(fù)荷為4.68MW／m2，華能沁北電廠鍋爐截面熱負(fù)荷為5.10MW／m2，新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐的截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域面積熱負(fù)荷均偏高（見表1）。

由于新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐截面熱負(fù)荷偏高，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過500MW時(shí)，鍋爐燃盡風(fēng)層觀火孔溫度可達(dá)1500℃，滿負(fù)荷時(shí)燃盡風(fēng)層觀火孔溫度可達(dá)1 550℃，該溫度已超過河南貧煤的灰熔點(diǎn)軟化溫度，甚至高于燃用煤種的灰熔點(diǎn)流動(dòng)溫度，所以新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐結(jié)焦原因?qū)儆谏鲜龇诸愔械牡?種，同時(shí)因鍋爐設(shè)計(jì)高度偏高、下部密封采用水密封方式，鍋爐掉大焦后對(duì)爐膛燃燒影響較大。

2.2 煤種的影響

表1 新鄉(xiāng)公司鍋爐與國(guó)內(nèi)其他大型機(jī)組鍋爐熱負(fù)荷的對(duì)照表

結(jié)焦受灰質(zhì)的組成成分和熔化溫度影響，所以燃用煤種的煤質(zhì)對(duì)電廠鍋爐的結(jié)焦影響巨大?？捎没胰埸c(diǎn)溫度及灰的主要成分來(lái)判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)，通常可用灰成分中的鈣酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來(lái)判斷其結(jié)焦傾向，用Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以判斷其沾污性和黏結(jié)指數(shù)。

新鄉(xiāng)發(fā)電公司＃1，＃2鍋爐設(shè)計(jì)煤種的灰熔點(diǎn)軟化溫度要求高于1500℃，Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.7%，屬于高灰熔點(diǎn)、弱黏結(jié)指數(shù)煤種。而實(shí)際入爐煤受多種因素影響，如設(shè)計(jì)煤種供應(yīng)緊張、采購(gòu)不足等原因，直接燃用設(shè)計(jì)煤種可能性較小。新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐的燃煤主要以摻配煤為主，煤質(zhì)參數(shù)可控難度較大，因此，從煤質(zhì)方面防治鍋爐結(jié)焦的重點(diǎn)就體現(xiàn)在煤摻配的合理性上。

新鄉(xiāng)發(fā)電公司對(duì)鍋爐集中掉焦的時(shí)間段進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、分析，發(fā)現(xiàn)鍋爐頻繁掉焦期間燃用的煤種有以下3點(diǎn)共性：一是燃用了陜西區(qū)域的大同田錦界、隆德、陜煤化等煙煤，灰熔點(diǎn)一般在1200℃左右；二是燃用的入爐煤灰分在40%左右，低位發(fā)熱量低于18810 kJ／kg；三是入爐煤硫分偏高，鈣酸比偏高。機(jī)組高負(fù)荷時(shí)段多燃用了高揮發(fā)分煙混煤，由于入爐煤灰熔點(diǎn)對(duì)鍋爐結(jié)焦影響較大，所以鍋爐結(jié)焦與摻燒煙煤有直接關(guān)系，下層燃燒器摻燒煙煤與單燒貧煤的爐膛溫度對(duì)比見表2。

由表2可見，在機(jī)組不同負(fù)荷段，下層磨煤機(jī)摻配煙煤、貧煤與鍋爐單燒貧煤相比，鍋爐兩側(cè)燃燒器區(qū)域溫度明顯偏高，入爐煤揮發(fā)分偏高會(huì)造成爐膛溫度上升，當(dāng)爐膛燃燒器區(qū)域溫度高于入爐煤灰熔點(diǎn)時(shí)，鍋爐燃燒器區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦。

2014年4月，新鄉(xiāng)發(fā)電公司改變?nèi)霠t煤摻配方式，以降低機(jī)組高負(fù)荷時(shí)段爐膛熱負(fù)荷、減少燃燒器周圍區(qū)域結(jié)焦為出發(fā)點(diǎn)，采用在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)段降低入爐煤揮發(fā)分和熱值、提高入爐煤灰熔點(diǎn)的方式來(lái)控制鍋爐結(jié)焦。4月下層磨煤機(jī)僅在白班第2趟摻配煙煤，且不再摻配隆德煤（煙煤）與坡底煤（干燥無(wú)灰基揮發(fā)分為20%的次煙煤），改用揮發(fā)分相對(duì)偏低、灰熔點(diǎn)高的山西區(qū)域貧煤與隆德煤摻配，另外，坡底煤也只在中班第1趟摻配，其他時(shí)段下層磨煤機(jī)均燃用山西區(qū)域的適燒貧煤，中、上層磨煤機(jī)入爐煤開始摻燒低熱值的地銷河南煤，比前期入爐煤熱值降低約 2092 kJ／kg。

