300MW機(jī)組鍋爐燃燒系統(tǒng)改進(jìn)優(yōu)化

梁志剛

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046021）

1 引言

2008年，由于電煤市場(chǎng)的變化，漳山發(fā)電有限責(zé)任公司一期2×300MW機(jī)組WGZ1045/17.5-1型鍋爐，開始摻燒劣質(zhì)煤以降低燃料成本。但自摻燒劣質(zhì)煤以來，爐膛掉焦現(xiàn)象十分頻繁，經(jīng)常由于掉焦發(fā)生卡澀撈渣機(jī)事件甚至還導(dǎo)致鍋爐滅火。2009年以來，因爐膛掉焦已造成多次鍋爐滅火事件。通過停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁衛(wèi)燃帶下層及上層衛(wèi)燃帶沿噴口切圓方向結(jié)焦嚴(yán)重，有時(shí)發(fā)現(xiàn)掛焦已將6片衛(wèi)燃帶全部包覆，厚度可達(dá)1 m，并且焦塊成片竄結(jié)現(xiàn)象明顯，是影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的共同攻關(guān)，提出了噴燃器噴口調(diào)整和衛(wèi)燃帶改進(jìn)方案，2010年12月份和2011年3月份，分別在#1爐和#2爐大修時(shí)按照方案進(jìn)行了實(shí)施，取得了預(yù)期效果。#1機(jī)組已經(jīng)連續(xù)安全運(yùn)行349天，#2機(jī)組也未發(fā)生過掉焦滅火事件。

2 概述

2.1 鍋爐介紹

山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司一期鍋爐是由武漢鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的WGZ1045/17.5-1型鍋爐。鍋爐型式為：亞臨界自然循環(huán)汽包爐，鋼球磨中儲(chǔ)式冷一次風(fēng)機(jī)制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉，直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，四角布置，切向燃燒方式，尾部雙煙道布置，煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，噴水減溫控制過熱汽溫，容克式三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，刮板撈渣機(jī)連續(xù)固態(tài)出渣，鍋爐一次再熱，平衡通風(fēng)，全鋼構(gòu)架，半露天島式布置。

2.2 燃燒器

WGZ1045/17.5-1型鍋爐燃燒器采用美國(guó)CE公司引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造，采用大風(fēng)箱、大切角、固定式燃燒器,燃燒器四角布置，采用帶有“百葉窗”濃縮器的左、右水平濃淡直流燃燒器。一次風(fēng)噴口之間布置了小二次風(fēng)，一次風(fēng)噴口布置了側(cè)邊風(fēng)。在爐內(nèi)形成小直徑雙切園燃燒，切園直徑分別為Φ803、Φ972 mm，平均燃燒角3°。頂部?jī)蓪尤物L(fēng)和燃燼風(fēng)反切10°，假想切圓直徑分別為Φ1 982和Φ2 153 mm。

燃燒器每角共有14個(gè)噴口，其中，4只一次風(fēng)噴口和8只二次風(fēng)噴口，兩只三次風(fēng)噴口。二次風(fēng)一部分作為燃料風(fēng)，設(shè)在每只煤粉噴嘴周圍，一部分作為頂部燃燼風(fēng)，經(jīng)燃燒器頂部的二次風(fēng)噴嘴送入爐膛；其余部分作為輔助風(fēng)，與煤粉噴嘴相間布置，形成均等配風(fēng)。所有二次風(fēng)都由二次風(fēng)門調(diào)節(jié)，由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。整個(gè)燃燒器高度8 714 mm。

2.3 衛(wèi)燃帶布置情況

由于設(shè)計(jì)煤種為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩(wěn)燃，在下爐膛四面水冷壁敷設(shè)了較多的衛(wèi)燃帶，布置在標(biāo)高為17.4～25 m的燃燒區(qū)域，總面積149.95 m2。

2.4 掉焦滅火統(tǒng)計(jì)

從2009年6月—2010年5月份統(tǒng)計(jì)一期兩臺(tái)機(jī)組因?yàn)榈艚箿缁疬_(dá)9次，給鍋爐的安全運(yùn)行造成巨大隱患。詳細(xì)情況見表1。

表1 機(jī)組掉焦滅火統(tǒng)計(jì)表

3 爐膛結(jié)焦原因分析

3.1 結(jié)焦基本原理

（1）灰顆粒向水冷壁面輸運(yùn)是結(jié)焦的重要環(huán)節(jié)?；翌w粒的輸運(yùn)機(jī)理主要有3類：第一類為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散；第二類為熱遷移；第三類為慣性遷移。對(duì)于尺寸小于1 μm顆粒和氣相灰分,氣相擴(kuò)散是重要的輸運(yùn)機(jī)理；對(duì)于小于10 μm的顆粒，熱遷移是一種重要的輸運(yùn)機(jī)理；對(duì)于大于10 μm的灰粒，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運(yùn)的重要因素。在典型的煤粉鍋爐中，氣流速為10～25 m/s時(shí)，直徑為5 μm～10 μm灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。

