135MW機組煤粉鍋爐結(jié)焦原因分析及治理

王飛 姜麗鳳 馬凌雯

【搞要】 本文針對鶴煤熱電廠2×135MW機組煤粉鍋爐結(jié)焦現(xiàn)狀，從結(jié)焦機理入手，分析原因，根據(jù)分析結(jié)果制定調(diào)整措施，徹底杜絕了鍋爐的結(jié)焦現(xiàn)象，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。

【關(guān)鍵詞】 煤粉鍋爐 結(jié)焦 調(diào)整措施

河南能源化工集團鶴煤公司熱電廠（以下簡稱鶴煤熱電廠）2×135MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠制造的型號為DG-445/13.7-Π1的超高壓、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣煤粉爐。1#鍋爐自2013年鍋爐燃用發(fā)熱量僅為3500kca的中煤以來，在負(fù)荷高于90MW階段，爐膛水冷壁大面積結(jié)渣，焦塊頻繁掉落，引起爐膛負(fù)壓大幅度波動，掉落焦塊破壞爐底水封，爐膛漏入大量冷風(fēng)引起鍋爐滅火二次；較大焦塊堵塞爐膛底部冷灰斗，無法排渣，引起機組被迫停運一次，嚴(yán)重威脅到機組的安全運行。

針對1#爐頻繁掉大焦的現(xiàn)象，從結(jié)焦的機理出發(fā)，分析原因后制定運行措施，調(diào)整運行參數(shù)杜絕了爐膛大面積結(jié)焦，掉大焦的現(xiàn)象。

一、結(jié)焦機理及影響因素分析

1.1結(jié)焦機理

鍋爐燃燒過程中的結(jié)焦是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，與燃煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱、煤質(zhì)特性、燃燒調(diào)整有著密切的關(guān)聯(lián)。首先煤粉在劇烈燃燒過程中產(chǎn)生熱量，火焰中心溫度高達1500～1700℃，而我單位燃用中煤的熔融溫度為1480℃，因此火焰燃燒區(qū)域煤粉中的灰一定處于熔融狀態(tài)，這些灰粒具有一定的表面黏度。且理論上10微米的顆粒會從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域遷移，尤其在四角切圓燃燒的煤粉爐中，煤粉同時又受到旋轉(zhuǎn)的離心力作用，若調(diào)整不當(dāng)則會造成灰渣在水冷壁管壁上黏結(jié)、積聚，至自身重力大于粘結(jié)力而掉落。

1.2影響結(jié)焦的因素

1.2.1鍋爐自身固有因素

由于兩臺鍋爐設(shè)計原因，在初期投產(chǎn)階段主、再熱汽溫遠低于設(shè)計溫度，無法滿足運行要求。因此對鍋爐燃燒器噴口改為上翹12°、1#爐水冷壁敷設(shè)衛(wèi)燃帶132m2。這就使得在現(xiàn)今燃用發(fā)熱量為14.6MJ/kg中煤的熱值，遠低于發(fā)熱量為20.89MJ/kg的設(shè)計煤種的熱值，且燃煤中的收到基灰分高達47%，遠高于30%的設(shè)計值。

以上各種因素造成爐膛主燃燒區(qū)域熱負(fù)荷高于原設(shè)計值，主燃燒區(qū)域溫度水平較高，熔融的煤粉更加容易粘附在衛(wèi)燃帶上，在此部位積渣、結(jié)焦。

從看火孔與打焦孔檢查情況分析，中下層噴燃器區(qū)域結(jié)焦厚度大約500～600mm，因此鍋爐自身改造后的衛(wèi)燃帶也是引起爐膛結(jié)焦的主要原因。

1.2.2燃燒調(diào)整方面因素

1）給粉機調(diào)節(jié)失當(dāng)：當(dāng)最下層A層給粉機轉(zhuǎn)速達到總轉(zhuǎn)速的60%，由此也可以認(rèn)為整個鍋爐燃燒所需要的燃料，60%集中在A層燃燒區(qū)域，這就造成此區(qū)域的爐膛斷面熱負(fù)荷過大。

該斷面燃料燃燒放熱量與水冷壁的吸熱量的差值，無法使得帶有熔融狀態(tài)煤粉顆粒的煤粉氣流，在此區(qū)域水冷壁附近得到及時冷卻，由于熱遷移效應(yīng)、切圓因素與煤粉顆粒的離心力總和作用，煤粉顆粒更加容易黏結(jié)在水冷壁表面，進而逐漸積聚形成巨大焦塊，在自重和應(yīng)力作用下掉落，引起鍋爐負(fù)壓劇烈波動、滅火以及堵塞爐膛底部排渣口，嚴(yán)重危機機組的安全運行。

2）鍋爐運行的配風(fēng)方式是結(jié)渣的主要因素之一，一、二次風(fēng)調(diào)配比例失當(dāng)，易造成煤粉氣流混合不良，局部區(qū)域的煤粉濃度過高，其他部位濃度較低，則會高煤粉濃度區(qū)域溫度場較高，同時一次風(fēng)壓、風(fēng)速過高，引起切圓過大與煤粉顆粒離心力增加，會使得未燃盡和熔融狀態(tài)且未冷卻的煤塵顆粒黏結(jié)在管壁上，導(dǎo)致結(jié)渣進而大面積結(jié)焦。

