王義，李鵬，曾琦，張大德，俞立洋

(1.新疆華電發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠，烏魯木齊 830017； 2.新疆新特能源股份公司自備電廠，烏魯木齊 830011)

0 引言

某電廠2×350 MW機(jī)組，設(shè)計(jì)燃用準(zhǔn)東煤。西安熱工研究院有限公司提供的相關(guān)資料表明，準(zhǔn)東煤水分高、中等熱值、灰中氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。運(yùn)行中氧量對鍋爐結(jié)焦有重要的影響,氧量是表征爐內(nèi)整體燃燒的參數(shù)，代表爐內(nèi)配風(fēng)情況，決定爐內(nèi)氣氛，影響爐膛出口溫度。從控制參數(shù)氧量入手，對準(zhǔn)東煤進(jìn)行變氧量試驗(yàn)。通過試驗(yàn)確定合適的氧量，可有效改善爐膛溫度場均勻性，有利于減緩結(jié)焦。準(zhǔn)東煤有著價(jià)格低、揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦等特性，燃用后普遍出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，威脅鍋爐安全運(yùn)行。因此，如何提高準(zhǔn)東煤的摻配量，盡量多燃用準(zhǔn)東煤而又能保證鍋爐的安全運(yùn)行、降低發(fā)電成本，已成為新疆有關(guān)發(fā)電企業(yè)急需解決的問題。

1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

某電廠2臺(tái)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的超臨界鍋爐，鍋爐型號為HG-1176/25.4-HM2。鍋爐為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型、緊身封閉布置，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐，中速磨煤機(jī)配置直吹式制粉系統(tǒng)。每爐配6臺(tái)MPS160HP-II磨煤機(jī)，5運(yùn)1備。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，每層4個(gè)噴口對應(yīng)1臺(tái)磨煤機(jī)。分離燃盡風(fēng)(SOFA)在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角，以實(shí)現(xiàn)分級燃燒，降低NOx排放量。鍋爐以最大連續(xù)出力工況(BMCR)為設(shè)計(jì)參數(shù)。該電廠鍋爐的主要參數(shù)見表1，設(shè)計(jì)煤種成分分析見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤種及灰成分分析

從表2可以看出，設(shè)計(jì)煤種氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了35.3%，三氧化硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了33.95%，二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.07%，三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.57%，氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.16%，氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.38%，說明大量燃用準(zhǔn)東煤的鍋爐通常會(huì)有結(jié)焦問題。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)思路

由于準(zhǔn)東煤灰渣熔融、沾污特性與爐內(nèi)溫度密切相關(guān)，爐內(nèi)各處溫度變化會(huì)直接關(guān)系到爐內(nèi)結(jié)焦和沾污程度。因此，在試驗(yàn)過程中，通過觀察火孔實(shí)測爐內(nèi)各處溫度來判斷鍋爐整體結(jié)焦趨勢。

試驗(yàn)是在準(zhǔn)東煤摻燒比例為50%的前提下，保證鍋爐蒸發(fā)量維持在1 130 t/h而進(jìn)行的變氧量試驗(yàn)。改變氧量后，測量不同氧量下爐內(nèi)各層溫度，分析試驗(yàn)結(jié)果，找出氧量變化對結(jié)焦的影響規(guī)律。

2.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

(1)在底層(AA)輔助風(fēng)之下、AB層噴燃器之間、CD層噴燃器之間、EF層噴燃器之間、鍋爐分離燃盡風(fēng)(SOFA)之下、SOFA風(fēng)之上總共選取24個(gè)看火孔位置作為爐膛煙溫測量點(diǎn)。具體看火孔標(biāo)高見表3。

表3 看火孔標(biāo)高 mm

(2)購置1臺(tái)爐膛高溫紅外測溫儀。

(3)為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可對比性、可分析性，盡量保持每個(gè)工況在同一負(fù)荷下進(jìn)行(鍋爐蒸發(fā)量在1 130 t/h)試驗(yàn)，每個(gè)工況調(diào)整后穩(wěn)定2 h再進(jìn)行測溫。

2.3 氧量變化對爐溫影響試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

氧量變化試驗(yàn)溫度記錄見表4。

表4 氧量變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)的主要目的是分析氧量的變化對爐膛煙溫分布的影響。與AA層以下、AB噴燃器之間、CD噴燃器之間3個(gè)高度氧量為6.0%時(shí)溫度相比，氧量為4%和4.5%時(shí)，工況3溫度最低；在EF噴燃器之間高度氧量為4.5%，工況2溫度最低；在SOFA風(fēng)之上位置氧量6.0%，工況3溫度最低，氧量對爐內(nèi)溫度的影響如圖1所示。

