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        135MW機(jī)組煤粉鍋爐結(jié)焦原因分析及治理

        2015-05-30 06:37:08王飛姜麗鳳馬凌雯
        中國新通信 2015年19期
        關(guān)鍵詞:結(jié)焦

        王飛 姜麗鳳 馬凌雯

        【搞要】 本文針對鶴煤熱電廠2×135MW機(jī)組煤粉鍋爐結(jié)焦現(xiàn)狀,從結(jié)焦機(jī)理入手,分析原因,根據(jù)分析結(jié)果制定調(diào)整措施,徹底杜絕了鍋爐的結(jié)焦現(xiàn)象,保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        【關(guān)鍵詞】 煤粉鍋爐 結(jié)焦 調(diào)整措施

        河南能源化工集團(tuán)鶴煤公司熱電廠(以下簡稱鶴煤熱電廠)2×135MW機(jī)組,鍋爐為東方鍋爐廠制造的型號為DG-445/13.7-Π1的超高壓、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣煤粉爐。1#鍋爐自2013年鍋爐燃用發(fā)熱量僅為3500kca的中煤以來,在負(fù)荷高于90MW階段,爐膛水冷壁大面積結(jié)渣,焦塊頻繁掉落,引起爐膛負(fù)壓大幅度波動,掉落焦塊破壞爐底水封,爐膛漏入大量冷風(fēng)引起鍋爐滅火二次;較大焦塊堵塞爐膛底部冷灰斗,無法排渣,引起機(jī)組被迫停運(yùn)一次,嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。

        針對1#爐頻繁掉大焦的現(xiàn)象,從結(jié)焦的機(jī)理出發(fā),分析原因后制定運(yùn)行措施,調(diào)整運(yùn)行參數(shù)杜絕了爐膛大面積結(jié)焦,掉大焦的現(xiàn)象。

        一、結(jié)焦機(jī)理及影響因素分析

        1.1結(jié)焦機(jī)理

        鍋爐燃燒過程中的結(jié)焦是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程,與燃煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱、煤質(zhì)特性、燃燒調(diào)整有著密切的關(guān)聯(lián)。首先煤粉在劇烈燃燒過程中產(chǎn)生熱量,火焰中心溫度高達(dá)1500~1700℃,而我單位燃用中煤的熔融溫度為1480℃,因此火焰燃燒區(qū)域煤粉中的灰一定處于熔融狀態(tài),這些灰粒具有一定的表面黏度。且理論上10微米的顆粒會從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域遷移,尤其在四角切圓燃燒的煤粉爐中,煤粉同時又受到旋轉(zhuǎn)的離心力作用,若調(diào)整不當(dāng)則會造成灰渣在水冷壁管壁上黏結(jié)、積聚,至自身重力大于粘結(jié)力而掉落。

        1.2影響結(jié)焦的因素

        1.2.1鍋爐自身固有因素

        由于兩臺鍋爐設(shè)計(jì)原因,在初期投產(chǎn)階段主、再熱汽溫遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)溫度,無法滿足運(yùn)行要求。因此對鍋爐燃燒器噴口改為上翹12°、1#爐水冷壁敷設(shè)衛(wèi)燃帶132m2。這就使得在現(xiàn)今燃用發(fā)熱量為14.6MJ/kg中煤的熱值,遠(yuǎn)低于發(fā)熱量為20.89MJ/kg的設(shè)計(jì)煤種的熱值,且燃煤中的收到基灰分高達(dá)47%,遠(yuǎn)高于30%的設(shè)計(jì)值。

        以上各種因素造成爐膛主燃燒區(qū)域熱負(fù)荷高于原設(shè)計(jì)值,主燃燒區(qū)域溫度水平較高,熔融的煤粉更加容易粘附在衛(wèi)燃帶上,在此部位積渣、結(jié)焦。

        從看火孔與打焦孔檢查情況分析,中下層噴燃器區(qū)域結(jié)焦厚度大約500~600mm,因此鍋爐自身改造后的衛(wèi)燃帶也是引起爐膛結(jié)焦的主要原因。

