鍋爐結焦原因及運行調整

改造者：肖振清

針對某電廠2 號鍋爐頻繁結焦問題，系統(tǒng)分析鍋爐結焦的具體原因，提出采用混煤摻燒試驗、消除氧量偏差、減少鍋爐漏風等方法，成功減輕鍋爐結焦。

某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造的HG-2145/25.4-YM12 型超臨界變壓運行直流鍋爐，前后墻對沖旋流燃燒器，爐渣采用干式排渣方式，設計煤種為甘肅華亭縣境內煙煤。該電廠2 號鍋爐投運后曾發(fā)生嚴重的結焦現(xiàn)象，表現(xiàn)為受熱面管壁超溫、排煙溫度超過設計值、爐內時有大焦脫落導致除渣系統(tǒng)碎渣機頻繁卡大渣塊跳閘，嚴重威脅機組安全穩(wěn)定運行。經治理后結焦問題大有緩解，以下結合2 號鍋爐運行情況對鍋爐結焦原因及調整對策加以分析。

結焦原因分析

燃煤摻燒

當熔融或者半熔融狀態(tài)的煤灰與鍋爐受熱面接觸時，由于受熱面溫度較低，煤灰會粘附在受熱面上而產生結焦，所以鍋爐結焦與煤灰的熔融特性有很大關系，灰熔點越低，越容易發(fā)生結焦。該電廠超臨界鍋爐設計煤種為華亭礦區(qū)煙煤，為降低電煤成本，實際采用華亭礦區(qū)煙煤煤和寧夏煤摻燒方案，其中華亭煤約占50%左右，各煤質化學分析如表1 所示。

寧夏煤揮發(fā)分高易燃，爐內燃燒集中，爐膛出口煙溫也隨之升高，而且軟化溫度較華庭煤低60℃；其次寧夏煤含硫量大，文獻2 指出隨著硫的質量分數(shù)及鐵的質量分數(shù)的增加，結渣現(xiàn)象加劇，所以寧夏煤有較強的結焦特性。實際運行中觀察也發(fā)現(xiàn)鍋爐結焦主要發(fā)生在寧夏煤摻煤比例發(fā)生變化時。

氧量偏差

煤粉缺氧燃燒時煙氣中會生成CO、H2等還原性氣體，在還原性氣氛作用下灰中高熔點的Fe2O3被還原成低熔點的FeO，使灰熔點迅速降低約200℃，燃燒器噴口處容易發(fā)生結焦。聯(lián)系熱工對空預器入口4 個氧量測點重新校正后檢查各負荷下空預器入口平均氧量均大于3%，再結合飛回含碳量及煙氣CO 含量判斷，爐內燃燒總過量空氣系數(shù)足夠，能滿足完全燃燒條件。

但如果磨煤機出粉管出粉不均或者鍋爐配風調整不當時，盡管爐內總空氣量足夠，局部仍可能出現(xiàn)缺氧產生局部還原性氣氛而導致結焦。如表2 所示，不同負荷下鍋爐B 側氧量始終較A 側氧量低。爐膛左右兩側的氧量偏差，使爐膛內在爐寬方向上產生局部還原性氣氛，造成灰熔點大幅降低，造成燃燒器區(qū)域結焦。

表2 氧量偏差

煤粉過粗

煤粉過粗的原因：入爐煤可磨性差、發(fā)熱量低，磨煤機長期運行磨輥磨損，研磨出力下降。煤質差時高負荷需六套制粉系統(tǒng)才能滿足鍋爐熱負荷需要。在燃燒調整上多采取加大一次風量，保證磨煤機通風出力，防止磨煤機堵磨；其次各磨煤機風量測點長期不準，風煤比失去參考意義，運行中主要參考磨煤機電流、出口風壓來判斷磨煤機出力狀況。特別是在高負荷時為防止磨煤機發(fā)生堵磨，通常采取高一次風壓、低動態(tài)分離器頻率的調整策略。

一次風壓越大，相同條件下動態(tài)分離器篩選出的煤粉越粗，一次風量越多，使煤粉氣流著火初期所需的熱量增多，煤粉著火推遲，抬高火焰中心，也會加重爐膛出口結焦傾向；同時過高的一次風雨，也容易使煤粉氣流沖刷爐膛內對側水冷壁。

表1 煤質分析

爐底漏風大

鍋爐采用干式除渣系統(tǒng)，用外界冷空氣冷卻爐渣并能回收爐渣部分熱量。2 號鍋爐在高負荷運行時即使鋼帶主進風門全打開，冷卻后的爐渣溫度仍大于設計值100℃，需要開啟部分鋼帶檢查孔增強通風冷卻。這無疑加大爐膛底部漏風，一方面使鍋爐底部燃燒器卷吸到的煙氣溫度大幅降低，不利于煤粉著火；另一方面爐底漏風抬高爐膛火焰中心，造成爐膛中上部燃燒過于集中，爐膛出口煙溫升高，加劇鍋爐結焦程度。

