鍋爐結焦原因分析及解決措施

摘要：分析鶴煤公司熱電廠鍋爐結焦的原因，提出解決鍋爐結焦的措施，并取得效果。

關鍵詞：鍋爐 結焦 分析與措施

鶴煤公司熱電廠2×135WM機組分別于06年、07年相繼投產，自投產以來鍋爐過熱汽溫一直達不到設計要求，影響機組的安全經濟運行，核定的額定負荷僅為114MW。經過組織專家反復計算和論證，最終確定改造方案：①在水冷壁燃燒器區(qū)域敷設衛(wèi)燃帶，區(qū)域為燃燒器高度（上三次風至下二次風以下1m左右），標高12740至19800區(qū)域范圍，衛(wèi)燃帶為分塊布置，總面積約為100m2；①燃燒器所有噴口上擺12°；③增加高溫過熱器受熱面，沿煙氣逆流方向增加4排，增加受熱面積386.6m2；三個方案同時實施，改造效果很好，各項參數(shù)均能達到設計要求。但是由于水冷壁敷設100m2衛(wèi)燃帶，鍋爐結焦問題嚴重，甚至引發(fā)掉大焦滅火事故。僅2009年#1爐掉大焦滅火事故4起，嚴重影響到鍋爐安全運行。

鶴煤公司熱電廠鍋爐是由東方鍋爐廠生產和設計，型號為DG445/13.7-Ⅱ型。

鍋爐為一次中間再熱，超高壓自然循環(huán)汽包爐，單爐膛，四角切圓燃燒，全懸吊，平衡通風，中間倉儲式，管式空氣預熱器，固態(tài)排渣，鋼構架露天布量。

1 鍋爐結焦的原因分析

1.1 設計煤種和實際燃燒的煤種偏差大是鍋爐結焦的原因之一?；业娜廴谔匦允桥袛嗝悍墼跔t膛燃燒過程中是否發(fā)生結焦的依據(jù)。煤種不同，煤的熔性溫度不同，煤的粘度也不同。如灰熔點溫度低于設計值，粘度大于設計值，當負荷升高爐膛溫度隨即升高，灰粒很容易達到軟化狀態(tài)而引發(fā)受熱面結焦。

1.2 爐內局部出現(xiàn)還原性氣體CH4、CO、H2等氣體，同時局部煙氣的氧含量較低時，使灰的熔點溫度降低時，結焦的概率增加。

1.3 爐膛燃燒區(qū)域熱負荷不平均，燃料量在某個區(qū)域偏高，局部溫度高，未完全燃燒的煤粉顆粒粘結在水冷壁的衛(wèi)燃帶上面，積聚造成結焦。

1.4 爐內空氣動力場氣流組織不合理，造成火焰中心偏斜，切圓直徑偏大，造成一次風氣流偏斜，造成局部結焦。

1.5 過量空氣系數(shù)偏小。當爐內局部區(qū)域氧量偏小且煤粉與煙氣混合不均勻時，可能產生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化，灰分中的Fe2O3被還原成FeO，F(xiàn)eO與SiO2等形成共晶體，其熔點溫度就會降低，有時會使熔點下降150～200℃，造成結焦幾率增加。

1.6 煤粉細度變粗，煤粉中的粗顆粒在爐內切圓燃燒離心力的作用下煤粉氣流中分離出來與水冷壁發(fā)生沖撞，因煤粉顆粒較粗，燃燒時間增長，沒有完全燃燒的煤粉顆粒在水冷壁衛(wèi)燃帶上繼續(xù)燃燒，造成結焦。

2 鍋爐結焦原因判斷

2.1 水冷壁敷設衛(wèi)燃帶是鍋爐水冷壁結焦的一個因素，但不是必然要鍋爐結焦滅火。通過理論分析和試驗測量相結合，得到了與吸熱能力狀態(tài)有關的特性系數(shù)■值。得出本爐ξ=1.05，屬于輕微結焦。計算方法、判別方法如下：

■

T1——灰的軟化溫度（T1=t1+273）°K

M ——幾何特性系數(shù)

ξ與爐膛平均溫度水平及灰渣特性有關，是這樣劃分的

ξ＞1.16 不結渣

ξ=1.06～1.15 基本不結渣

ξ=0.98～1.05 輕微結渣

ξ=0.91～0.97 結渣較強

ξ＜0.91 強結渣

2.2 鍋爐切圓偏斜。經冷態(tài)動力場試驗，在爐內縱橫“十”字線，坐標在A層一次風處。爐內觀察可知：俯視一次風為逆時針的切圓，爐內冷態(tài)模擬切圓為橢圓形，橢圓圓心坐標為150mm，300。切圓的前后直徑為3457mm，左右直徑為3745mm，切圓直徑略小，切圓偏于右后墻。

2.3 煤粉細度較粗。統(tǒng)計09年1月份#1爐#1制粉系統(tǒng)煤粉細度R90=17.68%，#1爐#2制粉系統(tǒng)煤粉細度R90=17.29%。我廠設計說明書要求煤粉細度R90=10%±2，實際煤粉細度高于設計煤粉細度40%左右。可見煤粉細度粗是我廠結焦的一個方面。

