李軍安 王強(qiáng) 徐立力 周菲凡

(廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司,廣西柳州 545002)

鍋爐結(jié)焦原因分析、打焦措施及方法

李軍安 王強(qiáng) 徐立力 周菲凡

(廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司,廣西柳州 545002)

鍋爐結(jié)焦是電站鍋爐經(jīng)常遇到的問(wèn)題,它的發(fā)生發(fā)展對(duì)鍋爐安全運(yùn)行帶來(lái)很大危害,結(jié)焦會(huì)破壞正常燃燒工況,引起掉焦滅火事故、降低鍋爐出力、破壞正常水循環(huán)、造成爆管事故、嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使?fàn)t膛排渣口堵塞而被迫停爐。廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐曾出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重結(jié)焦的現(xiàn)象,結(jié)焦部位主要分布在與燃燒器同高度的水冷壁區(qū)域和“V”形冷灰斗的水冷壁部位。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí),采取措施得當(dāng),經(jīng)過(guò)一個(gè)多星期的連續(xù)排班打焦,將積存的焦渣全部打下,避免了一次機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)事故的發(fā)生,保障了機(jī)組的安全運(yùn)行。

鍋爐結(jié)焦 危害 打焦 保障安全

1　前言

廣西柳州發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WGZ670／13.7—3型，超高壓、一次中間再熱、自然循環(huán)、單汽包、固態(tài)排渣煤粉爐，配套220MW汽輪發(fā)電機(jī)組。爐膛寬度11920 mm、深度均為10800 mm，鍋爐采用直流式煤粉燃燒器，四角呈單切圓布置，切圓直徑Ф600mm逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，A層一次風(fēng)為微油節(jié)能點(diǎn)火燃燒器; B、C、D層一次風(fēng)為帶波形擴(kuò)流錐的水平濃淡燃燒器。鍋爐配兩套低速鋼球磨煤機(jī)的中間儲(chǔ)倉(cāng)式熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)乏氣作為三次風(fēng)送入爐膛燃燒。

2004年開始我公司鍋爐改燒無(wú)煙煤，煤質(zhì)主要特性見(jiàn)表1。

2　鍋爐結(jié)焦的危害

鍋爐結(jié)焦是燃煤電廠運(yùn)行中常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，結(jié)焦的發(fā)生對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不同程度的影響。

從安全性角度分析，水冷壁處結(jié)焦對(duì)自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性造成不利的影響，嚴(yán)重時(shí)有可能造成水冷壁管爆漏;爐膛“V”形冷灰斗的水冷壁結(jié)焦會(huì)影響鍋爐排渣功能，嚴(yán)重時(shí)使排渣口堵塞而被迫停爐打焦，這無(wú)疑增加了機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)的事故隱患;爐膛上部結(jié)焦掉大焦可能砸壞水冷壁造成爆管事故，影響燃燒的穩(wěn)定性造成鍋爐滅火事故;若燃燒器噴口結(jié)焦，會(huì)影響氣流的正常噴射，破壞爐內(nèi)的空氣動(dòng)力工況，直流燃燒器頂部結(jié)焦掉焦會(huì)破壞煤粉氣流著火引發(fā)鍋爐滅火事故。

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，水冷壁、過(guò)熱器受熱面結(jié)焦導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫、排煙溫度升高，降低鍋爐效率;過(guò)熱器處結(jié)焦，使鍋爐通風(fēng)阻力增大，廠用電量上升，鍋爐通風(fēng)不足、蒸發(fā)量不足等，都有可能會(huì)限制鍋爐出力，使機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行。