圖1 氧量對設(shè)計(jì)煤爐內(nèi)各高度平均溫度的影響

在圖1中，橫坐標(biāo)數(shù)字刻度1～6與表3中看火孔位置高度相對應(yīng)。位置1為SOFA風(fēng)之上垂直水冷壁之下溫度平均值；位置2為SOFA風(fēng)之下溫度平均值；位置3為EF噴燃器之間溫度平均值；位置4為CD噴燃器之間溫度平均值；位置5為AB噴燃器之間溫度平均值；位置6為AA風(fēng)以下溫度平均值。

對爐膛溫度平均值整體進(jìn)行了對比，氧量4.0%的整體溫度最高。工況2總體溫度高于工況3，工況3在EF噴燃器以上和AB噴燃器以下的范圍溫度略高于工況2，AB噴燃器和EF噴燃器之間工況2溫度略高于工況1。

根據(jù)氧量4.0%，4.5%，6.0% 3種工況的實(shí)際結(jié)焦情況，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行了分析：氧量由4.0%提高至6.0%后，主燃燒區(qū)溫度下降明顯，在AB噴燃器之間溫度平均值下降79 ℃；在SOFA風(fēng)上下相鄰區(qū)域氧量升高對溫度的影響不明顯。

由溫度整體對比圖可知，對于位于SOFA風(fēng)之上高度，氧量為4.5%的爐膛煙溫最低，而其他氧量下爐膛煙溫水平均會(huì)升高，其原因分析如下：在試驗(yàn)過程中，對末級再熱器處人孔門的火焰狀況進(jìn)行了觀察，依然有燃燒中的炭粒飄到受熱面上，若氧量偏低，煤粉到了SOFA風(fēng)高度不能燃盡，火焰中心抬高，造成爐膛出口煙溫提升；若氧量偏高，會(huì)使煤粉在爐膛主燃燒區(qū)內(nèi)燃燒過于劇烈，增強(qiáng)輻射放熱造成燃燒溫度升高，也會(huì)使?fàn)t膛出口溫度升高。因此，對于燃燒準(zhǔn)東煤的鍋爐，應(yīng)該存在一個(gè)最佳氧量區(qū)間，氧量在此區(qū)間外鍋爐平均溫度都會(huì)升高，增加結(jié)焦趨勢。在已有3個(gè)工況下判斷氧量在4.5% 時(shí)為最優(yōu)氧量。從另一方面看，對于高揮發(fā)分的準(zhǔn)東煤來說，4.0%氧量應(yīng)該可以保證煤粉顆粒達(dá)到較好的燃盡程度，但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，氧量增大到6.0%，能明顯促進(jìn)燃燒，說明煤粉顆粒比較粗或者四角煤粉進(jìn)入爐膛，出現(xiàn)煤粉不均勻現(xiàn)象。

鍋爐運(yùn)行需要選擇合理的運(yùn)行氧量，調(diào)整后鍋爐氧量應(yīng)滿足燃燒相應(yīng)煤種，并且防止局部熱負(fù)荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣氛。當(dāng)爐內(nèi)局部氧量小且煤粉與空氣混合不均時(shí)，該區(qū)域產(chǎn)生還原性氣氛，煤粉在還原性氣氛中不能完全氧化?；抑蠪e2O3被還原成FeO，生成的FeO與SiO2等會(huì)形成共晶體，其灰熔點(diǎn)僅為1 065 ℃，會(huì)使灰熔點(diǎn)下降150～200 ℃。增加鍋爐結(jié)焦趨勢，威脅運(yùn)行安全。

當(dāng)煤質(zhì)有波動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員沒辦法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，造成鍋爐燃燒配風(fēng)方式不能處于最佳狀態(tài)，特別是上層噴嘴煤粉顆粒燃盡性變差，有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處未燃盡。未燃盡的煤粉結(jié)焦主要在分隔屏底部和水平煙道，結(jié)焦后容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風(fēng)機(jī)出力增大?？蛇m當(dāng)提高鍋爐運(yùn)行氧量，避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛。

4 結(jié)論

燃用易結(jié)焦的準(zhǔn)東煤，需根據(jù)煤質(zhì)變化和鍋爐等特性，通過相應(yīng)的變氧量試驗(yàn)，確定常用負(fù)荷的最優(yōu)氧量。運(yùn)行中要嚴(yán)格控制爐內(nèi)氧量變化，盡量在相同負(fù)荷維持穩(wěn)定的氧量，避免發(fā)生氧量波動(dòng)造成爐內(nèi)局部還原氣氛或氧化氣氛，進(jìn)而導(dǎo)致爐內(nèi)溫度升高并發(fā)生結(jié)焦。

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