燃用準(zhǔn)東煤對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

李鵬，曾琦，任建平，俞立洋

（新疆新特能源股份公司自備電廠，烏魯木齊 830011）

燃用準(zhǔn)東煤對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

李鵬，曾琦，任建平，俞立洋

（新疆新特能源股份公司自備電廠，烏魯木齊 830011）

準(zhǔn)東煤有著價(jià)格低廉、揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦的特性，燃用后結(jié)焦嚴(yán)重，直接威脅鍋爐的安全運(yùn)行。新疆新特能源股份公司自備電廠采用科學(xué)理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行了摻配摻燒并采取了防結(jié)焦措施，摻配摻燒后，有效降低了爐膛出口煙溫，減少了鍋爐結(jié)焦，保證了鍋爐安全運(yùn)行。

準(zhǔn)東煤；摻配摻燒；爐膛溫度；結(jié)焦

1 問(wèn)題的提出

準(zhǔn)東煤田儲(chǔ)量大，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)3 900億t，目前累計(jì)探明煤炭資源儲(chǔ)量為2 136億t，煤田成煤面積1.4萬(wàn)km2，是我國(guó)目前最大的整裝煤田。以現(xiàn)在我國(guó)煤炭年產(chǎn)量計(jì)算，一個(gè)準(zhǔn)東煤田可供全國(guó)使用100年。作為新疆地區(qū)四大煤源之一，準(zhǔn)東煤已經(jīng)成為烏昌地區(qū)各發(fā)電企業(yè)的主要用煤。

近年來(lái)，由于煤電價(jià)格的脫節(jié)，使得新疆地區(qū)各火力發(fā)電廠的經(jīng)營(yíng)壓力非常大。在國(guó)家宏觀政策的調(diào)控下，電煤價(jià)格一路攀升，電煤供應(yīng)呈現(xiàn)“價(jià)高質(zhì)低”的通行態(tài)勢(shì)。為了緩解發(fā)電廠的經(jīng)營(yíng)壓力，各發(fā)電企業(yè)多方采購(gòu)發(fā)電用煤，這樣會(huì)直接導(dǎo)致發(fā)電廠入爐煤品質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種。對(duì)于燃料成本占發(fā)電成本70%的發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，如何最大限度保證燃煤儲(chǔ)量和防止入爐煤結(jié)焦，實(shí)施燃料配煤摻燒措施和運(yùn)行人員燃燒調(diào)整是一個(gè)重大的技術(shù)問(wèn)題。

2 鍋爐概況

新疆新特能源股份公司自備電廠（以下簡(jiǎn)稱自備電廠）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(hào)為HG-1176／25.4-HM2，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)、∏型，采用緊身封閉布置，鍋爐為不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)直流鍋爐，采用中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐配6臺(tái)MPS160HP-II型磨煤機(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(duì)應(yīng)1臺(tái)磨煤機(jī)。鍋爐分離燃盡風(fēng)（SOFA）燃燒器布置在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角，以實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，降低NOx排放。鍋爐以最大連續(xù)出力（BMCR）工況為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)條件下，5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，鍋爐能長(zhǎng)期帶BMCR負(fù)荷運(yùn)行。＃1，＃2鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，表中ECR表示額定工況。

表1＃1，＃2鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3 燃用準(zhǔn)東煤對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

3.1 煤質(zhì)特征

自備電廠＃1，＃2鍋爐設(shè)計(jì)煤種及核對(duì)煤種參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2 影響分析

（1）制粉系統(tǒng)出口溫度較低。因準(zhǔn)東煤水分較大且磨煤機(jī)出口溫度低，導(dǎo)致煤粉推遲燃燒、著火點(diǎn)遠(yuǎn)、火焰中心上移、爐膛出口煙溫升高，造成爐膛結(jié)焦，給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)影響。低負(fù)荷會(huì)影響著火的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)將使燃燒惡化。為提高磨煤機(jī)出口溫度，必須提高一次風(fēng)壓和風(fēng)溫，在低負(fù)荷時(shí)需要運(yùn)行4臺(tái)磨煤機(jī)。

表2 自備電廠＃1，＃2鍋爐設(shè)計(jì)煤種及核煤種參數(shù)