3　鍋爐結(jié)焦原因分析

3.1結(jié)焦的機(jī)理

鍋爐結(jié)焦是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它涉及到煤質(zhì)特性、煤的燃燒、傳熱、灰粒運(yùn)動(dòng)等過(guò)程。而在我們煤粉鍋爐的爐膛中，熔融或軟化狀態(tài)的灰粘結(jié)在受熱面上形成了積灰，由于灰的導(dǎo)熱性差，使積灰的外表面溫度升高，且積灰使管壁面粗糙度增大，使軟化狀態(tài)的灰更容易粘附，灰渣外表面的溫度越來(lái)越高，就會(huì)形成越來(lái)越厚的焦渣。結(jié)焦的原因主要有幾個(gè)方面，一是爐膛溫度過(guò)高，二是灰熔點(diǎn)過(guò)低，三是燃燒調(diào)整不及時(shí)。

3.2造成我公司鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦的原因

3.2.1灰熔點(diǎn)過(guò)低是結(jié)焦的主要原因

煤炭在我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)中占據(jù)基礎(chǔ)地位，近70%的能源需求依賴于煤炭，近年來(lái)，發(fā)電用煤需求量更是迅猛增長(zhǎng)，供需矛盾日益突出，動(dòng)力煤形成了賣方市場(chǎng)格局已是不爭(zhēng)的事實(shí)，包括我公司在內(nèi)的鍋爐機(jī)組在燃料的采購(gòu)選擇方面沒(méi)有太多的回旋余地，選擇性也相當(dāng)有限，基本上是來(lái)什么煤就燒什么煤。

我公司#1鍋爐發(fā)生結(jié)焦后，我們聯(lián)合燃料采購(gòu)部門、燃料儲(chǔ)運(yùn)部門和發(fā)電運(yùn)行部門核實(shí)來(lái)煤的主要方向，一些單一方向的煤種在沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的混煤配煤就集中送入鍋爐燃燒，經(jīng)取樣化驗(yàn)分析這部分燃煤灰熔融特性溫度是: ST≈1066∽1120℃，這個(gè)溫度遠(yuǎn)低于爐膛水冷壁附近區(qū)域煙氣溫度，因此結(jié)焦是必然結(jié)果?？梢?jiàn)，灰熔點(diǎn)過(guò)低是結(jié)焦的關(guān)鍵，灰的熔點(diǎn)與灰的化學(xué)成分以及各成分含量比例有直接關(guān)系，灰熔點(diǎn)越低，鍋爐受熱面越容易結(jié)焦。另外煤中含硫量的增高，也會(huì)促使灰熔點(diǎn)降低，導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣或加重結(jié)焦的惡化程度。

3.2.2鍋爐機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷、高爐溫狀態(tài)運(yùn)行

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)，廣西區(qū)內(nèi)用電需求也有了明顯增長(zhǎng)，而廣西水電企業(yè)由于氣候原因水量嚴(yán)重偏少使得發(fā)電負(fù)荷驟減，那么用電負(fù)荷的增長(zhǎng)就壓在了火電企業(yè)身上，我公司220MW機(jī)組平均負(fù)荷也呈現(xiàn)出急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)如圖(1)因此在運(yùn)行方面就形成了鍋爐爐膛長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷高爐溫狀態(tài)下運(yùn)行(爐膛中心溫度達(dá)1633℃)，這是造成鍋爐結(jié)焦的一方面原因。

圖1　

表1　

3.2.3衛(wèi)燃帶敷設(shè)問(wèn)題

由于我公司220MW機(jī)組所燃用的是較難著火和燃燒的無(wú)煙煤，為了穩(wěn)燃，在爐膛燃燒器區(qū)域的水冷壁敷設(shè)了大約80m2衛(wèi)燃帶，使得燃燒區(qū)域爐膛熱負(fù)荷偏高，爐膛溫度高，熔融的飛灰極易粘附在耐火泥上形成結(jié)焦。若燃燒器安裝角度有偏斜或燃燒器經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后存在燒壞等缺陷，使煤粉氣流發(fā)生偏斜擦墻，往往會(huì)導(dǎo)致鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦。當(dāng)衛(wèi)燃帶結(jié)焦厚度達(dá)到一定程度后就象巖漿狀往下流，積存在爐膛“V”形冷灰斗的水冷壁上。