改變?nèi)霠t煤摻配方式后，在機(jī)組不同負(fù)荷段對(duì)爐膛溫度進(jìn)行了測(cè)量、對(duì)比，通過數(shù)據(jù)可知，當(dāng)入爐煤揮發(fā)分和熱值均比設(shè)計(jì)煤種高時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度明顯偏高；當(dāng)入爐煤揮發(fā)分與設(shè)計(jì)煤種相近，熱值降低近2508 kJ／kg時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度與燃用設(shè)計(jì)煤種相比約降低20℃，變化幅度較?。辉跈C(jī)組負(fù)荷為410MW左右，入爐煤揮發(fā)分與設(shè)計(jì)煤種相近，熱值降低1254 kJ／kg左右時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度與燃用設(shè)計(jì)煤種相比變化不明顯；機(jī)組負(fù)荷在450～480MW，入爐煤熱值與設(shè)計(jì)煤種相近、甚至略低的情況下，揮發(fā)分比設(shè)計(jì)煤種偏高3百分點(diǎn)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度比燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)升高近50℃；機(jī)組負(fù)荷在510MW左右，揮發(fā)分與設(shè)計(jì)煤種相近，熱值降低約2074 kJ／kg時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度與燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)相差并不明顯；機(jī)組負(fù)荷高于550MW，入爐煤揮發(fā)分和熱值與設(shè)計(jì)煤種均相近時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度與燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)相差并不明顯，但與機(jī)組高負(fù)荷摻燒煙煤相比，爐膛溫度降低約50℃。

根據(jù)上述分析可知，與燃用設(shè)計(jì)煤種相比，當(dāng)入爐煤熱值降低2 074 kJ／kg以內(nèi)時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度相差不明顯，當(dāng)入爐煤揮發(fā)分上升3百分點(diǎn)時(shí)，爐膛兩側(cè)觀火孔處火焰溫度將會(huì)出現(xiàn)明顯上升。自2014年4月開始，新鄉(xiāng)發(fā)電公司在白天機(jī)組高負(fù)荷段入爐煤選用貧煤摻配，僅在夜班低負(fù)荷時(shí)段（50%負(fù)荷率）考慮采取預(yù)防鍋爐掉焦的穩(wěn)燃措施，下層磨煤機(jī)采用煙煤與貧煤摻配的方式，其他時(shí)段各層燃燒器均燃用干燥無(wú)灰基揮發(fā)分在15%左右、灰熔點(diǎn)高（高于1 500℃）的貧瘦煤，鍋爐掉焦現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。

2.3 燃燒調(diào)整的影響

表2 下層燃燒器摻燒煙煤與單燒貧煤的爐膛溫度對(duì)比

2014年3月，＃1機(jī)組負(fù)荷高于400MW時(shí)進(jìn)行三次風(fēng)開度的調(diào)整試驗(yàn)，分別將燃燒器三次風(fēng)門開度由60%調(diào)整為70%，80%，90%及100%，測(cè)量了對(duì)應(yīng)開度下A，B，D層燃燒器兩側(cè)觀火孔處爐膛火焰溫度及燃燒器二次風(fēng)口管壁溫度。試驗(yàn)結(jié)果顯示，爐膛兩側(cè)觀火孔煙氣溫度隨著三次風(fēng)門開度的增加略呈上升趨勢(shì)，下層燃燒器著火點(diǎn)距離也小幅度增加，這會(huì)降低燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，緩解燃燒器噴口結(jié)焦。

自2014年4月開始，新鄉(xiāng)發(fā)電公司適當(dāng)降低了中、夜班的入爐煤熱值，機(jī)組低負(fù)荷期間磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)由3臺(tái)改為4臺(tái)，合理調(diào)整磨煤機(jī)出力，降低投運(yùn)單個(gè)燃燒器的熱負(fù)荷，均衡燃燒器區(qū)域的溫度場(chǎng)，減少因下層磨煤機(jī)燃用煙混煤造成燃燒器的結(jié)焦量，鍋爐掉焦造成爐膛負(fù)壓波動(dòng)的情況明顯好轉(zhuǎn)。

2014年5月，＃2鍋爐小修工作結(jié)束后，對(duì)＃2鍋爐進(jìn)行了空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與爐內(nèi)工況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二次風(fēng)箱壓力在0.40～0.65 kPa、三次風(fēng)開度在45%～70%時(shí)，燃燒器的配風(fēng)可有效組織氣流，達(dá)到良好的燃燒效果，超出上述范圍，煤粉氣流的著火就可能出現(xiàn)散亂飛邊，甚至造成鍋爐結(jié)焦。