（2）爐膛出口煙溫升高，與同工況相比，鍋爐低溫過(guò)熱器入口煙溫上升約20℃，鍋爐容易結(jié)焦，運(yùn)行中減溫水量增大，受熱面管壁溫度上升。

（3）負(fù)荷在300MW以上時(shí)，就地實(shí)測(cè)鍋爐本體47.1m屏式過(guò)熱器后兩側(cè)煙溫，溫度達(dá)到1 250～1300℃，檢查鍋爐水平煙道后發(fā)現(xiàn)積灰、結(jié)焦比以前嚴(yán)重，高溫過(guò)熱器管排間有明顯的大塊焦。

（4）檢查撈渣機(jī)刮板上黑焦塊明顯增多，說(shuō)明爐膛結(jié)焦量大。

4 燃煤摻燒的依據(jù)

針對(duì)自備電廠來(lái)煤煤源及鍋爐結(jié)焦實(shí)際狀況，來(lái)煤煤質(zhì)要根據(jù)以下條件進(jìn)行摻配。

（1）按照＃1，＃2鍋爐設(shè)計(jì)煤種的變形溫度1025℃、軟化溫度1 040℃選取煤種，1 025-100＝925（℃），1040-150＝990（℃），兩者選取低者作為入選煤種上述計(jì)算根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種相關(guān)規(guī)范要求確定。

（2）根據(jù)自備電廠鍋爐對(duì)各煤種燃燒的實(shí)際情況，將灰熔點(diǎn)軟化溫度高于1025℃和二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%作為主要判斷依據(jù)，氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為輔助判斷依據(jù)來(lái)選取摻配比例。

1）灰熔點(diǎn)軟化溫度高于1 025℃且二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)50%，為不易結(jié)焦煤，摻配煤與結(jié)焦煤以1∶1比例摻配。

2）灰熔點(diǎn)在1 000～1 025℃內(nèi)且二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%～50%內(nèi)，視為弱結(jié)焦煤，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷170MW以下負(fù)荷實(shí)際情況，摻配煤與結(jié)焦煤以1∶1比例摻配。

3）灰熔點(diǎn)低于1025℃，二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于40%，即認(rèn)為是結(jié)焦煤。

4）無(wú)論二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)或氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)如何，只要灰熔點(diǎn)低于1 000℃就視為結(jié)焦煤，必須摻配。

（3）在燃用摻配煤種時(shí)，對(duì)各臺(tái)鍋爐的爐膛出口煙溫進(jìn)行測(cè)量，在該煤種煤質(zhì)條件下，＃1鍋爐負(fù)荷不大于300MW，＃2鍋爐負(fù)荷不大于320MW。負(fù)荷高于此限時(shí)，爐膛出口煙溫會(huì)大幅度升高，鍋爐容易結(jié)焦。

5 二次風(fēng)配風(fēng)方式

通過(guò)試驗(yàn)可知，在高負(fù)荷的情況下，主蒸汽流量為1130 t／h、一次風(fēng)壓為8.8 kPa、氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.0%。二次風(fēng)配風(fēng)方式分別為束腰型、倒塔型、鼓腰型，爐內(nèi)溫度分布發(fā)生了明顯變化。爐內(nèi)29個(gè)溫度對(duì)比狀況如圖1所示。

圖1 爐內(nèi)29個(gè)溫度對(duì)比

由圖1可以清楚地看出：束腰型的配風(fēng)方式下，爐內(nèi)溫度分布整體較低，這種配風(fēng)方式有利于爐膛煙溫的控制。

6 防結(jié)焦措施

（1）鍋爐主蒸汽流量在50%額定容量以上時(shí)，必須連續(xù)投入蒸汽吹灰。吹灰時(shí)，母管蒸汽應(yīng)保持較高的壓力。

（2）加強(qiáng)設(shè)備巡檢次數(shù)。每班2次檢查管屏和迎火面結(jié)焦積灰情況，同時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視引風(fēng)機(jī)電流、低溫過(guò)熱器入口或低溫再熱器入口煙溫。當(dāng)參數(shù)異常時(shí)，立即就地檢查水冷壁結(jié)焦是否嚴(yán)重，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)爐膛吹灰次數(shù)。從人孔及打焦孔觀察（每小時(shí)1次）是否有熔融狀態(tài)的焦落下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)人孔火焰顏色發(fā)亮、刺眼且有液態(tài)熔融焦及底部有結(jié)焦情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并聯(lián)系有關(guān)人員清焦，同時(shí)應(yīng)減負(fù)荷降低爐膛出口煙溫并聯(lián)系燃料運(yùn)行人員盡快換煤。

