330 MW機(jī)組鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的原因分析及對(duì)策

張丙剛

(國(guó)華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

330 MW機(jī)組鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的原因分析及對(duì)策

張丙剛

(國(guó)華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

針對(duì)鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上存在的嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，分析了鍋爐結(jié)焦的主要影響因素，并提出了具體解決措施，可作為解決鍋爐結(jié)焦問(wèn)題的參考。

鍋爐；結(jié)焦；原因；對(duì)策

0 引言

某電廠鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的330 MW WGZ1100/17.45-3型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐，設(shè)計(jì)煤種為神華集團(tuán)石圪臺(tái)煤，校核煤種為神府東勝煤(神華侏羅紀(jì)煤)，采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺(tái)HP863型中速磨。燃燒器采用四角布置切向燃燒方式，共設(shè)置5層煤粉噴嘴。機(jī)組投產(chǎn)后不久，在持續(xù)的高負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上，尤其是#2、#4角出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，嚴(yán)重的結(jié)焦不但導(dǎo)致水冷壁管道溫度偏高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，而且結(jié)焦嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致排煙溫度偏高，減溫水用量偏大等情況，降低鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)爐膛內(nèi)的焦塊落下時(shí)不僅會(huì)引起爐膛負(fù)壓的較大波動(dòng)、火檢失去鍋爐滅火保護(hù)動(dòng)作，而且大塊的焦還會(huì)堵塞冷灰斗喉口，影響爐底撈渣機(jī)和碎渣機(jī)的正常運(yùn)行，從而嚴(yán)重妨礙鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 結(jié)焦影響因素分析

鍋爐結(jié)焦是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及因素較多，它不僅與燃用煤種的成分和物理、化學(xué)特性有關(guān)，還與鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)(如燃燒器的布置方式、爐膛熱負(fù)荷、爐內(nèi)空氣動(dòng)力結(jié)構(gòu)等)，同時(shí)受鍋爐的運(yùn)行工況影響(如運(yùn)行氧量、煤粉細(xì)度、爐內(nèi)溫度水平、配風(fēng)方式及爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的狀況等)。這些因素總的來(lái)說(shuō)可以分為兩大類(lèi)，一是先天因素，如燃用煤種的特性和鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)；二是后天因素，如鍋爐的運(yùn)行工況。因此，在分析解決鍋爐結(jié)焦問(wèn)題時(shí)就需要從這兩個(gè)方面來(lái)考慮，以找出鍋爐結(jié)焦的主要影響因素。

(1) 燃用煤種的影響。鍋爐實(shí)際燃用煤種較好，實(shí)際燃用神混煤種收到基低位發(fā)熱量變化范圍20.94～23.10 MJ/kg，大多時(shí)候在21.84 MJ/kg左右波動(dòng)，加上一個(gè)倉(cāng)的摻燒石炭煤種(收到基低位發(fā)熱量19.74～20.5 MJ/kg)，而設(shè)計(jì)煤種收到基低位發(fā)熱量為21.88 MJ/kg，二者相近；實(shí)際燃用煤種收到基灰分變化范圍10%～17%，大多時(shí)候在12%左右波動(dòng)，而設(shè)計(jì)煤種收到基灰分為8.12%，二者相差近4個(gè)百分點(diǎn)；實(shí)際燃用煤種可燃基揮發(fā)分在35%左右波動(dòng)，而設(shè)計(jì)煤種有35.27%；含硫量也有較大差異，實(shí)際燃煤的含硫量在0.6%左右，設(shè)計(jì)煤是0.71%。以上數(shù)據(jù)表明，燃用煤質(zhì)基本接近設(shè)計(jì)煤種，但根據(jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況，在鍋爐負(fù)荷300 MW及以上時(shí)，爐膛實(shí)際測(cè)量的主燃燒器溫度在1 300～1 500 ℃之間，特別是爐膛#2、#4角燃燒器附近的實(shí)測(cè)溫度基本在1 400～1 500 ℃之間，該溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際燃用的神混煤種(DT≤1 150 ℃，F(xiàn)T≤1 300 ℃)，導(dǎo)致鍋爐燃燒器附近容易出現(xiàn)結(jié)焦。

