劉 斌

華電青島發(fā)電有限公司 山東 青島 266100

1 引言

在燃煤鍋爐運(yùn)行中比較常見的問題之一就是爐膛結(jié)焦的問題，其形成原理如下：由于燃煤鍋爐爐膛內(nèi)的火焰中心溫度在1500～1700℃范圍之內(nèi)，而且爐膛內(nèi)的煤灰顆粒也處于熔化狀態(tài)，在這些處于熔化狀態(tài)中的煤灰顆粒隨著煙氣排出的過程中，在僅僅水冷壁或爐膛出口的位置就會(huì)由于煙氣溫度逐漸降低而固化，因此不會(huì)在受熱面上黏附。但是如果其與水冷壁等受熱面接觸時(shí)仍然保持熔化狀態(tài)，就容易在受熱面上由于驟冷凝固而出現(xiàn)結(jié)焦問題。尤其是在目前燃煤電廠中所應(yīng)用的煤種的品質(zhì)比較惡劣的情況下此問題更容易發(fā)生。針對(duì)此問題中比較常見的水冷壁結(jié)焦來說，不僅會(huì)增加傳熱熱阻以及降低水冷壁的吸熱能力，從而提高排煙溫度以及降低鍋爐效率。而且還要增加過熱器和再熱汽對(duì)流換熱量，導(dǎo)致出現(xiàn)管理超溫等問題，增加出現(xiàn)爆管的概率。此外還會(huì)由于減少局部水冷壁吸熱量而影響局部水循環(huán)問題，導(dǎo)致出現(xiàn)水冷壁爆管的問題。不僅如此，鍋爐中的燃燒工況發(fā)生改變時(shí)還會(huì)由于受熱面上大面積的焦塊脫落而影響燃燒的穩(wěn)定性，甚至?xí)?dǎo)致爐膛滅火問題的發(fā)生。同時(shí)水冷壁上的焦渣還會(huì)與管壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成腐蝕問題，增加其出現(xiàn)爆管事故的概率。為此就以某電廠為例對(duì)其解決鍋爐水冷壁結(jié)焦問題的低氮燃燒器改造措施進(jìn)行介紹。

2 結(jié)焦的影響因素分析

一是煤灰分特性因素。這主要是由于煤灰中不同的組成成分會(huì)對(duì)其熔融特征溫度和粘溫特性產(chǎn)生直接影響，表現(xiàn)出其中高熔點(diǎn)物質(zhì)的含量越高則會(huì)具有越高的熔點(diǎn)，反之亦然。同時(shí)還會(huì)由于具有較高的灰分而增加結(jié)焦的概率。此外煤灰的物理結(jié)果中具有越高的孔隙率，則會(huì)具有越好的燃盡性，這也會(huì)降低其出現(xiàn)結(jié)焦的概率。

二是煤粉細(xì)度因素。針對(duì)低揮發(fā)分煤種來說，煤粉細(xì)度越大導(dǎo)致其燃盡時(shí)間越長，這就會(huì)提升爐膛出口煙氣溫度并增加此位置的對(duì)流管束出現(xiàn)結(jié)焦問題的概率。同時(shí)還會(huì)由于其顆粒更大而更容易從旋轉(zhuǎn)氣流中分離出來，這就會(huì)在遇到水冷壁時(shí)出現(xiàn)結(jié)焦問題。而針對(duì)高揮發(fā)分的煤種來說，煤粉細(xì)度越小反而會(huì)由于提前著火而增加燃燒器噴口和附近區(qū)域出現(xiàn)結(jié)焦的問題。

三是煙氣氣氛。針對(duì)爐膛出口煙氣含氧量過低而表現(xiàn)出的還原性氣氛，則由于其灰熔點(diǎn)降低而增加其出現(xiàn)結(jié)焦的概率。這主要是在還原性氣氛中，爐膛內(nèi)的Fe2O3就會(huì)被還原為FeO，由于其具有較低的熔點(diǎn)，以及容易與灰渣中的SiO2形成具有更低熔點(diǎn)的物質(zhì)，這就更容易出現(xiàn)在爐膛內(nèi)結(jié)焦的問題。

四是爐內(nèi)空氣動(dòng)力場。由于爐內(nèi)燃燒器射流角度未滿足設(shè)計(jì)要求的原因會(huì)導(dǎo)致在鍋爐燃燒中出現(xiàn)火焰中心偏斜、火焰貼墻或切圓直徑偏大的問題，這都會(huì)增加出現(xiàn)水冷壁結(jié)焦的問題概率。而且在不合理的配風(fēng)情況下也會(huì)由于煤粉與空氣無法有效混合而導(dǎo)致出現(xiàn)不完全燃燒的問題，這也會(huì)增加水冷壁的結(jié)焦問題概率。