（2）鍋爐爐內(nèi)中心溫度約為1 500～1 700℃，煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200～300℃，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動(dòng)過程中，由于灰顆粒運(yùn)動(dòng)速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長(zhǎng)大。因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時(shí)的狀態(tài)對(duì)渣的結(jié)聚、長(zhǎng)大具有重要影響。

（3）煤灰粒子的冷卻過程取決于爐內(nèi)總體溫度水平及水冷壁附近溫度水平，溫度增高，結(jié)焦程度將按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。

（4）水冷壁附近的溫度分布除與爐膛中心溫度、水冷壁吸熱熱流有關(guān)外，還與水冷壁表面的清潔程度有關(guān)。當(dāng)水冷壁表面附有衛(wèi)燃帶時(shí)，表面溫度迅速增高。這不僅有可能使灰渣表面具有黏性，捕捉飛灰，而且還降低了慣性輸運(yùn)灰粒的冷卻程度，因而灰渣的積聚具有自加劇性，即一旦發(fā)生結(jié)焦，其程度將會(huì)越來越嚴(yán)重，直到外層灰渣因熔化而發(fā)生自流。

（5）同一煤種的灰渣，在弱還原性中，其灰熔點(diǎn)最低，在氧化性中則較高。

（6）若一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng)，容易產(chǎn)生燃燒不完全，產(chǎn)生大量的CO，使灰熔點(diǎn)降低，導(dǎo)致結(jié)焦。

3.2 結(jié)焦原因分析

（1）通過電科院做實(shí)驗(yàn)測(cè)試，鍋爐燃用煤種DT（變形溫度）為1150～1260℃，屬中等結(jié)焦性煤種，雖然其ST（軟化溫度）為1 500℃，但其結(jié)焦性將比設(shè)計(jì)煤種大為增強(qiáng)。

（2）由于設(shè)計(jì)煤為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩(wěn)燃，在下爐膛水冷壁敷設(shè)較多的衛(wèi)燃帶，從表2可以看出，本公司設(shè)計(jì)的爐膛斷面熱負(fù)荷較高，再加上夏季機(jī)組背壓超設(shè)計(jì)值導(dǎo)致鍋爐經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)行，使得燃燒區(qū)域爐膛熱負(fù)荷偏高（100%ECR工況下＞1 800℃），爐膛溫度高，熔融的煤粉極易黏附在衛(wèi)燃帶上結(jié)焦、積渣。這是結(jié)焦的主要原因，從現(xiàn)場(chǎng)看，結(jié)焦主要是出現(xiàn)在爐內(nèi)標(biāo)高17～25 m的衛(wèi)燃帶上。

（3）通過常用煤種和設(shè)計(jì)煤種比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)際燃用煤種的低位發(fā)熱值偏低，含灰量偏高，這就使燃料消耗量大大增加，相應(yīng)的灰分也會(huì)大大增加，過多的灰分在衛(wèi)燃帶上沉積，形成大焦塊，加大了結(jié)焦的嚴(yán)重性。燃用較差煤種時(shí)含硫量增高，使?fàn)t膛出現(xiàn)較明顯結(jié)焦。

表2

（4）燃用熱值較低的煤種時(shí)，沒有合理調(diào)整煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度較大時(shí)，由于著火的推遲和著火的不完全，可以有效地降低爐膛溫度，但煤粉細(xì)度太大時(shí)反而由于慣性的作用直接沖刷對(duì)面水冷壁，導(dǎo)致結(jié)焦更為嚴(yán)重。煤粉細(xì)度小，燃料著火提前且著火完全，爐膛溫度升高，反而更易結(jié)焦。

4 鍋爐結(jié)焦解決措施

4.1 調(diào)整燃燒器區(qū)域水冷壁衛(wèi)燃帶面積，防止結(jié)焦

鍋爐原設(shè)計(jì)衛(wèi)燃帶面積149.6 m2，其中，前后墻衛(wèi)燃帶面積各38.4 m2，左右衛(wèi)燃帶墻面積36.39 m2，鍋爐改造后衛(wèi)燃帶面積96.4 m2，其中，前后墻衛(wèi)燃帶面積各24.8 m2，左右衛(wèi)燃帶墻面積23.4 m2，前后墻改造前后見圖1、圖2。