(2) 磨出口煤粉分配特性和煤粉細(xì)度的影響。制粉系統(tǒng)試驗(yàn)表明，各臺(tái)磨出口4根一次風(fēng)管的風(fēng)速偏差比較小，粉量分配偏差較大，例如A磨煤機(jī)的最大正偏差為50.47%，最小負(fù)偏差為-41.49%，粉量最大的管子與粉量最小的管子二者粉量差達(dá)到了2.6∶1。這種煤粉分配不均的問(wèn)題在煤質(zhì)變差、磨煤機(jī)煤量增大的情況下將變得更加嚴(yán)重。燃燒器同層4個(gè)角煤粉濃度不均勻會(huì)使局部熱負(fù)荷過(guò)高，形成局部還原性氣氛，降低灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致結(jié)焦。

(3) 燃燒器的影響。鍋爐的一次風(fēng)火嘴采用的是所謂的百葉窗式濃淡燃燒器，其設(shè)計(jì)理念是通過(guò)安裝在一次風(fēng)管內(nèi)的4塊傾斜角度被固定了的擋板，將一次風(fēng)進(jìn)行濃淡分離，分離后的濃淡兩相氣流被隔板隔開(kāi)，直至噴口。據(jù)介紹其設(shè)計(jì)的濃淡比達(dá)到了1∶4。這種結(jié)構(gòu)的燃燒器很有可能導(dǎo)致一次風(fēng)并不能被分成濃淡兩相，卻都從濃相側(cè)噴口走了，結(jié)果使一次風(fēng)速過(guò)高，對(duì)燃燒不利。另外，燃燒器安裝角度與設(shè)計(jì)角度存在著不一致現(xiàn)象，其中#3角所有一次風(fēng)噴口比設(shè)計(jì)角度大1.5°左右，其他3個(gè)角也比設(shè)計(jì)角度大。安裝角度偏大會(huì)造成爐膛假想切圓偏大、燃燒火焰偏斜、刷墻等，對(duì)燃燒器區(qū)域有結(jié)焦的不利影響。

(4) 爐膛吹灰器的影響。鍋爐安裝有76只墻式吹灰器，吹灰半徑2 m左右，而二次大風(fēng)箱燃燒器布置處和分隔屏過(guò)熱器處沒(méi)有安裝吹灰器，所以鍋爐吹灰對(duì)該兩處的結(jié)焦清除效果不是很顯著。

2 鍋爐在性能試驗(yàn)及高負(fù)荷運(yùn)行期間結(jié)焦嚴(yán)重的原因

(1) 鍋爐性能考核試驗(yàn)中，共持續(xù)12 h沒(méi)有進(jìn)行吹灰。根據(jù)其他燃用神混煤電廠的經(jīng)驗(yàn)，若不摻燒高灰熔點(diǎn)煤，鍋爐吹灰必須保證每班(8 h)一次，有些電廠甚至保持連續(xù)吹灰狀態(tài)。鍋爐純燒低灰熔點(diǎn)的神混二煤種連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行而不進(jìn)行吹灰，必然導(dǎo)致燃燒器區(qū)水冷壁甚至屏區(qū)結(jié)焦形成，結(jié)焦在得不到及時(shí)清除的情況下只會(huì)呈現(xiàn)出加劇發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

(2) 鍋爐長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行不進(jìn)行吹灰，使燃燒器區(qū)和屏區(qū)煙溫始終保持較高狀態(tài)，如高再前煙溫在試驗(yàn)期間始終維持在690 ℃左右的高位，對(duì)于低灰熔點(diǎn)的神混煤來(lái)說(shuō)有些偏高，屏區(qū)結(jié)焦在形成并得不到及時(shí)清除的情況下并不會(huì)因負(fù)荷擾動(dòng)等自動(dòng)脫落，只會(huì)進(jìn)一步被燒結(jié)并導(dǎo)致結(jié)焦惡化。

(3) 鍋爐試驗(yàn)期間燃用煤種為神混二煤種，其灰熔點(diǎn)只有1 150 ℃，屬于結(jié)焦嚴(yán)重煤種。鍋爐性能考核試驗(yàn)期間表盤(pán)平均氧量為3.7%，實(shí)測(cè)值應(yīng)為4.1%，接近設(shè)計(jì)值4.2%，對(duì)于煙煤鍋爐來(lái)說(shuō)，爐內(nèi)壁面氣氛應(yīng)處于較好水平。但本廠鍋爐由于采用了空氣深度分級(jí)技術(shù)(SOFA風(fēng))，且試驗(yàn)期間將5上、5上上、SOFA上、中層開(kāi)度均加大，導(dǎo)致燃燒器區(qū)容易產(chǎn)生還原性氣氛，再加上高溫環(huán)境、低灰熔點(diǎn)煤這兩個(gè)因素，燃燒器區(qū)易發(fā)生結(jié)焦，進(jìn)而導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫升高和屏區(qū)結(jié)焦加劇。