（3）爐渣的正常顏色應(yīng)為黃色，當(dāng)某種元素超標(biāo)及爐內(nèi)工況變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同顏色的焦。低溫焦很酥松，密度小。中溫焦為半琉璃狀和琉璃狀的結(jié)焦。高溫焦就是煤粉幾乎完全熔化且呈現(xiàn)琉璃狀的結(jié)焦，甚至可以形成花崗巖狀的結(jié)焦，質(zhì)地非常堅(jiān)硬，顏色偏黑，有高溫熔化的小孔。以此可以推斷當(dāng)班的煤質(zhì)情況以及作為爐膛是否結(jié)焦的輔助判斷手段。

（4）當(dāng)燃用煤種的灰分變形溫度、軟化溫度、半球溫度、融化溫度接近且熔點(diǎn)較低的煤時(shí)，煤的灰分會(huì)迅速地變成熔融狀的流體，黏附在受熱面上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在爐膛內(nèi)壁形成成片的結(jié)焦區(qū)，使?fàn)t膛內(nèi)水冷壁吸熱量減少、爐膛出口煙溫升高。當(dāng)發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)刮板上較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)渣以及經(jīng)常落下大塊熔融狀的無(wú)法破碎的黑焦時(shí)，此時(shí)應(yīng)特別注意爐內(nèi)結(jié)焦情況。

（5）煤質(zhì)較差期間，在總負(fù)荷允許的情況下，采取輪流帶低負(fù)荷的方式進(jìn)行掉焦。自備電廠采用了4臺(tái)磨煤機(jī)低負(fù)荷的掉焦方式。負(fù)荷降至200MW以下，主、再熱蒸汽溫度由566℃滑降至520℃時(shí)，由于負(fù)荷降低，爐溫迅速降低，附著在受熱面上的焦塊迅速冷卻，與管壁的接觸面積發(fā)生變化，附著力隨之變化，焦塊就掉落下來(lái)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2013年下半年自備電廠共發(fā)生異常結(jié)焦8次，及時(shí)采取低負(fù)荷掉焦措施，避免了鍋爐停運(yùn)。

（6）采取倒停磨煤機(jī)改變?nèi)紵行牡臄_動(dòng)方式進(jìn)行了擾動(dòng)掉焦。通過(guò)對(duì)燃燒中心溫度的調(diào)節(jié)，改變了爐膛內(nèi)的溫度分布，使高溫區(qū)溫度下降，焦塊掉落。

7 結(jié)束語(yǔ)

基于逐漸增加準(zhǔn)東煤摻燒比例的趨勢(shì)，準(zhǔn)東煤摻燒比例的加大會(huì)對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生較大的影響，給鍋爐正常運(yùn)行帶來(lái)極大的壓力和考驗(yàn)。在采取有效的摻配方式和比例下，積極采取防范措施，及時(shí)除焦，可避免因結(jié)焦而造成的鍋爐被迫停運(yùn)事故。

［1］蒙毅，劉家利.特變電工新疆硅業(yè)有限公司350MW機(jī)組鍋爐燃用天池能源南露天礦煤鍋爐設(shè)備選型研究［R］.西安：西安熱工研究院，2011.

［2］岑可法.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)箅［M］.北京：中國(guó)科學(xué)出版社，1994.

（本文責(zé)編：王書(shū)平）

TK 227.2

：A

：1674-1951（2015）01-0068-03

李鵬（1978—），男，新疆烏魯木齊人，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理方面的工作（E-mail：lpc77＠163.com）。

曾琦（1975—），男，新疆烏魯木齊人，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理方面的工作（E-mail：2622918928＠qq. com）。

任建平（1987—），男，甘肅白銀人，高級(jí)工，從事火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行方面的工作（E-mail：1376658860＠qq.com）。

俞立洋（1988—），男，新疆烏魯木齊人，助理工程師，從事火力發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行方面的工作（E-mail：yuliyangyly＠163.com）。

2014-03-14；

2014-09-23

新疆維吾爾自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目資助（XJKJ1400）