鍋爐高負荷運行時間長

鍋爐負荷越高，爐膛出口煙溫也越高，煤灰在接近受熱面時越容易保持熔融或半熔融狀態(tài)，同時高負荷煙氣流速大幅增大，煤粉火炬延長。如果鍋爐長時間高負荷運行，鍋爐結焦可能性增大。

運行調整對策

設法消除鍋爐兩側氧量偏差

為消除鍋爐氧量偏差，聯(lián)系熱工對鍋爐兩側二次風大風箱調節(jié)擋板進行重新定位，優(yōu)化擋板調節(jié)線性，檢查就地開度與DCS 開度指令基本一致；然后重新調整旋流燃燒器二次風拉桿位置，采用外二次風全開，外二次風旋流50%、內二次風及旋流50%的均等配風方式。進一步消除鍋爐兩側風量不均的影響，防止火焰偏斜。

進行混煤燃燒試驗

為了使入爐煤的燃燒性能、結焦特性接近設計煤種，發(fā)電運行部進行了細致的混煤燃燒試驗，逐步改變寧夏煤的摻燒比例，觀察鍋爐結焦情況，盡可能降低混煤結焦性和粘結性指標，保證入爐煤質量。同時加強煤質監(jiān)督管理，煤質變化時及時通知運行人員調整運行方式，優(yōu)化燃燒降低結焦的可能性。

嚴格控制煤粉細度

煤粉細度直接影響煤粉的燃盡時間，煤粉過粗時燃盡時間長則火焰中心升高，易導致爐膛出口受熱面結渣；煤粉過細時燃燒器區(qū)域熱負荷過于集中，水冷壁結渣傾向性增加。所以磨煤機動態(tài)分離器頻率應根據(jù)煤粉細度化驗結果及時調整，保證R90 在18%～25%之間，防止結焦的同時也降低了鍋爐飛灰和爐渣含碳量。

優(yōu)化鍋爐配風方式

二次風擋板在均等配風原則下，采用中間小上下大的策略，但特別是高負荷時，要將中間層的二次風門盡量關小，盡量使爐膛熱負荷分散，以降低爐膛中心溫度，防止鍋爐結焦。低負荷330MW，各運行磨煤機二次風箱擋板開度不低于40%，底層燃燒器不低于50%，燃盡風門開度不低于60%，高負荷550MW，各運行磨煤機二次風箱擋板開度不低于50%，底層燃燒器二次風箱擋板平均開度不低于80%，燃盡風門平均開度不低于90%。

增大爐內過量空氣系數(shù)，總風量要參照經濟氧量上限控制，負荷330MW 控制鍋爐氧量在4.0%，最低不低于3.5%，660MW 控制在3.5%，最低不低于3.0%。鍋爐結焦時，氧量應在上述基礎上上浮0.5%～1%。

鍋爐運行中在風量滿足要求的情況下，應適當降低一次風風量，同時根據(jù)煤質變化調整磨煤機熱風溫度，當煤質揮發(fā)分較高時，適當降低磨煤機出口風溫，推遲煤粉著火，避免燃燒器出口結焦。

減少爐底漏風

干式除渣系統(tǒng)的冷空氣量要控制在正常過量空氣系數(shù)以內，在保證鋼帶頭部溫度＜100℃的情況下，盡量關閉鋼帶風門及各人孔、檢查孔；同時及時檢查鍋爐所有人孔、觀火孔、打焦孔關閉嚴密，以減小鍋爐漏風，降低火焰中心。

鍋爐定期吹灰

當鍋爐出現(xiàn)結焦跡象，如過熱汽溫及再熱器汽溫升高、排煙溫度升高、空預器電流波動、受熱面金屬溫度超溫等現(xiàn)象時，及時投入鍋爐吹灰。高負荷時更應進行全面吹灰，防止灰渣大量積聚，控制鍋爐結焦程度。

適時降負荷運行

鍋爐長時間高負荷運行后，在用電低谷時申請低負荷運行幾小時。鍋爐熱負荷下降、爐膛溫度降低，積聚在受熱面的灰渣，從高負荷下的熔融狀態(tài)向固態(tài)化方向轉變，并且對水冷壁的附著力大大下降，冷卻的焦塊自行脫落。

結語

通過以上分析，2 號鍋爐結焦主要原因為寧夏煤硫分高、灰熔點低，混煤燃燒時摻煤不合理，入爐煤偏離設計煤種，而氧量偏差和鍋爐底部漏風加大了鍋爐結焦的可能性。通過采取以上措施后，鍋爐結焦基本得到了控制。要想進一步的解決結焦問題，還需要做大量細致的試驗，下一步計劃進行鍋爐冷、熱態(tài)空氣動力場試驗，調整燃燒器內、外二次風配風方式，細化同層二次風拉桿位置，進一步減小鍋爐沿爐膛寬度的氧量偏差。