此外，結(jié)焦還有以下原因：運(yùn)行中煤粉過粗使其在爐膛內(nèi)燃燒不盡、燃燒器配風(fēng)不合理、二次風(fēng)量不足、三次風(fēng)旋流強(qiáng)度不當(dāng)、煤粉氣流的著火點(diǎn)位置距離水冷壁過近、雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)煤粉管的煤粉濃度不均勻、火焰偏斜到爐墻或水冷壁附近及吹灰或除焦不及時(shí)等。

3 鍋爐結(jié)焦的防治對(duì)策

3.1 煤場(chǎng)接、卸煤分層、分類堆放

合理堆放原煤是做好燃煤摻配、摻燒工作的關(guān)鍵，新鄉(xiāng)發(fā)電公司采購(gòu)的煤種復(fù)雜，煤質(zhì)特性跨度較大，針對(duì)上述情況，在來(lái)煤接、卸時(shí)將相近特性的同類煤種按同一位置分層堆放，合理、有效地利用煤場(chǎng)存煤的有限空間，特性參數(shù)相差較大的不同類煤種采用不同區(qū)域分堆、分類堆放，便于摻配時(shí)精確取煤，滿足鍋爐不同層燃燒器的摻燒要求。

3.2 入爐煤分層、分煤種摻配

根據(jù)新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)煤種，入爐煤盡可能燃用貧煤，尤其在機(jī)組高負(fù)荷期間，不宜摻配高揮發(fā)分、低灰熔點(diǎn)的煤種，由于新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐燃燒器的布置方式為前、后墻3層對(duì)沖布置，爐膛熱負(fù)荷逐層上升，這就會(huì)對(duì)各層磨煤機(jī)的入爐煤品質(zhì)提出要求，下層E，F(xiàn)層磨煤機(jī)不宜摻配熱值低于18828 kJ／kg、揮發(fā)分低于15%的煤種，摻混后入爐煤加權(quán)計(jì)算低位發(fā)熱量不應(yīng)低于20 083.2 kJ／kg，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分范圍為 16% ～20%，這樣既能提高下層燃燒器穩(wěn)燃和抗干擾的能力，又能避免揮發(fā)分過高煤種提前著火燒壞鍋爐一次風(fēng)管、燃燒器等設(shè)備；中層A，D層磨煤機(jī)不宜摻配灰熔點(diǎn)低于1350℃、揮發(fā)分高于20%的煤種，摻混后入爐煤加權(quán)計(jì)算揮發(fā)分應(yīng)在15%～18%、低位發(fā)熱量不應(yīng)低于18 828 kJ／kg。由于中層燃燒器區(qū)域爐內(nèi)溫度高（1400℃左右），若摻入灰熔點(diǎn)較低的煤種很容易在此區(qū)域結(jié)焦，若摻入揮發(fā)分高于20%的煤種，煤粉氣流容易提前著火，造成該區(qū)域爐內(nèi)溫度場(chǎng)過高而發(fā)生結(jié)焦；上層B，C層磨煤機(jī)不宜摻配揮發(fā)分低于11%的貧瘦煤或無(wú)煙煤，摻混后加權(quán)計(jì)算低位發(fā)熱量不低于18409.6 kJ／kg，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分應(yīng)在13%～16%。該層燃燒器區(qū)域爐內(nèi)溫度雖然較高（1500℃左右），但由于該層燃燒器區(qū)域距屏式過熱器區(qū)域較近，煤粉氣流燃盡時(shí)間短，若有揮發(fā)分過低的煤種摻入，勢(shì)必會(huì)造成未燃盡煤粉在屏式過熱器區(qū)域燃燒，容易造成屏式過熱器區(qū)域結(jié)焦。

3.3 改變鍋爐燃燒工況進(jìn)行擾動(dòng)除焦

為防止鍋爐結(jié)焦后焦塊集中掉落，新鄉(xiāng)發(fā)電公司設(shè)法使已經(jīng)形成的焦塊分散掉落，采用鍋爐燃燒擾動(dòng)除焦的操作方式改變結(jié)焦區(qū)域的溫度場(chǎng)變化，達(dá)到爐內(nèi)焦塊可控、分散掉落的目的。通過長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通過擾動(dòng)除焦可有效減少鍋爐集中掉焦。

擾動(dòng)除焦通常有以下4種方法。

（1）變負(fù)荷擾焦法。如機(jī)組負(fù)荷持續(xù)較高，接到機(jī)組減負(fù)荷命令后，可利用機(jī)組降負(fù)荷機(jī)會(huì)，快速停運(yùn)1臺(tái)上層磨煤機(jī)，爐膛熱負(fù)荷短時(shí)間內(nèi)快速下降，促使?fàn)t膛結(jié)焦部分掉路。