3.2.4結(jié)焦與燃燒調(diào)整有關(guān)

由于我公司鍋爐改燒無(wú)煙煤，近年來(lái)滅火事故頻發(fā)，為了控制鍋爐滅火事故的發(fā)生，在燃燒用風(fēng)方面采取了相對(duì)保守的策略，正常運(yùn)行時(shí)控制較小的總風(fēng)量，使煙氣含氧量保持在2%～3%左右，燃料在爐膛燃燒過(guò)程中有可能出現(xiàn)局部缺氧的現(xiàn)象，煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在，這些還原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO，據(jù)資料分析這兩種物質(zhì)的熔化溫度相差200～300℃，也就是說(shuō)經(jīng)還原反應(yīng)后灰熔點(diǎn)降低約200℃，這無(wú)疑加速了結(jié)焦的過(guò)程。

四角切圓燃燒鍋爐在正常運(yùn)行中爐膛中心溫度應(yīng)該最高，如果四個(gè)角風(fēng)量分配不均勻，四個(gè)角燃燒器給粉量不均勻，將會(huì)引起爐膛火焰中心偏移，使最高火焰層偏移靠近水冷壁爐墻，這樣，高溫熔融狀態(tài)的灰粒就得不到足夠的冷卻而很快的粘到水冷壁上去形成焦。從我公司#1鍋爐結(jié)焦部位分析，顯然是爐膛B側(cè)風(fēng)量偏弱造成火焰中心偏移使#3、#4角的部位首先結(jié)焦。在我們的四角切圓燃燒鍋爐中，二次風(fēng)風(fēng)量大、風(fēng)速高，在組織爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流方面起著主要?jiǎng)恿氐淖饔?，二次風(fēng)配風(fēng)的優(yōu)劣直接決定了燃燒狀況的好壞。而造成鍋爐配風(fēng)不均衡的原因主要是二次風(fēng)采用四角大風(fēng)箱的配風(fēng)設(shè)計(jì)不夠合理，由于風(fēng)箱和燃燒器之間的距離短，在布置分風(fēng)門擋板和風(fēng)速測(cè)點(diǎn)存在較大的沖突，因此造成風(fēng)速測(cè)量誤差很大，風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)特性不理想，運(yùn)行人員只能通過(guò)DCS風(fēng)速顯示、擋板開度、爐膛出口煙溫和觀察爐膛火焰情況等幾個(gè)方面來(lái)綜合進(jìn)行配風(fēng)調(diào)節(jié)，如果忽視某個(gè)環(huán)節(jié)極有可能造成爐膛火焰中心偏移的現(xiàn)象發(fā)生。

另外一次風(fēng)壓低風(fēng)速小，煤粉過(guò)細(xì)，著火早等都有可能造成燃燒器部位結(jié)焦。因?yàn)楸惧仩t改燒無(wú)煙煤后，設(shè)計(jì)的一次風(fēng)量為20%總風(fēng)量，一次風(fēng)速控制在25～30m/s之間，運(yùn)行中當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行配風(fēng)調(diào)整有可能造成一次風(fēng)偏離刷墻，從而使燃燒器背火側(cè)的爐墻結(jié)焦。

4　打焦方法

4.1根據(jù)結(jié)焦成因和結(jié)焦部位采取如下運(yùn)行調(diào)整措施

首先分析結(jié)焦前、后入爐煤種的變化，主要是灰熔點(diǎn)指標(biāo)的變化情況，協(xié)調(diào)燃料部、燃灰分場(chǎng)摸清是什么方向的來(lái)煤造成鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦，立即采取措施停止該煤種進(jìn)入鍋爐燃燒，選擇灰熔點(diǎn)較高的煤種或采取混煤配煤措施上煤。