3）過分提高一、二次風(fēng)壓，使之偏離設(shè)計風(fēng)速過多，就會產(chǎn)生火焰偏斜，引起火焰“刷墻”結(jié)焦。

4）煤粉細度的影響：煤粉細度過粗，會造成煤粉的燃盡時間增加，煤粉氣流的離心力升高，煤粉從氣流中的離析能力增加，易于使未燃盡的煤粉沖墻，黏結(jié)在受熱面管壁上積聚結(jié)焦。

二、調(diào)整措施

2.1給粉機給粉量的適當(dāng)調(diào)節(jié)

給粉量調(diào)整原則應(yīng)遵循，保證鍋爐穩(wěn)定燃燒、排煙溫度適中的前提下，上、中、下三層噴燃器口給粉量盡量保持一致，進而保證爐膛劃分為三層的主燃燒區(qū)域斷面熱負(fù)荷基本持平，不超出設(shè)計的斷面熱負(fù)荷強度。因此經(jīng)調(diào)節(jié)試驗后，將A層給粉機轉(zhuǎn)速控制在占總轉(zhuǎn)速比例的35%區(qū)間，B層控制在35%左右，C層控制在30%左右，且同層各與煤粉混合后的一次風(fēng)出口溫度偏差不超過2℃，低負(fù)荷階段收排煙溫度的影響可適當(dāng)增大A、B給粉量比例，但不應(yīng)使下層比例超出50%。

2.2調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓

鶴煤熱電廠鍋爐一次風(fēng)速設(shè)計值為22m/s，一次風(fēng)溫160℃，一次風(fēng)率為19%，一次風(fēng)管道阻力為1400Pa。由于運行中是煤粉同空氣混合后的兩相流，其管道壓力損失計算如下：

Δp-輸送管道壓力

λ---純空氣摩擦阻力系數(shù)

L---輸送管段當(dāng)量長度

Dn---樹洞管道內(nèi)徑

Vf---計算壓力工況下純空氣的末速度

g---重力加速度

K---為兩相流修正系數(shù)

μ---煤粉/空氣的比值

帶煤粉情況下k查表取值為1，μ=輸送煤粉量/（一次風(fēng)密度*一次風(fēng)量）=73000/（135470*0.8129）=0.66kg/kg由此計算出兩相流狀態(tài)下的壓力損失=1400*（1+0.66）；運行中一次風(fēng)總風(fēng)壓=噴燃器出口壓力（-20Pa）+壓力損失=2308Pa。

運行中應(yīng)該維持在2300Pa左右，防止一次風(fēng)壓過高，

著火延遲，較粗的煤粉因慣性噴射到爐墻上引起結(jié)焦。尤其是采用四角切圓燃燒的煤粉鍋爐，每個角分別由上游角推動下游角，逆時針旋轉(zhuǎn)形成燃燒切圓，增大一次風(fēng)壓會使各個角的推動力量增加，切圓增大，增加刷墻結(jié)焦的幾率。實踐證明將一次風(fēng)壓調(diào)整為2.2～2.3Kpa鍋爐無掉大焦情況發(fā)生。

2.3合理組織爐內(nèi)動力場

在現(xiàn)場觀察鍋爐前后墻打焦孔的過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐后墻結(jié)焦幾率明顯大于其他三面墻，且后墻打焦孔部位火焰顏色發(fā)白、刺目。因此說明爐內(nèi)動力切圓偏轉(zhuǎn)后墻，根據(jù)冷態(tài)動力場報告及相關(guān)，關(guān)小5%的2A、2B、2C三層一次風(fēng)門開度，后墻的結(jié)焦幾率明顯下降。

2.4適度開啟周界風(fēng)

開大周界風(fēng)同提高一次風(fēng)壓的原理基本一致，會使一次風(fēng)剛性過強，引起灰粒穿出煤粉燃燒區(qū)域刷墻掛焦，因此根據(jù)一次風(fēng)壓調(diào)整后周界風(fēng)門開度控制在20～40%之間。

2.5調(diào)整煤粉細度

由于原來運行煤粉細度R90為14%，煤粉顆粒較粗，具有較大的動量，在慣性作用下容易直接沖刷水冷壁，且相對于較細的煤粉顆粒著火需要的預(yù)熱熱高，燃不盡、溶化比例較高，沖刷水冷壁后更加容易結(jié)焦。由于燃煤中干燥無灰基揮發(fā)份為19%，因此經(jīng)驗計算得出經(jīng)濟煤粉細度為R90=0.5*22+2=13，通過調(diào)節(jié)粗粉分離器擋板開度控制煤粉細度R90為12～13。在制粉系統(tǒng)單耗無明顯增長的情況下降低了鍋爐結(jié)焦的現(xiàn)象。

三、結(jié)論

造成鶴煤熱電廠1#機組鍋爐燃用中煤后頻繁結(jié)焦的主要原因是，一是爐內(nèi)燃燒動力場、溫度場較差，二是配風(fēng)方式不合理，一次風(fēng)速過高，切圓偏斜。通過以上觀察分析調(diào)整給粉機的出力有效的均衡了爐膛主燃燒區(qū)域的斷面熱負(fù)荷，一次風(fēng)壓風(fēng)門開度及煤粉細度這三項措施，有效的遏制了鍋爐水冷壁大面積結(jié)焦和爐膛掉大焦的現(xiàn)象，保證了機組的穩(wěn)定運行，給四角切圓燃燒煤粉爐在變?nèi)剂厦悍N后出現(xiàn)結(jié)焦治理方面提供部分調(diào)整經(jīng)驗。

參 考 文 獻

[1]胡蔭平 電站鍋爐手冊[M]，中國電力出版社，2005.

[2]馮俊凱，鍋爐原理及計算[M]，科學(xué)出版社，2003.