(4) 鍋爐性能試驗(yàn)初期燃燒器擺角處于下傾10%的狀態(tài)，使燃燒器火焰下沖到燃燒器區(qū)下部引起結(jié)焦，燃燒器區(qū)結(jié)焦對(duì)控制屏區(qū)結(jié)焦也無(wú)益處。運(yùn)行過(guò)程中將擺角上仰7%后，高再前煙溫下降約30 ℃(圖1)。

圖1 二號(hào)爐性能試驗(yàn)時(shí)鍋爐高再前煙溫和燃燒器擺角變化

3 解決措施

電廠燃用煤質(zhì)較好，灰熔點(diǎn)較低，結(jié)焦溫度是一個(gè)持續(xù)影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素。在采取措施降低燃燒溫度、緩解結(jié)焦的同時(shí)，還須保持機(jī)組持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)結(jié)焦情況在運(yùn)行調(diào)整的可控范圍內(nèi)。在綜合考慮鍋爐現(xiàn)狀后，為解決結(jié)焦問(wèn)題，同時(shí)兼顧煤質(zhì)變差時(shí)穩(wěn)燃的需要，采取了以下措施：(1) 嚴(yán)格控制煤源，保證燃用煤種的發(fā)熱量不低于4 800 kcal/kg，按1∶3的配煤方式采用石炭煤種對(duì)鍋爐進(jìn)煤進(jìn)行摻燒。(2) 通過(guò)鍋爐燃燒優(yōu)化試驗(yàn)，合理調(diào)整磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度以接近鍋爐煤粉細(xì)度的設(shè)計(jì)值(18%左右)，調(diào)整磨煤機(jī)出口粉管一次風(fēng)速均勻并接近磨煤機(jī)設(shè)計(jì)出口風(fēng)速(30 m/s左右)。(3) 調(diào)整鍋爐燃燒器二次風(fēng)周界風(fēng)門(mén)偏置，提高燃燒器#2、#4角出口一次風(fēng)粉的剛性(即設(shè)置燃燒器#2、#4角的周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度高于燃燒器#1、#3角開(kāi)度10%左右)，減緩燃燒器#2、#4角燃燒器出口煤粉對(duì)鍋爐水冷壁管道的沖刷。通過(guò)調(diào)整鍋爐頂部SOFA風(fēng)門(mén)和二次風(fēng)箱二次小風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，提高和維持二次風(fēng)箱壓力在0.5 kPa以上，以保證燃燒器出口周界風(fēng)有足夠的剛度，提高燃燒器出口一次風(fēng)粉的燃燒剛性。提高運(yùn)行磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)量，保持運(yùn)行中磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量不低于65 t/h，以提高運(yùn)行磨煤機(jī)的入口一次風(fēng)壓，提高磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉的剛性。降低運(yùn)行磨煤機(jī)的出口溫度至68～70 ℃，以適當(dāng)延緩磨煤機(jī)出口煤粉的著火距離。(4) 增加對(duì)鍋爐結(jié)焦的就地檢查次數(shù)，并對(duì)鍋爐看火孔可見(jiàn)的結(jié)焦嚴(yán)重處進(jìn)行手動(dòng)除焦。(5) 優(yōu)化鍋爐吹灰方式，控制鍋爐結(jié)焦在可控范圍內(nèi)。

4 效果評(píng)價(jià)

經(jīng)運(yùn)行調(diào)整，2011年6—9月機(jī)組負(fù)荷率達(dá)93%以上，高負(fù)荷長(zhǎng)周期運(yùn)行期間，該廠未發(fā)生因鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重引起機(jī)組負(fù)荷受限或鍋爐運(yùn)行參數(shù)超限情況，鍋爐結(jié)焦整體可控。

[1] 西安熱工研究院.華能榆社電力有限責(zé)任公司3#鍋爐結(jié)焦燃燒調(diào)整試驗(yàn)報(bào)告，2003

[2] 岑可法.鍋爐燃燒試驗(yàn)研究方法及測(cè)量技術(shù).水利電力出版社，1992

2014-09-12

張丙剛(1969—)，男，天津薊縣人，工程師，國(guó)華惠電運(yùn)行部經(jīng)理，主要從事火力發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行和管理方面的工作。