中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司 劉忠軒 蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司 金方舟 王 建

近年來，為了降低燃料成本，國(guó)內(nèi)各電廠普遍燃用經(jīng)濟(jì)煤種，多次出現(xiàn)燃用低熔點(diǎn)煤導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的事件[1-5]。鍋爐結(jié)焦將影響受熱面?zhèn)鳠?，降低鍋爐效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)迫使機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行乃至停機(jī)。影響鍋爐結(jié)焦的因素較多，由于各電廠爐膛結(jié)構(gòu)、燃用煤種、運(yùn)行方式、設(shè)備狀況的參數(shù)不同，結(jié)焦原因也不盡相同。某燃煤電廠煤源以市場(chǎng)煤為主，煤源較雜，煤質(zhì)變動(dòng)較大，先后出現(xiàn)兩次結(jié)焦情況，影響了機(jī)組正常運(yùn)行。通過對(duì)入爐煤的化驗(yàn)檢測(cè)，分析了導(dǎo)致兩次結(jié)焦的主要原因，并通過針對(duì)性的運(yùn)行調(diào)整基本解決了結(jié)焦對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的影響，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

某機(jī)組鍋爐型號(hào)為B&WB-2091/26.15-M，系北京B&W公司設(shè)計(jì)的超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、露天布置的π型鍋爐，鍋爐配有帶循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為淮南潘集煙煤，校核煤種為國(guó)投新集煤。鍋爐尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣調(diào)溫?fù)醢逭{(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。鍋爐豎井下設(shè)置兩臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。鍋爐采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，鍋爐配有六臺(tái)HP1063型磨煤機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)投運(yùn)五臺(tái)磨煤機(jī)，一臺(tái)作為備用，每臺(tái)磨煤機(jī)供一層燃燒器；燃燒器分三層對(duì)稱布置在鍋爐的前后墻，每層6只燃燒器，前后墻各18只，共36只燃燒器，配置B&W公司DRB-XCL型燃燒器及NOx噴口（OFA）。

DRB-XCL型燃燒器上配有雙層強(qiáng)化著火的調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)，從開式環(huán)形大風(fēng)箱來的二次風(fēng)分兩股進(jìn)入到內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，少量的內(nèi)層二次風(fēng)作引燃煤粉用，而大量的外層二次風(fēng)用來補(bǔ)充已燃燒煤粉燃盡所需的空氣，并使之完全燃燒。內(nèi)、外層二次風(fēng)具有相同的旋轉(zhuǎn)方向。二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度可以改變，其旋轉(zhuǎn)氣流能將爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦矫悍壑饏^(qū)，使煤粉得到點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒。鍋爐設(shè)計(jì)煤種見表1。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤種參數(shù)

2 結(jié)焦事件一

2.1 事件經(jīng)過

受煤炭市場(chǎng)影響，該電廠于某月購(gòu)入低熔點(diǎn)煤兩批次共約2萬(wàn)t，當(dāng)月26日采用爐外摻混的方式，低熔點(diǎn)煤與常用動(dòng)力煤采用1:1方式加兩臺(tái)鍋爐的中層磨。次月1日發(fā)現(xiàn)#2爐#3渣井結(jié)焦嚴(yán)重，擠壓頭部位有一長(zhǎng)約2m、寬約1.4m、厚約0.4m的大型焦塊，不得不采用人工搗焦的方式進(jìn)行清理。由于焦塊硬度過高，在碎渣機(jī)處較多焦塊無(wú)法破碎，導(dǎo)致碎渣機(jī)堵塞。撈渣機(jī)擠壓頭頻繁動(dòng)作，仍然無(wú)法確保順利排渣，不得不頻繁進(jìn)行人工搗焦。

2.2 原因分析

對(duì)兩批次低熔點(diǎn)煤分別進(jìn)行了灰熔點(diǎn)和灰成分化驗(yàn)，結(jié)果見表2和表3。

表2 灰熔點(diǎn)化驗(yàn)結(jié)果

煤的灰熔點(diǎn)作為煤灰顆粒開始熔融、燒結(jié)的重要特征溫度，通常被用作評(píng)價(jià)煤種沾污、結(jié)焦傾向的判定依據(jù),此外用于判別煤結(jié)焦特性的指數(shù)主要有堿酸比、硅比、硅鋁比、綜合指數(shù)等。各判別指數(shù)的判斷界限見表4。

表4 結(jié)焦判別指數(shù)的界限

根據(jù)灰分化驗(yàn)結(jié)果計(jì)算了兩批次煤的判別指數(shù)，結(jié)果見表5。

表5 低熔點(diǎn)煤結(jié)焦判別指數(shù)