4.2 調(diào)整噴燃器角度

4.2.1 衛(wèi)燃帶改造對(duì)氣溫的影響

4.2.1.1 衛(wèi)燃帶改造前氣溫

圖1 原設(shè)計(jì)前后墻衛(wèi)燃帶布置圖

圖2 改造完成后前后墻衛(wèi)燃帶布置圖

燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，過熱汽溫及再熱氣溫基本控制在535～540℃，在大于75%THA負(fù)荷時(shí)，鍋爐定壓運(yùn)行，過熱器噴水量約5～29 t/h；在60%～75%THA負(fù)荷時(shí)，滑壓運(yùn)行，過熱器噴水量約10～30 t/h，基本可以滿足要求。

4.2.1.2 衛(wèi)燃帶改造后對(duì)氣溫及噴水量的影響

燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，在滿足過熱氣溫及再熱氣溫的情況下，75%THA以上負(fù)荷定壓運(yùn)行，75%THA負(fù)荷以下滑壓運(yùn)行，過熱器噴水量約0～20 t/h，尾部再熱器煙氣份額基本不變。鍋爐氣溫基本可以滿足要求，但過熱器噴水量偏低。

從上述數(shù)據(jù)可知，衛(wèi)燃帶面積減少對(duì)汽溫的影響有限，但由于原設(shè)計(jì)對(duì)流受熱面積偏少，雖然氣溫能保證，但減溫水量調(diào)整裕度偏小，故衛(wèi)燃帶減少后應(yīng)采取適當(dāng)措施，以改善氣溫偏低的情況。

4.2.2 解決方案

本公司技術(shù)人員和武漢鍋爐廠原設(shè)計(jì)人員取得了聯(lián)系，就鍋爐燃燒系統(tǒng)作了詳細(xì)的計(jì)算和校核，決定提高1.3 m爐膛火焰中心，即燃燒器噴口角度上調(diào)8°（上、下二次風(fēng)噴口和三次風(fēng)共4層不上調(diào)），以改善氣溫偏低的情況。

燃燒器上擺后氣溫情況：100%THA負(fù)荷時(shí)，燃用日常煤種，過熱器噴水量由5.2 t/h提高至27.2 t/h，再熱煙道份額由36%減至35%；燃用較差煤種，過熱器噴水量分別由22.3 t/h提高至36 t/h，再熱煙道份額由34%減至33%。

燃燒器上擺后，過熱器噴水量調(diào)整裕度增大，而尾部再熱煙氣份額變化較小，對(duì)保證鍋爐過熱氣溫和再熱氣溫的效果明顯。

4.3 控制結(jié)焦的其他措施

（1）在有條件的前提下，合理提高煤粉細(xì)度，降低煤灰顆粒細(xì)度，防止或減輕結(jié)焦。

（2）鍋爐爐膛吹灰器必須完善投用，必須嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程對(duì)爐膛進(jìn)行吹灰。

（3）煤場(chǎng)存煤要按不同煤質(zhì)進(jìn)行分堆，根據(jù)實(shí)際煤質(zhì)情況配制入爐煤，有條件時(shí)，可摻燒其他不易結(jié)焦的煤種。

（4）將磨煤機(jī)出口溫度由設(shè)計(jì)值90℃降至70～75℃，降低了一次風(fēng)粉混合溫度。

（5）二次風(fēng)擋板調(diào)整，開大BB/BC/CC三層,E/F/FF三層保持全開，減弱燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，降低衛(wèi)燃帶區(qū)域爐膛溫度，使煤粉著火推后。

5 效益評(píng)估

（1）通過噴燃器噴口調(diào)整和衛(wèi)燃帶改進(jìn)，避免了掉焦卡澀撈渣機(jī)和鍋爐滅火事件的發(fā)生，保證了機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）由于鍋爐滅火重新啟動(dòng)產(chǎn)生燃油每次為10 t，每年按9次來計(jì)，直接經(jīng)濟(jì)效益10×9×8 000=72萬元/年。

（3）減少了鍋爐啟動(dòng)次數(shù)，延長(zhǎng)了機(jī)組使用壽命，間接地降低了生產(chǎn)成本。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)發(fā)電廠煤粉鍋爐廣泛存在燃煤煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種現(xiàn)象，且日常燃用煤質(zhì)普遍較差，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。文章以漳山公司一期2×300MW機(jī)組燃煤鍋爐為研究對(duì)象，針對(duì)煤種變換后燃燒系統(tǒng)存在的問題展開研究，并取得了效果，為存在類似問題的電廠起到拋磚引玉的作用。

[1]賈宏祿.鍋爐低氮燃燒改造后結(jié)渣原因分析及處理.動(dòng)力工程.2009，29（1）：28-30.

[2]李磊，王紅松，孫紹增等，四角燃燒無煙煤鍋爐穩(wěn)燃性能分析.節(jié)能技術(shù)，2006，24（4）：366～368.

[3]柳成亮，電站四角切圓燃燒無煙煤鍋爐燃燒器改造研究與應(yīng)用，電力學(xué)報(bào)，2006，21（4）：504-507.