盧熠然，江雪珍，王文強

（華能（福建）能源開發(fā)有限公司福州分公司，福建 長樂 350299）

引言

為適應煤炭市場化需要，降低燃料成本，加大經(jīng)濟煤種摻燒力度是必由之路。隨著摻燒煤種的多樣化、復雜化，防止鍋爐結(jié)焦是確保鍋爐安全運行的首要任務(wù)。一般鈉鉀等堿金屬含量高的煤種，灰熔點較低，鍋爐在燃燒該煤種時交易結(jié)渣[1-2]，造成鍋爐受熱面換熱效率降低，排煙溫度升高，甚至會堵塞鍋爐排渣，引發(fā)鍋爐事故。周永剛等研究發(fā)現(xiàn)鈉鉀質(zhì)量分數(shù)大于3%，摻燒比例超過80%，可能造成嚴重的鍋爐結(jié)焦，摻燒弱結(jié)焦特性的煤種、增加吹灰等方式，可以減弱結(jié)焦的風險[3]。多次機組調(diào)停檢查發(fā)現(xiàn)，前屏過熱器、折焰角區(qū)域容易發(fā)生結(jié)焦。本文通過監(jiān)測前屏過熱器溫升率，試驗不同煤種加倉方式對鍋爐結(jié)焦的影響。

1 設(shè)備概況

1.1 鍋爐及燃燒系統(tǒng)

華能福州電廠三期2×660 MW超超臨界機組鍋爐，由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進日本三菱重工業(yè)株式會社技術(shù)制造，為變壓運行直流鍋爐，鍋爐型號為HG-2042/26.15-YM3。該鍋爐采用П型布置，單爐膛、墻式切圓燃燒方式，MPM+SOFA燃燒器，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁，一次中間再熱。調(diào)溫方式除煤/水比外，還采用煙氣出口調(diào)節(jié)擋板、燃燒器擺動、噴水減溫等方式。鍋爐尾部煙道豎井過熱側(cè)和再熱側(cè)均布置有省煤器。從下往上逐層布置A、B、C、D、E、F 6套燃燒器噴燃口。

1.2 主要設(shè)計參數(shù)（見表1）

表1 前屏過熱器設(shè)計溫升 ℃

1.3 煤質(zhì)參數(shù)（見表2）

表2 煤質(zhì)參數(shù)

2 摻燒方式

試驗按照1∶1∶1的比例進行摻燒，摻燒方式見表3。

表3 摻燒方式

3 試驗結(jié)果及分析

試驗結(jié)果表明，方式三、方式四在連續(xù)穩(wěn)定負荷運行4 h以后前屏過熱器溫升明顯下降，均發(fā)生了較強的鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象，方式二未發(fā)生明顯鍋爐結(jié)焦特性，見表4。

表4 運行4 h后屏過溫升（澳煤混） ℃

澳煤含碳量較高，其低位發(fā)熱值較高，燃燒后的火焰溫度高，將與之相鄰的印尼煤加熱到其灰熔點以上，造成印尼煤結(jié)焦。澳煤雖然其自身的灰熔點與印尼煤相近，但因其鈉鉀堿金屬質(zhì)量比重較低，表現(xiàn)的結(jié)焦特性明顯弱于印尼煤。當澳煤與褐煤相鄰時，因褐煤含碳量低，低位發(fā)熱值低且其灰熔點較高，混合摻燒時，表現(xiàn)出來的結(jié)焦特性也弱于印尼煤。

印尼煤揮發(fā)分相對較高，在煤粉燃燒初期，揮發(fā)分大量析出燃燒，消耗大量的氧氣，使其附近區(qū)域形成強還原性氛圍。通常認為主燃燒區(qū)水冷壁附近的CO的體積分數(shù)一般控制在2%或3%以內(nèi)，而O2體積分數(shù)控制在2%以上，此時主燃燒區(qū)處于氧化性或弱還原性氣氛[4-5]。當CO體積分數(shù)上升到5%~10%，O2體積分數(shù)下降到1%左右，即弱還原性轉(zhuǎn)變?yōu)閺娺€原性氛圍時，灰熔點下降28~62℃[6]，進一步加劇其與澳煤相鄰時的結(jié)焦。