從表5可以看出除硅鋁比以外，其他結(jié)渣特性判別指數(shù)均為嚴(yán)重。

2.3 運(yùn)行調(diào)整

由煤質(zhì)分析可知，此次結(jié)焦主要原因在于煤質(zhì)灰熔點(diǎn)較低，遠(yuǎn)低于鍋爐設(shè)計(jì)煤種（＞1500℃）。

避免結(jié)焦的關(guān)鍵在于降低燃用低熔點(diǎn)煤所處區(qū)域溫度，進(jìn)行了如下運(yùn)行調(diào)整：一是后墻中、底層燃燒器的截面熱負(fù)荷相對(duì)較低，后墻底層磨全部燃用低熔點(diǎn)煤，后墻中層磨采用1:1爐外預(yù)混加倉(cāng)。二是增大兩側(cè)外二次風(fēng)開度，降低燃燒煙氣貼壁，減小側(cè)墻壁面還原性氛圍。三是加強(qiáng)鍋爐受熱面壁溫監(jiān)視，增大受熱面的吹灰頻次，保持受熱面的清潔，降低受熱面的黏結(jié)能力。

在進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整后，鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r有明顯改善，至兩批次低熔點(diǎn)煤燃盡未發(fā)生大面積掉焦和生成大焦塊事件，鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，壁溫未發(fā)生大的偏差。

3 結(jié)焦事件二

3.1 事件經(jīng)過

電廠新進(jìn)一批澳洲進(jìn)口煤，從化驗(yàn)結(jié)果來看，該煤屬于較為優(yōu)質(zhì)的煙煤。于當(dāng)月18日1:40開始澳煤加#1、#2爐各倉(cāng)。19日10:30發(fā)現(xiàn)#1爐有大塊焦掉落至渣井內(nèi)，落焦呈熔融狀，擠壓頭反復(fù)擠壓無(wú)法擠碎；其中#1渣井落焦數(shù)量多，焦塊較小，#3渣井掉落一塊大焦，焦塊外部堅(jiān)硬內(nèi)部呈熔融狀。19日12:00調(diào)整澳煤與煤場(chǎng)動(dòng)力煤1:1加倉(cāng)，對(duì)渣井進(jìn)行人工清焦；20日9:50#1機(jī)組解列調(diào)停備用。

19日19:00發(fā)現(xiàn)#2爐撈渣機(jī)大量落渣堵塞，落渣呈熔融狀，開啟擠壓頭反復(fù)擠壓清理，20日14:00開始停止澳煤上倉(cāng)，改全袞礦動(dòng)力煤上#2爐各倉(cāng)；20日15:40大塊焦塊脫落至#2爐渣井，擠壓頭來回?cái)D壓清理，之后#2爐結(jié)焦情況有所緩解。24～25日配合盤煤，煤場(chǎng)堆澳煤削頂加#2爐E、F倉(cāng)，25～26日#2爐再次出現(xiàn)較大焦塊脫落至渣井。

3.2 爐內(nèi)檢查

#1機(jī)組調(diào)停后，28日對(duì)#1爐內(nèi)結(jié)焦情況進(jìn)行檢查，前屏、后屏過熱器下方未見掛焦，前后墻水冷壁未見掛焦及結(jié)焦痕跡；A側(cè)水冷壁冷灰斗區(qū)域殘余少量結(jié)焦，有多處小塊結(jié)焦脫落后殘余痕跡，與停爐前#1渣井頻繁掉落小塊結(jié)焦相符；B側(cè)水冷壁上層燃燒器至燃燼風(fēng)噴口區(qū)域殘余大塊結(jié)焦，焦塊較薄，中層燃燒器至上層燃燒器區(qū)域有大塊結(jié)焦脫落后殘余痕跡，與停爐前#3渣井掉落的大塊結(jié)焦相符。

3.3 原因分析

出現(xiàn)結(jié)焦?fàn)顩r后，懷疑此批澳煤灰熔點(diǎn)偏低導(dǎo)致爐膛結(jié)焦。根據(jù)上述摻燒低熔點(diǎn)煤的經(jīng)驗(yàn)，采取的調(diào)整措施如下：一是僅在底層磨一倉(cāng)燃用澳煤，暫停其他倉(cāng)澳煤加倉(cāng)。二是降低兩側(cè)燃燒器二次風(fēng)旋流強(qiáng)度。三是調(diào)整二次風(fēng)門開度，開大靠近側(cè)墻燃燒器二次風(fēng)門。

次月10日6:00，#1爐底層磨一倉(cāng)上澳煤，11日9:30觀察螺旋水冷壁壁溫測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)偏差，判斷有可能出現(xiàn)結(jié)焦情況，隨后渣井開始出現(xiàn)焦塊，驗(yàn)證了結(jié)焦的判斷。通過上述調(diào)整，未能解決結(jié)焦問題。