適當(dāng)降低鍋爐負(fù)荷，因結(jié)焦部位處于爐膛下部區(qū)域，所以降低負(fù)荷是以停運(yùn)A層一次風(fēng)為調(diào)整目標(biāo)，目的是降低爐膛下部溫度，防止結(jié)焦的進(jìn)一步擴(kuò)大。并適當(dāng)增加B、C、D層一次風(fēng)給粉轉(zhuǎn)速，盡可能保證鍋爐出力滿足機(jī)組負(fù)荷需要，避免大幅度降負(fù)荷造成對(duì)電網(wǎng)、用戶限電。

針對(duì)爐膛燃燒火焰中心出現(xiàn)整體偏斜向B側(cè)(爐膛左側(cè))的現(xiàn)象，在燃燒配風(fēng)方式上采取加大B側(cè)#3、#4角的二次風(fēng)速風(fēng)量，將火焰稍壓向A側(cè)保持火焰中心不偏斜，減小高溫氣流刷墻的可能，從而減緩爐墻結(jié)焦。

提高鍋爐總風(fēng)量，保持煙氣含氧量平均不低于4%，減小爐膛內(nèi)還原性氣體產(chǎn)生，特別要提高中下部的二次風(fēng)速風(fēng)量，適當(dāng)抬高火焰中心，目的是減弱燃燒器區(qū)域(即衛(wèi)燃帶區(qū)域)的煙氣溫度。

適當(dāng)提高煤粉細(xì)度，由R75≈10%提高到14%左右，適當(dāng)降低一次風(fēng)溫，提高一次風(fēng)速，這樣避免了煤粉氣流著火過(guò)早，減緩火嘴部位結(jié)焦。

4.2我公司＃1鍋爐打焦除渣方法

在采取以上運(yùn)行調(diào)整措施的基礎(chǔ)上，結(jié)焦發(fā)展的勢(shì)頭基本得到了控制，與此同時(shí)在公司領(lǐng)導(dǎo)的指揮、協(xié)調(diào)下，組織了檢修、運(yùn)行、燃灰、供水、工業(yè)編組站等部門以及青年突擊隊(duì)人員等投入了打焦的奮戰(zhàn)，不分晝夜24小時(shí)排班打焦。

首先要根據(jù)結(jié)焦部位尋找打焦口，除了10米層原設(shè)計(jì)安裝的看火孔和人孔外，還找到5米層排渣口左右兩側(cè)還設(shè)計(jì)有水冷壁讓管

圖2　

圖3　

圖4　

············缺口，從冷灰斗下部對(duì)結(jié)焦情況進(jìn)行觀察和打焦。

其次要尋找打焦的方法，前期由檢修人員用高溫耐熱鋼管制作了長(zhǎng)短不等的打焦工具，完全依靠人力捅焦的方法效果不明顯，打焦進(jìn)度很慢。經(jīng)查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，在大型電廠鍋爐中利用水力吹灰器除焦這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，它的工作原理是利用布置在鍋爐水冷壁四周的水力吹灰器，使高壓水槍(壓力約2.5MPa)的冷水流沖擊到爐墻的焦塊上，產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，使積附在爐墻上的焦渣產(chǎn)生龜裂，同時(shí)水流滲透到焦渣的裂縫中迅速受熱蒸發(fā)，由于汽化速度很快，相當(dāng)于一個(gè)微型爆炸，從而使附著在水冷壁的焦塊松動(dòng)脫落。

接下來(lái)我們借鑒了這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在我們的打焦方法上，制作了一根6米長(zhǎng)的高壓消防水噴管，利用高壓消防水(0.95MPa)在噴頭形成高速水流噴射到炙熱的焦塊上產(chǎn)生溫度應(yīng)力龜裂，每噴射2～3分鐘后組織人力用打焦棍捅焦，在間斷地采用噴水、人力打焦方法的基礎(chǔ)上，打焦工作取得重大突破，前墻冷灰斗水冷壁上的一塊大焦在受到噴水時(shí)交替溫度應(yīng)力、人工捅焦機(jī)械沖擊力和焦塊自重力的共同作用下開始垮塌(如圖2);我們又如法炮制又將另一塊大焦打下(如圖3)。