        1.2.2燃燒調(diào)整方面因素

        1)給粉機(jī)調(diào)節(jié)失當(dāng):當(dāng)最下層A層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到總轉(zhuǎn)速的60%,由此也可以認(rèn)為整個鍋爐燃燒所需要的燃料,60%集中在A層燃燒區(qū)域,這就造成此區(qū)域的爐膛斷面熱負(fù)荷過大。

        該斷面燃料燃燒放熱量與水冷壁的吸熱量的差值,無法使得帶有熔融狀態(tài)煤粉顆粒的煤粉氣流,在此區(qū)域水冷壁附近得到及時冷卻,由于熱遷移效應(yīng)、切圓因素與煤粉顆粒的離心力總和作用,煤粉顆粒更加容易黏結(jié)在水冷壁表面,進(jìn)而逐漸積聚形成巨大焦塊,在自重和應(yīng)力作用下掉落,引起鍋爐負(fù)壓劇烈波動、滅火以及堵塞爐膛底部排渣口,嚴(yán)重危機(jī)機(jī)組的安全運(yùn)行。

        2)鍋爐運(yùn)行的配風(fēng)方式是結(jié)渣的主要因素之一,一、二次風(fēng)調(diào)配比例失當(dāng),易造成煤粉氣流混合不良,局部區(qū)域的煤粉濃度過高,其他部位濃度較低,則會高煤粉濃度區(qū)域溫度場較高,同時一次風(fēng)壓、風(fēng)速過高,引起切圓過大與煤粉顆粒離心力增加,會使得未燃盡和熔融狀態(tài)且未冷卻的煤塵顆粒黏結(jié)在管壁上,導(dǎo)致結(jié)渣進(jìn)而大面積結(jié)焦。

        3)過分提高一、二次風(fēng)壓,使之偏離設(shè)計(jì)風(fēng)速過多,就會產(chǎn)生火焰偏斜,引起火焰“刷墻”結(jié)焦。

        4)煤粉細(xì)度的影響:煤粉細(xì)度過粗,會造成煤粉的燃盡時間增加,煤粉氣流的離心力升高,煤粉從氣流中的離析能力增加,易于使未燃盡的煤粉沖墻,黏結(jié)在受熱面管壁上積聚結(jié)焦。

        二、調(diào)整措施

        2.1給粉機(jī)給粉量的適當(dāng)調(diào)節(jié)

        給粉量調(diào)整原則應(yīng)遵循,保證鍋爐穩(wěn)定燃燒、排煙溫度適中的前提下,上、中、下三層噴燃器口給粉量盡量保持一致,進(jìn)而保證爐膛劃分為三層的主燃燒區(qū)域斷面熱負(fù)荷基本持平,不超出設(shè)計(jì)的斷面熱負(fù)荷強(qiáng)度。因此經(jīng)調(diào)節(jié)試驗(yàn)后,將A層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制在占總轉(zhuǎn)速比例的35%區(qū)間,B層控制在35%左右,C層控制在30%左右,且同層各與煤粉混合后的一次風(fēng)出口溫度偏差不超過2℃,低負(fù)荷階段收排煙溫度的影響可適當(dāng)增大A、B給粉量比例,但不應(yīng)使下層比例超出50%。

        2.2調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓

        鶴煤熱電廠鍋爐一次風(fēng)速設(shè)計(jì)值為22m/s,一次風(fēng)溫160℃,一次風(fēng)率為19%,一次風(fēng)管道阻力為1400Pa。由于運(yùn)行中是煤粉同空氣混合后的兩相流,其管道壓力損失計(jì)算如下:

        Δp-輸送管道壓力

        λ---純空氣摩擦阻力系數(shù)

        L---輸送管段當(dāng)量長度

        Dn---樹洞管道內(nèi)徑

        Vf---計(jì)算壓力工況下純空氣的末速度

        g---重力加速度

        K---為兩相流修正系數(shù)