此次摻燒澳煤的結(jié)焦原因與摻燒低熔點(diǎn)煤不同。為尋找燃用澳煤結(jié)焦的原因，對(duì)澳煤進(jìn)行了煤質(zhì)分析和灰成分分析，同時(shí)化驗(yàn)了燃用澳煤前的袞礦動(dòng)力煤以及焦塊作為對(duì)比。煤質(zhì)分析結(jié)果見表6，灰成分分析結(jié)果見表7。

表6 煤質(zhì)分析結(jié)果

表7 灰成分分析結(jié)果

從表6數(shù)據(jù)來看，澳煤為較為優(yōu)質(zhì)的煙煤，澳煤灰熔點(diǎn)稍低于袞礦動(dòng)力煤，渣樣灰熔點(diǎn)更低一些。盡管澳煤灰熔點(diǎn)稍低于設(shè)計(jì)煤種，但從前文敘述中可知，該機(jī)組采用底層磨燃用低熔點(diǎn)煤的方式順利燃用了ST溫度僅有1100℃左右的低熔點(diǎn)煤，因此判斷灰熔點(diǎn)并不是本次燃用澳煤結(jié)焦的主要原因。

根據(jù)表3和表7數(shù)據(jù)，計(jì)算了澳煤的各結(jié)焦判別指數(shù)，結(jié)果見表8。

表8 澳煤結(jié)焦判別結(jié)果

從判別結(jié)果來看，各判別指數(shù)之間存在顯著差異。澳煤僅有硅鋁比（Nsio2/Nal2O3）一項(xiàng)判別結(jié)果為嚴(yán)重，其余均為輕微。袞礦動(dòng)力煤僅有硅比（G）一項(xiàng)為中度，其余均為輕微。渣樣灰熔點(diǎn)為中度，但已達(dá)到中度判斷的邊界接近輕微區(qū)間，硅鋁比為中度但達(dá)到邊界接近嚴(yán)重，其余均為輕微。

從化驗(yàn)結(jié)果來看，灰熔點(diǎn)并不是導(dǎo)致結(jié)焦的主要原因，因此采用底層磨燃用澳煤未能解決結(jié)焦問題。為順利燃用此批次澳煤，需要根據(jù)燃燒狀況進(jìn)一步進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，避免結(jié)焦影響機(jī)組正常運(yùn)行。

3.4 運(yùn)行對(duì)策

從上文分析可知，采用燃用低熔點(diǎn)煤的運(yùn)行方式無(wú)法避免機(jī)組在燃用澳煤時(shí)結(jié)焦，煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果顯示各結(jié)焦判別指數(shù)之間存在顯著差異。為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，需將機(jī)組的結(jié)焦情況控制在一定范圍內(nèi)，防止生成過大的焦塊影響機(jī)組正常運(yùn)行，故制定如下運(yùn)行策略：一是機(jī)組上層磨僅在高負(fù)荷時(shí)投運(yùn)，采用澳煤僅加倉(cāng)上層磨的方式避免澳煤連續(xù)燃用。二是定期進(jìn)行磨煤機(jī)組合切換。三是通過改變爐膛負(fù)壓、改變配風(fēng)方式、調(diào)整爐膛氧量等方式增加擾動(dòng)。

在采用新的運(yùn)行策略后，未再有大的焦塊脫落，機(jī)組壁溫未出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間大幅度的偏差，說明通過間歇性燃用澳煤、增加機(jī)組擾動(dòng)的形式有效避免了大焦塊的生成，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論

一是由于中下層燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷較低，后墻燃燒器煙氣行程較遠(yuǎn)，采用后墻中下層磨燃用低熔點(diǎn)煤的可有效控制鍋爐結(jié)焦。

二是通過間歇性燃用、增大爐膛擾動(dòng)的方式，有效控制了機(jī)組在燃用澳煤時(shí)的結(jié)焦?fàn)顩r，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

三是在燃用陌生煤種時(shí)要加強(qiáng)對(duì)于鍋爐受熱面、渣井等處的監(jiān)視，通過水冷壁壁溫和渣井落焦情況判斷爐內(nèi)結(jié)焦?fàn)顩r，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題避免出現(xiàn)嚴(yán)重事故。

四是煤的結(jié)渣特性難以判斷，各判別指數(shù)之間也會(huì)存在較大差異，電廠一般僅具備化驗(yàn)灰熔點(diǎn)的能力，僅從灰熔點(diǎn)判斷結(jié)焦特性可能會(huì)與實(shí)際情況出現(xiàn)較大偏差。

五是影響鍋爐結(jié)焦的因素較為復(fù)雜，對(duì)于不同煤質(zhì)引起的結(jié)焦并無(wú)通用的解決方法，需要根據(jù)實(shí)際情況采用合適的解決方案。