王啟延，婁倫武，秦祖斌，周 輝

(貴州赤天化桐梓化工有限責任公司 貴州桐梓 563200)

貴州赤天化桐梓化工有限責任公司(以下簡稱桐梓化工公司)以桐梓當?shù)氐母吡驘o煙煤為原料，采用GE水煤漿加壓氣化技術制取生產(chǎn)液氨和甲醇的原料氣，其中液氨通過深加工生產(chǎn)尿素。桐梓化工公司的動力系統(tǒng)配置3臺由華西能源股份有限公司制造的DGJ-220/9.8-Ⅱ6型煤粉鍋爐，該鍋爐為高溫高壓、單爐膛，自然循環(huán)，固態(tài)風冷干式排渣，全鋼架懸吊結構汽包爐，設計單爐蒸汽產(chǎn)量220 t/h。原設計鍋爐爐膛無衛(wèi)燃帶，采用桐梓當?shù)責o煙煤為燃料。受煤炭市場的影響，鍋爐實際燃用煤種與設計煤種有偏差。又因鍋爐摻燒GE水煤漿加壓氣化裝置排放的灰渣(以下簡稱氣化細渣)，導致燃燒極不穩(wěn)定，鍋爐頻繁滅火，嚴重影響了后續(xù)化工系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過反復分析后，在每角燃燒器向火側和背火側敷設衛(wèi)燃帶，取得了良好效果。

1 設備簡介

爐膛和水冷壁系統(tǒng)采用7 584 mm×7 584 mm正方形爐膛，四周為Φ60 mm×5 mm光管加焊20 mm扁鋼形成氣密性膜式水冷壁。制粉系統(tǒng)為中間儲倉式，熱風送粉。每爐配2臺鋼球磨煤機，磨煤機型號為DTM320/470。燃燒器采用四角切向布置，百葉窗式水平濃淡直流燃燒器，假想切圓為Φ561 mm逆時針切圓。燃燒器噴口布置形式從下至上為2(油)-1-1-2-2-3-OFA(OFA噴口反切12°)，兩層一次風及三次風噴口設置有側邊風。

2 實際運行情況分析

2.1 煤質情況

鍋爐設計煤種為桐梓當?shù)責o煙煤，受煤炭市場影響，鍋爐實際燃用煤種與設計煤種存在偏差。近幾年鍋爐實際燃用煤種與設計煤種部分數(shù)據(jù)比較見表1。

表1 鍋爐實際燃用煤種與設計煤種部分數(shù)據(jù)比較

2.2 運行分析

因鍋爐燃用無煙煤，鍋爐制造企業(yè)在爐型及燃燒器選型時已進行了燃燒穩(wěn)定性、燃煤適應性等方面的優(yōu)化設計，如采用更利于煤粉火炬穩(wěn)定燃燒的濃淡直流燃燒器、適合低揮發(fā)分無煙煤和貧煤的分級配風方式等穩(wěn)燃措施[1]。但實際燃用煤質基本情況如表1所示，且在摻燒氣化細渣比例改變的情況下，部分煤質指標遠低于設計煤種，如揮發(fā)分質量分數(shù)、發(fā)熱量偏低，灰分質量分數(shù)偏高，不易著火燃燒。桐梓化工公司采用鏟車配煤，均勻性較差，分層的可能性較大。鍋爐燃用了未混合均勻的燃煤，特別是燃用幾種摻配的燃煤，即氣化細渣、超低硫煤等較差燃煤時，擾動大，易引起滅火。氣化細渣、超低硫煤部分煤質數(shù)據(jù)見表2。

表2 氣化細渣、超低硫煤部分煤質數(shù)據(jù)

2013年以來，3臺鍋爐因燃燒不穩(wěn)發(fā)生滅火事故就達29次，最多的一天中滅火達8次。根據(jù)滅火數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，鍋爐滅火時的負荷并不低(見表3)，遠高于鍋爐不投油穩(wěn)燃負荷。據(jù)鍋爐近幾年運行情況來看，因燃燒不穩(wěn)發(fā)生滅火主要集中在2013年煤質變化以后。究其原因主要有兩點：一是采購鍋爐燃用煤種時未對揮發(fā)分進行限定，干燥無灰基揮發(fā)分最低時質量分數(shù)只有6%，遠低于設計煤種的要求；二是摻配氣化細渣或超低硫煤后，煤質指標下降，同時存在摻配不均勻的現(xiàn)象。

表3 鍋爐滅火時的負荷統(tǒng)計 %

3 衛(wèi)燃帶技術

提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性的措施很多，如鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術、敷設衛(wèi)燃帶、濃淡分離器燃燒穩(wěn)燃技術、調整一次風和二次風的配比方式、調整鍋爐煤質的合理性等，其中敷設衛(wèi)燃帶是重要的措施之一[2]。

鍋爐燃用無煙煤或其他揮發(fā)分含量低的貧煤，在鍋爐點火或低負荷運行時，爐膛溫度低，燃燒不穩(wěn)定，容易造成爐膛滅火。為提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性，在燃燒器標高附近的四周水冷壁敷設一層耐火材料(耐火混凝土或耐火塑料)，使燃燒器附近的水冷壁處于絕熱狀態(tài)。由于燃燒器附近水冷壁的吸熱量大大減少，燃燒器附近的爐膛溫度顯著升高，使得鍋爐在點火、燃用劣質煤或低負荷運行時，火焰比較穩(wěn)定，避免了爐膛滅火，同時可降低鍋爐灰渣殘?zhí)己俊＿@一層耐火材料就是鍋爐的衛(wèi)燃帶。鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后帶來的最大問題就是出現(xiàn)結焦，需要通過試驗找出最合理的衛(wèi)燃帶布置方式來解決該問題。桐梓化工公司結合自身鍋爐運行的特點，首先在3#鍋爐上進行了衛(wèi)燃帶敷設試驗。