3 鍋爐結焦解決的措施

3.1 降低一次風風速，防止一次風氣流沖擊對側水冷壁，未完全燃燒的煤粉積聚在衛(wèi)燃帶上結焦。調整一次風箱壓力，保持一次風速在22m/s左右。70MW時調整一次風箱壓力為2.3Kpa，每升高10MW負荷提高一次風箱壓力0.1Kpa。煤質灰分高時，在原有基礎上，一次風壓提高0.2Kpa。

3.2 保持一次風粉均勻性。一方面是同層各角一次風管的風速均勻，另一方面是同層各燃燒器的風粉成比例。不均勻的一次風粉配比會使機械不完全損失增大、氮氧化合物生成增加、火焰中心偏移、爐內結焦和噴燃器燒壞。同層一次風速均勻解決辦法，根據(jù)冷態(tài)動力場試驗報告各層一次風調平數(shù)據(jù)為：1A、2A一次風門開度80%，3A、4A全開；1B一次風門開度80%，2B、3B、4B全開；1C一次風門開度78%、2C一次風門開度80%，3C、4C一次風門全開。同層一次風給粉機轉速偏差不大于30rpm，低負荷時，C層給粉機對角投入運行。#1制粉系統(tǒng)運行時，投入1C、3C給粉機運行；#2制粉系統(tǒng)運行時，投入2C、4C給粉機運行，保證爐膛熱負荷均勻。

3.3 周界風的開度。在一次風噴口外緣布置周界風，目的是有四；一是冷卻一次風噴口，防止噴口燒壞、變形；二是一次風煤粉氣流著火首先從外邊緣開始，在火焰外圍容易出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象，影響揮發(fā)分的析出，使煤粉在爐內燃燒時間增長，開啟周界風起著補氧作用。三是周界風的速度在43m/s，一次風速在22m/s，周界風速高于一次風速，這樣的好處在于增加一次風煤粉氣流剛性，防止煤粉氣流偏斜，沖擊臨側水冷壁；最后是43m/s的周界風更利于卷吸高溫煙氣，促進一次風煤粉氣流盡早著火，加劇一、二次風的混合強度。在實際運行中，運行中的一次風所對的周界開度在30%，停運一次風所對的周界風開度不小于50%。停爐檢修中發(fā)現(xiàn)三次風噴口變形嚴重，C層一次風噴口的格柵有明顯的變形。原因是三次風所對的制粉系統(tǒng)停運后冷卻風量過?。籆層一次風給粉機停運，冷卻風量過小，致使噴口格柵變形。

3.4 控制爐膛出口空氣過剩系數(shù)，并保證機械不完全燃燒和排煙熱損失最小。50%負荷時爐膛出口氧量控制在5%-7%；60%-75%負荷爐膛出口氧量控制在4%-6%。

75%負荷以上時控制爐膛出口氧量控制在3%-5%。

3.5 配風方式。采取縮腰型的配風方式，將CC層和AA層的二次風擋板開度調節(jié)為45%，AB層、BC層二次風擋板開度調為30%。采取這種配風方式可提高火焰中心的溫度，加強煤粉氣流的著火，提高燃燒的穩(wěn)定性和經濟性，爐膛結焦也可加以改善。原因在于AB層、BC層二次風處于三個一次風煤粉氣流的中間，當其動量較小時，一次風煤粉氣流對其的卷吸能力較小，負壓也較小，因此從上角來的主氣流所造成的沖擊力也較小，從而不會使一次風煤粉氣流發(fā)生嚴重偏轉沖刷水冷壁而引起在衛(wèi)燃帶上結渣。針對火焰中心偏右后墻問題，采取增大右后墻角的二次風量，將火焰中心推至爐膛中心。保證#4角的二次風門開度大于#1、#2、#3角5%的開度。

3.6 調整煤粉細度。運行中調節(jié)煤粉細度的方法主要是調整制粉系統(tǒng)的通風量和調節(jié)粗粉分離器折向擋板。通風量大時，攜帶煤粉的能力增大，煤粉細度變粗；通風量小時，攜帶煤粉的能力變小，煤粉細度變細。調整通風量調節(jié)煤粉細度的方法調節(jié)范圍較小，實際煤粉細度與設計煤粉細度差40%左右，這種方法不能將煤粉細度調至正常范圍內，所以采用調節(jié)粗粉分離器折向擋板的方法。我廠使用的是雙軸向、多通道粗粉分離器。原#1爐兩個粗粉分離器折向擋板的開度在45%，煤粉細度R90=17.5%左右，將兩個粗粉分離器折向擋板的開度關至35%，煤粉細度R90=11.5%左右，詳見數(shù)據(jù)。

４ 結論

通過對鍋爐結焦的原因分析和判斷，得出了操作過程中降低鍋爐結焦具體措施：

①調整一次風風速和一次風的均勻性。

②控制爐膛出口氧量，防止缺氧燃燒爐內結焦。

③采取縮腰型的配風方式，調整火焰中心。

④調整煤粉細度在合格范圍內。

采用以上措施后，鍋爐燃燒穩(wěn)定，經濟性提高，衛(wèi)燃帶結焦現(xiàn)象明顯減少。自2009年10月至今，未發(fā)生鍋爐掉大焦滅火事故。本文所介紹的電站鍋爐運行方面有關鍋爐結焦的分析和經驗總結，可供廣大工程技術人員及電站鍋爐運行人員參考。

參考文獻：

[1]容鑾恩等主編.鍋爐原理.中國電力出版社，1997.

[2]黃新元編著.電站鍋爐運行與燃燒調整.中國電力出版社，2003.