        μ---煤粉/空氣的比值

        帶煤粉情況下k查表取值為1,μ=輸送煤粉量/(一次風(fēng)密度*一次風(fēng)量)=73000/(135470*0.8129)=0.66kg/kg由此計(jì)算出兩相流狀態(tài)下的壓力損失=1400*(1+0.66);運(yùn)行中一次風(fēng)總風(fēng)壓=噴燃器出口壓力(-20Pa)+壓力損失=2308Pa。

        運(yùn)行中應(yīng)該維持在2300Pa左右,防止一次風(fēng)壓過高,

        著火延遲,較粗的煤粉因慣性噴射到爐墻上引起結(jié)焦。尤其是采用四角切圓燃燒的煤粉鍋爐,每個角分別由上游角推動下游角,逆時針旋轉(zhuǎn)形成燃燒切圓,增大一次風(fēng)壓會使各個角的推動力量增加,切圓增大,增加刷墻結(jié)焦的幾率。實(shí)踐證明將一次風(fēng)壓調(diào)整為2.2~2.3Kpa鍋爐無掉大焦情況發(fā)生。

        2.3合理組織爐內(nèi)動力場

        在現(xiàn)場觀察鍋爐前后墻打焦孔的過程中,發(fā)現(xiàn)鍋爐后墻結(jié)焦幾率明顯大于其他三面墻,且后墻打焦孔部位火焰顏色發(fā)白、刺目。因此說明爐內(nèi)動力切圓偏轉(zhuǎn)后墻,根據(jù)冷態(tài)動力場報告及相關(guān),關(guān)小5%的2A、2B、2C三層一次風(fēng)門開度,后墻的結(jié)焦幾率明顯下降。

        2.4適度開啟周界風(fēng)

        開大周界風(fēng)同提高一次風(fēng)壓的原理基本一致,會使一次風(fēng)剛性過強(qiáng),引起灰粒穿出煤粉燃燒區(qū)域刷墻掛焦,因此根據(jù)一次風(fēng)壓調(diào)整后周界風(fēng)門開度控制在20~40%之間。

        2.5調(diào)整煤粉細(xì)度

        由于原來運(yùn)行煤粉細(xì)度R90為14%,煤粉顆粒較粗,具有較大的動量,在慣性作用下容易直接沖刷水冷壁,且相對于較細(xì)的煤粉顆粒著火需要的預(yù)熱熱高,燃不盡、溶化比例較高,沖刷水冷壁后更加容易結(jié)焦。由于燃煤中干燥無灰基揮發(fā)份為19%,因此經(jīng)驗(yàn)計(jì)算得出經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度為R90=0.5*22+2=13,通過調(diào)節(jié)粗粉分離器擋板開度控制煤粉細(xì)度R90為12~13。在制粉系統(tǒng)單耗無明顯增長的情況下降低了鍋爐結(jié)焦的現(xiàn)象。

        三、結(jié)論

        造成鶴煤熱電廠1#機(jī)組鍋爐燃用中煤后頻繁結(jié)焦的主要原因是,一是爐內(nèi)燃燒動力場、溫度場較差,二是配風(fēng)方式不合理,一次風(fēng)速過高,切圓偏斜。通過以上觀察分析調(diào)整給粉機(jī)的出力有效的均衡了爐膛主燃燒區(qū)域的斷面熱負(fù)荷,一次風(fēng)壓風(fēng)門開度及煤粉細(xì)度這三項(xiàng)措施,有效的遏制了鍋爐水冷壁大面積結(jié)焦和爐膛掉大焦的現(xiàn)象,保證了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,給四角切圓燃燒煤粉爐在變?nèi)剂厦悍N后出現(xiàn)結(jié)焦治理方面提供部分調(diào)整經(jīng)驗(yàn)。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]胡蔭平 電站鍋爐手冊[M],中國電力出版社,2005.

        [2]馮俊凱,鍋爐原理及計(jì)算[M],科學(xué)出版社,2003.

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