五是溫度場。經(jīng)過研究可知，爐內(nèi)溫度較低時(shí)會(huì)降低煤粉顆粒軟化或融化的概率，降低出現(xiàn)結(jié)焦的概率。這主要是由于水冷壁區(qū)域溫度較低，而在爐內(nèi)溫度普遍較低的情況下，則會(huì)使得煤灰顆粒在撞擊水冷壁之前就已經(jīng)冷卻完成，難以在水冷壁上黏附而導(dǎo)致結(jié)焦問題。

3 低氮燃燒器改造方案

由于在改造之前，一次風(fēng)沒有經(jīng)過水平濃淡分離燃燒器且其燃燒器的噴口出現(xiàn)嚴(yán)重的燒損問題，導(dǎo)致此主燃區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較多的無組織漏風(fēng)問題，這就會(huì)增加切圓而導(dǎo)致煤粉貼壁燃燒的問題。而由于靠近水冷壁的位置具有較高的問題，這就會(huì)導(dǎo)致此區(qū)域中處于熔化狀態(tài)中的煤灰顆粒在水冷壁上黏附而導(dǎo)致結(jié)焦問題。因此，針對(duì)低氮燃燒器改造，重點(diǎn)就是對(duì)主燃區(qū)內(nèi)的無組織漏風(fēng)問題進(jìn)行有效治理，主要是通過燃盡風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)配風(fēng)調(diào)整，同時(shí)在對(duì)其一次和二次風(fēng)燃燒器進(jìn)行更換之后，不改變切圓大小。具體地說就是將此燃燒器中為WR型的垂直濃淡燃燒器改換為置丘體水平濃淡分離煤粉燃燒器，而且將其中的雙通道自穩(wěn)燃式燃燒器改為微油燃燒器，并且對(duì)其一次風(fēng)標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。通過上述改造之后，通過水平濃淡分離燃燒器的應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)重新配風(fēng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)切圓直徑的調(diào)整，同時(shí)由于降低了主燃區(qū)內(nèi)的問題而降低了出現(xiàn)水冷壁結(jié)焦問題的概率。

4 改造工作對(duì)結(jié)焦特性的影響分析

4.1 對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場的影響 經(jīng)過上述改造之后，通過置丘體水平濃淡分離煤粉燃燒器可以將一次風(fēng)氣流按照8：2的比例分為濃淡兩股氣流并向爐膛內(nèi)噴入，而且其中的濃一次風(fēng)的射流反切角為8°，從而保證一次風(fēng)以及二次風(fēng)的射流方向滿足所設(shè)計(jì)的方向要求，同時(shí)還通過一次風(fēng)噴口背火側(cè)位置的側(cè)邊風(fēng)來起到隔絕一次風(fēng)與水冷壁的作用，通過“風(fēng)包粉”的燃燒方式來確保水冷壁區(qū)域中的氧化性氣氛，起到對(duì)結(jié)焦問題的抑制作用。

不僅如此，在經(jīng)過上述改造之后還使得懈怠大量煤粉的濃一次風(fēng)射流速度提高，這也提高了其剛性以及增加了著火距離，實(shí)現(xiàn)了切圓直徑的減小而避免出現(xiàn)煤粉貼墻的問題，同樣也降低了結(jié)焦的概率。

4.2 對(duì)溫度場的影響 經(jīng)過上述改造之后也對(duì)配風(fēng)方式進(jìn)行了調(diào)整，通過空氣分級(jí)低氮燃燒技術(shù)來保持此主燃區(qū)內(nèi)的空氣過量系數(shù)在0.85附近，通過此種欠氧燃燒的方式來降低主燃區(qū)內(nèi)的溫度，同樣也減少了其中處于熔化或軟化狀態(tài)中的煤灰數(shù)量。此外，對(duì)于上述“風(fēng)包粉”的燃燒方式也可以起到隔離一次風(fēng)和水冷壁的作用，同樣也減緩了靠近壁面的溫度梯度，這就會(huì)使得處于上述軟化或熔化狀態(tài)中的煤灰顆粒在與水冷壁接觸之前就已經(jīng)被冷卻固化，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)焦概率的降低。

5 結(jié)語

以某燃煤電廠為例，由于其燃燒過程中存在較為嚴(yán)重的水冷壁結(jié)焦問題，在對(duì)其結(jié)焦原理以及影響結(jié)焦問題的因素進(jìn)行分析之后，文章提出了相應(yīng)的低氮燃燒器的改造方式，并且對(duì)其改造之后的效果進(jìn)行分析，證明此改造方案的有效性和可行性。