3.1 衛(wèi)燃帶敷設試驗及最終參數(shù)

根據(jù)鍋爐熱力特性及實際運行情況，鍋爐衛(wèi)燃帶敷設的主要技術參數(shù)為：向火側和背火側到燃燒器噴口的距離均為爐膛寬度的6.7%；向火側、背火側衛(wèi)燃帶敷設寬度均為爐膛寬度的17.0%；衛(wèi)燃帶布置高度為上下各超出整個燃燒器200 mm；衛(wèi)燃帶總面積為爐膛總輻射受熱面的4.1%。

桐梓化工公司根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)運行情況，3#鍋爐水冷壁首先按上述參數(shù)進行衛(wèi)燃帶敷設，敷設后穩(wěn)燃效果明顯，且灰渣殘?zhí)己棵黠@下降。但因為敷設衛(wèi)燃帶后鍋爐燃燒明顯加強，燃燒器向火側敷設衛(wèi)燃帶的水冷壁結焦嚴重。為減輕鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后燃燒器向火側結焦的問題，對鍋爐衛(wèi)燃帶敷設方式進行了調整，即鍋爐向火側衛(wèi)燃帶敷設面積在原有的基礎上減少37%，同時將向火側減少的衛(wèi)燃帶面積增加到燃燒器背火側，衛(wèi)燃帶總的敷設高度和總面積保持不變。衛(wèi)燃帶敷設技術參數(shù)調整后，對桐梓化工公司1#、2#鍋爐進行了試驗，鍋爐向火側結焦情況得到了明顯的改善，穩(wěn)燃效果及灰渣殘?zhí)己肯陆敌Чc之前衛(wèi)燃帶敷設技術參數(shù)相比變化不大。根據(jù)鍋爐試驗情況，桐梓化工公司選用了改進后的鍋爐水冷壁衛(wèi)燃帶敷設技術參數(shù)。

3.2 衛(wèi)燃帶敷設效果

(1)爐膛各溫度點變化趨勢。敷設衛(wèi)燃帶后爐膛至低溫省煤器出口前的各煙氣溫度在相同負荷下總體都有所上升，通過高溫測溫儀從各觀火孔處測量3#鍋爐敷設衛(wèi)燃帶前后溫度變化，敷設衛(wèi)燃帶后爐膛溫度總體呈升高趨勢(表4)。

表4 3#鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后溫度升高情況

(2)灰渣殘?zhí)假|量分數(shù)變化情況。如圖1所示，3#鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后，灰渣殘?zhí)假|量分數(shù)總體呈減小趨勢。

(3)爐膛結焦情況。3#鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后爐內水冷壁及屏式過熱器上并無結焦現(xiàn)象，但各角燃燒器及衛(wèi)燃帶上有掛焦現(xiàn)象，向火側較多，且都在一次風噴口區(qū)域(靠近一次風噴口處較多)。

從3#鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后的運行情況看，未出現(xiàn)因燃燒不穩(wěn)而滅火的現(xiàn)象。在燃用原來的燃煤和燃用摻燒氣化細渣的燃煤期間，鍋爐燃燒都比較穩(wěn)定，同時摻燒氣化細渣質量分數(shù)從3%增加到10%后，整體燃燒也比較穩(wěn)定，總體來說燃燒穩(wěn)定性得到了有效提高。

4 結語

(1)衛(wèi)燃帶敷設后，鍋爐燃燒穩(wěn)定性提高，滅火次數(shù)明顯減少。

(2)敷設衛(wèi)燃帶后，氣化細渣摻配質量分數(shù)提高至10%，鍋爐仍能夠穩(wěn)定運行，未出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的問題。按氣化細渣摻配質量分數(shù)10%計算，每年可節(jié)約標準煤9 193 t，每年可新增經(jīng)濟效益619萬元。

(3)飛灰中可燃物質量分數(shù)平均值由敷設衛(wèi)燃帶前的11.28%下降至敷設衛(wèi)燃帶后的5.04%，僅此一項可使鍋爐熱效率提高3%以上。

(4)敷設衛(wèi)燃帶后鍋爐并未出現(xiàn)大面積結焦或較大焦塊砸壞水冷壁的現(xiàn)象，鍋爐結焦在運行中并沒有明顯加強。但因鍋爐燃用煤種發(fā)生變化后結焦情況有所增強，對3#鍋爐衛(wèi)燃帶設計面積及布置位置進行了調整，在1#、2#鍋爐上敷設后有效解決了鍋爐結焦的問題。

(5)傳統(tǒng)衛(wèi)燃帶布置方式通常是在燃燒器區(qū)域水冷壁上敷設一圈衛(wèi)燃帶[2]，這種布置方式無法避免燃燒器區(qū)域，特別是向火側衛(wèi)燃帶上的嚴重結焦。本次鍋爐衛(wèi)燃帶的布置方式采用分塊布置，且根據(jù)鍋爐實際運行中結焦情況對衛(wèi)燃帶的布置位置進行了調整，有效地解決了鍋爐敷設衛(wèi)燃帶后結焦嚴重的問題。