此時(shí)我們面臨著一個(gè)重大問(wèn)題，由于爐膛噴水打焦形成大量的水蒸汽，在流經(jīng)鍋爐尾部煙道后溫度逐漸降低引起飛灰粘結(jié)，并沉積在管式空氣預(yù)熱器的管壁上造成堵塞，導(dǎo)致空預(yù)器阻力異常增大，機(jī)組帶滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)出力呈現(xiàn)不足。為此公司領(lǐng)導(dǎo)果斷做出決定停止采用噴水打焦方法，否則即使把焦打下而機(jī)組出力受到長(zhǎng)期降負(fù)荷限制，對(duì)公司來(lái)說(shuō)這也是一項(xiàng)重大損失。

因此，對(duì)于側(cè)墻上最后一塊大焦的清理我們只有另辟他徑。經(jīng)過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)這塊焦渣在前后爐墻上已經(jīng)連成一片，象楔子一樣形成搭橋狀卡在“V”形冷灰斗水冷壁上，唯一的辦法只有先將焦塊從中部把它打斷(如圖4)，讓兩側(cè)的焦渣在沒(méi)有支撐的情況下把它清理干凈。我們著手打開10米層的觀察孔從上部人工打焦挖出一個(gè)缺口，同時(shí)找來(lái)風(fēng)鎬并制作了加長(zhǎng)的打焦桿從5米層的水冷壁讓管口對(duì)焦塊進(jìn)行振打清理，又經(jīng)過(guò)幾個(gè)晝夜的連續(xù)奮戰(zhàn)，最后一塊焦渣在機(jī)組頻繁調(diào)峰升降負(fù)荷(150MW～220MW)焦塊受到變負(fù)荷溫度應(yīng)力，機(jī)械振打力和自重力的作用下全部垮塌。至此，我公司＃1鍋爐打焦工作宣告勝利結(jié)束，順利完成保電保安全的艱巨任務(wù)。

5　結(jié)語(yǔ)

除焦工作是勞動(dòng)強(qiáng)度很大，危險(xiǎn)性較高的勞動(dòng)，因此，在打焦前我們做好各項(xiàng)安全措施和勞動(dòng)保護(hù)措施。

我們?cè)诳偨Y(jié)取得打焦成功經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，更重要的是如何吸取鍋爐發(fā)生結(jié)焦教訓(xùn)，特別是在運(yùn)行中燃燒調(diào)整和燃料管理等方面的問(wèn)題值得我們深思，以避免類似情況發(fā)生。

[1]李恩辰,林應(yīng)師.《鍋爐設(shè)備及運(yùn)行》.電力工業(yè)出版社出版, 1981.

[2]胡蔭平.《電站鍋爐手冊(cè)》.中國(guó)電力出版社,2005.

[3]華東六省一市電機(jī)工程學(xué)會(huì)編.《600MW火力發(fā)電機(jī)組培訓(xùn)教材》.中國(guó)電力出版社,2006.

[4]章德龍.《柳州發(fā)電廠200MW機(jī)組培訓(xùn)教材》.1993.

李軍安(1969—),男,大學(xué)本科學(xué)歷,重慶大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè),工程師,研究方向:鍋爐燃燒及發(fā)電技術(shù);

王強(qiáng)(1964—),男,大學(xué)本科學(xué)歷,廣西大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè),助理工程師,研究方向:鍋爐燃燒及發(fā)電生產(chǎn)管理;

徐立力(1964—),男,大學(xué)本科學(xué)歷,江西電力職工大學(xué)電廠熱能動(dòng)力專業(yè)畢業(yè),工程師,研究方向:鍋爐燃燒及安全生產(chǎn)管理;

周菲凡,男,華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)。