（2）吹掃煤粉管擾焦法。機(jī)組負(fù)荷高于400MW時(shí)，關(guān)閉磨煤機(jī)煤粉關(guān)斷門，并利用清掃風(fēng)進(jìn)行吹掃，降低燃燒器區(qū)域溫度，使燃燒器區(qū)域結(jié)焦掉落。

（3）變風(fēng)量擾焦法。停運(yùn)上層燃燒器，打開上層燃盡風(fēng)和二次風(fēng)門，使鍋爐組織配風(fēng)發(fā)生變化，改變爐內(nèi)的燃燒工況，促使鍋爐結(jié)焦掉落。

（4）切換制粉系統(tǒng)擾焦法。機(jī)組負(fù)荷高于400 MW時(shí)，通過切換磨煤機(jī)，改變鍋爐局部受熱面的吸熱量，從而達(dá)到脫焦的目的。

4 提高鍋爐穩(wěn)燃能力的措施

新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐的燃燒器為前后墻對(duì)沖式布置，實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，在低負(fù)荷時(shí)，對(duì)沖燃燒式鍋爐的穩(wěn)燃對(duì)底火要求較高，對(duì)各燃燒器的著火支撐依賴性較強(qiáng)。另外，新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐下部密封采用水封方式，除渣系統(tǒng)選用水浸式刮板撈渣機(jī)，當(dāng)鍋爐掉焦時(shí)，由于瞬間產(chǎn)生的蒸汽會(huì)對(duì)鍋爐底火燃燒造成一定程度的破壞性沖擊，因此，保證下層燃燒器著火工況、提高其著火的抗干擾能力是鍋爐穩(wěn)燃的關(guān)鍵。提高燃燒器著火穩(wěn)燃能力主要是控制燃燒器的著火距離。

根據(jù)新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐的設(shè)計(jì)特性，下層燃燒器著火工況是鍋爐穩(wěn)定燃燒的基礎(chǔ)。新鄉(xiāng)發(fā)電公司鍋爐燃用貧煤溫度達(dá)700℃以上時(shí)可正常著火，根據(jù)此特點(diǎn)，通過下層燃燒器安裝的少油點(diǎn)火裝置看火孔，將熱電偶測(cè)溫元件深入到燃燒器中心測(cè)量煤粉氣流的溫度，將煤粉氣流達(dá)到700℃的位置判斷為著火點(diǎn)，煤粉氣流的著火點(diǎn)距離燃燒器口的遠(yuǎn)近程度可以直觀反映出燃燒器的著火穩(wěn)定性。

經(jīng)過多次測(cè)量及分析，新鄉(xiāng)發(fā)電公司總結(jié)出了＃1，＃2鍋爐下層燃燒器煤粉氣流的著火點(diǎn)對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響：當(dāng)煤粉氣流的著火點(diǎn)與燃燒器噴口的距離小于30 cm時(shí)，燃燒器噴口區(qū)域溫度達(dá)800℃以上，這會(huì)造成燃燒器燒損；當(dāng)煤粉氣流的著火點(diǎn)與燃燒器噴口的距離在30～70 cm時(shí)，鍋爐燃燒穩(wěn)定，抗干擾能力較強(qiáng)，鍋爐掉焦后爐膛負(fù)壓、火檢信號(hào)波動(dòng)較小，不會(huì)對(duì)鍋爐燃燒造成影響，可作為燃燒調(diào)整時(shí)控制煤粉氣流著火的最佳距離；當(dāng)煤粉氣流的著火點(diǎn)與燃燒器噴口的距離在70～110 cm時(shí)，鍋爐掉大焦后，爐膛壓力變化幅度較大，火檢信號(hào)波動(dòng)大，抗干擾能力下降；當(dāng)煤粉氣流的著火點(diǎn)與燃燒器噴口的距離在110 cm以上時(shí)，如出現(xiàn)鍋爐掉大焦，容易造成鍋爐掉焦滅火，燃燒調(diào)整時(shí)應(yīng)避免煤粉氣流在該區(qū)域著火。

5 結(jié)論

掌控入爐煤的煤質(zhì)參數(shù)和特性是防止鍋爐結(jié)焦的主要手段，燃煤摻配要將鍋爐的設(shè)計(jì)特性和設(shè)計(jì)煤種的煤質(zhì)參數(shù)作為重要依據(jù)，根據(jù)爐膛熱負(fù)荷的分布情況合理?yè)脚涿海仩t截面熱負(fù)荷及燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷偏高的鍋爐不宜摻燒低灰熔點(diǎn)煤種，特別是中、上層燃燒器區(qū)域。同時(shí)，鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)鍋爐結(jié)焦也有重要影響，控制一次風(fēng)速、二次風(fēng)量和風(fēng)壓、三次風(fēng)旋流強(qiáng)度在合理范圍內(nèi)，不僅可有效減少鍋爐結(jié)焦，而且可提高鍋爐的穩(wěn)燃能力。