4 結(jié)果驗證

為驗證不同煤種混燒方式的結(jié)焦特性，采用華能優(yōu)代替澳煤進一步進行試驗驗證，結(jié)果如下表5。試驗結(jié)果符合分析結(jié)論。

表5 運行4 h后屏過溫升（華能優(yōu)混） ℃

5 結(jié)論

5.1 鍋爐結(jié)焦發(fā)生機制

鍋爐結(jié)焦后會導致整個內(nèi)部的溫度升高，尤其在過熱器部位以及熱氣部位的溫度會進一步的上升，一旦管壁溫度不斷升高超過了原本設(shè)計的溫度會導致鍋爐整體的運行受到影響。當然在實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)發(fā)生管爆事件與管壁長期的溫度超過所設(shè)計的溫度界限，因此給電廠帶來很大的經(jīng)濟損失[7]。這主要還是和鍋爐爐膛內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)焦情況息息相關(guān)，主要的是結(jié)焦部位由于水冷壁熱量吸收降低，導致整個水循環(huán)的熱量發(fā)生變化，因此整體的安全性會受到一定的影響，當然嚴重情況下可能導致水冷發(fā)生爆炸。同時大量的結(jié)焦發(fā)生脫落或掉焦情況，水冷以及除渣儀器設(shè)備極大概率會受到影響，結(jié)焦掉落至撈渣系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽會對整個撈渣的水封形成破壞，從而導致冷風大量的從爐底部位滲透進入鍋爐，一旦冷風進入，燃燒部位的火焰著火情況會產(chǎn)生惡化，時間過長會導致鍋爐內(nèi)的負壓變化強烈，最終可能引起鍋爐滅火的可能[8]。

5.2 鍋爐結(jié)焦與煤的關(guān)系

電廠使用的燃煤品種較多，本文研究的主要分為澳煤、印尼、褐煤、華能優(yōu)，由于不同煤的質(zhì)量存在很大的差異，一旦采用質(zhì)量較差的煤很可能會導致鍋爐結(jié)焦的情況，當然不同質(zhì)量煤中成分不同，比如富含氧化硅或鋁的煤就不容易產(chǎn)生結(jié)焦的情況，這主要是由于該成分的煤熔點較高，但是如果富含大量堿性氧化物的煤很可能會導致鍋爐結(jié)焦的情況，這主要是由于堿性氧化物的煤熔點較低[9]。同時不同濃度的煤產(chǎn)生的熱負荷不同，濃度較高的煤在燃燒器的出口部位產(chǎn)生的熱負荷較高，一旦與爐墻的距離較近，鍋爐墻附件極易產(chǎn)生還原性的氣氛，這樣就極易導致鍋爐發(fā)生結(jié)焦的情況。再比如，煤粒的大小粗細也可能對結(jié)焦產(chǎn)生一定的影響，這主要是粗煤粒通過燃燒器后極易脫離主流，所以處于燃燒狀態(tài)的粉粒及灰粒容易撞上水冷壁管，進而使鍋爐結(jié)焦[10]。

5.3 鍋爐結(jié)焦與爐膛內(nèi)溫度

相關(guān)實踐研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐的結(jié)焦與燃燒器的溫度密切相關(guān)，一旦燃燒器的溫度超過常規(guī)溫度時，極易導致煤灰發(fā)生軟化和熔融，這個時候就比較容易形成結(jié)焦的情況。在實踐過程中，在一般爐膛溫度下，某些灰熔點中等的煤并不會結(jié)焦，但熱負荷集中于燃燒器區(qū)域壁面且火焰溫度較高時，灰熔點中等的煤有可能結(jié)焦。因為爐膛內(nèi)溫度升高時，煤中含有的容易揮發(fā)的物質(zhì)就會發(fā)生強烈的氣化反應[11]。比如，當爐膛出口溫度較高時，極易使爐膛上部因屏式受熱面、高溫產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。又如，當爐膛出口煙溫不均勻時，會使溫度較高的部分結(jié)渣

5.4 本次研究的結(jié)論

本文通過研究發(fā)現(xiàn)，第一，在混煤摻燒時，同等比例摻燒量，不同的組合方式，表現(xiàn)出較大差異的鍋爐結(jié)焦特性，這主要和不同煤的成分以及混合后產(chǎn)生的化學反應有很大的相關(guān)性。第二，鈉鉀等堿金屬含量高的煤種混燒時，應控制其摻燒量并應與高熱值、低揮發(fā)分煤種隔開摻燒，避免摻燒的量過多以及成分不同導致的結(jié)焦更為嚴重。第三，屏式過熱器進出口溫升，可以有效表征鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象，需要注意控制好出口溫升，減少或避免發(fā)生結(jié)焦的情況。第五，灰熔點和焦渣特性不能完全反應爐內(nèi)混燒的結(jié)焦特性，但是對鍋爐的結(jié)焦還是有一定的影響，不可忽視。