燃煤電站超臨界鍋爐結(jié)焦的形成機(jī)理及防治措施

劉興++韓江偉

[摘 要]鍋爐的結(jié)焦問題是燃煤電廠普遍存在問題，結(jié)焦對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與安全性均帶來不利影響。目前，國內(nèi)采用墻式切圓燃燒方式的鍋爐較多，但是多數(shù)燃用煙煤。就燃煤電站超臨界鍋爐結(jié)焦的形成機(jī)理及防治措施，本文作了淺析。

[關(guān)鍵詞]燃煤電站超臨界鍋爐 結(jié)焦 形成機(jī)理 防治措施

中圖分類號：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0064-01

國華呼倫貝爾發(fā)電有限公司2×600 MW超臨界機(jī)組鍋爐是為數(shù)不多的燃用褐煤的鍋爐。自機(jī)組投產(chǎn)以來，2臺鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，焦量多，最大焦塊直徑達(dá)1500 mm以上，大塊焦渣經(jīng)常將干除渣系統(tǒng)壓死，甚至造成機(jī)組被迫降低出力運(yùn)行，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在鍋爐停運(yùn)時，檢查2臺鍋爐受熱面結(jié)焦情況，發(fā)現(xiàn)分割屏和爐膛出口末級過熱器處無結(jié)渣現(xiàn)象，而在標(biāo)高30～60 m區(qū)域內(nèi)一段水冷壁部位有明顯的掛焦痕跡，初步確定鍋爐是因?yàn)槿廴跔畹拿夯覜_刷側(cè)墻水冷壁而發(fā)生了結(jié)焦?？椀貌缓没蛞蛟O(shè)計(jì)上存在缺陷，火焰直接沖刷水冷壁時，如果熔融狀的小渣滴在撞擊受熱面之前得不到充分冷卻，就不斷黏附在受熱面上形成結(jié)渣。

一、 鍋爐結(jié)焦的形成機(jī)理

（一） 煤質(zhì)原因

燃煤的成份，燃用煤種的煤質(zhì)對電廠鍋爐的結(jié)焦有著根本的影響。結(jié)焦的內(nèi)因受灰質(zhì)的組成成分和熔化溫度影響，溫度高于灰熔點(diǎn)時才會產(chǎn)生熔融的渣。鍋爐燃煤的灰熔點(diǎn)最低在1150℃左右，極易結(jié)焦。

（二） 煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度過粗使火焰中心上移，出口煙溫升高，造成出口受熱面結(jié)焦，所以要有合適的煤粉細(xì)度。煤粉過粗，燃燒時間和燃燒距離增長，煤粉因慣性作用會直接沖刷爐膛受熱面。再者，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結(jié)焦。

（三） 氣流沖刷受熱面

氣流攜帶溶渣沖刷到受熱面上，這與火焰中心位置、二次風(fēng)漩流強(qiáng)度、一次風(fēng)速以及運(yùn)行調(diào)整都有關(guān)系。在大修后，在不同磨煤機(jī)組合時經(jīng)常出現(xiàn)主再熱汽溫偏差大的現(xiàn)象，這和煤粉細(xì)度、燃燒調(diào)整和爐膛火焰偏斜有直接原因。

（四） 氧量控制

氧量不足，產(chǎn)生一氧化碳形成還原性氣氛，使灰熔點(diǎn)大大降低，某些工況下，特別是升降負(fù)荷時氧量控制偏低，造成過?？諝庀禂?shù)小是結(jié)焦的主要原因。

（五） 火焰鋼性

過小的一次風(fēng)速度氣流易偏斜，著火離噴口過近，易噴口附近結(jié)渣。提高火焰剛性，提高水冷壁附近氧化性氣氛，燃用高揮發(fā)份的煤種，可選用較高的一次風(fēng)速度。低負(fù)荷時為了穩(wěn)定燃燒，高熱值煙煤摻燒過多，一次風(fēng)速過低是燃燒器出結(jié)焦的另一原因。

（六）燃燒器外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度過大，煤粉在燃燒器附近燃燒，也易引起燃燒器處結(jié)焦。此外，鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行，爐溫升高，煙氣流速加快，灰顆粒冷卻不夠，也易結(jié)焦。

二、燃煤電站超臨界鍋爐結(jié)焦的防治措施

（一）來煤煤質(zhì)盡量接近設(shè)計(jì)煤種

從鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況看，當(dāng)鍋爐來煤發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量420 kJ以下時，鍋爐不會發(fā)生結(jié)焦；當(dāng)來煤發(fā)熱量比設(shè)計(jì)煤種低420 kJ以上且灰熔點(diǎn)也比設(shè)計(jì)煤種低時，鍋爐開始產(chǎn)生結(jié)焦，并隨著偏差的增大結(jié)焦會越來越嚴(yán)重。因此，鍋爐來煤煤質(zhì)是保證鍋爐不結(jié)焦的前提，應(yīng)選用盡量接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)的燃煤。盡量減少低灰熔點(diǎn)煤種的摻配比例。在目前燃用的煤種中，新疆/德隆等煤種灰熔點(diǎn)只有1150℃，屬于極易結(jié)焦煤種，應(yīng)盡量減少此類煤種的摻燒比例；優(yōu)化配煤方式，低灰熔點(diǎn)煤種在D層燃燒器上燃用；低灰熔點(diǎn)煤種搭配高灰熔點(diǎn)無煙煤在同一層燃燒器上燃用。

（二） 選擇適當(dāng)?shù)闹芙顼L(fēng)速

由于墻式切圓燃燒器具有風(fēng)粉噴射距離?。ㄓ沙Ｒ?guī)的四角切圓28 m降至20 m）、易變形的特點(diǎn)，所以選擇合適的煤粉燃燒器周界風(fēng)速，對優(yōu)化爐內(nèi)燃燒至關(guān)重要。通過實(shí)際運(yùn)行情況表明，燃燒器最佳周界風(fēng)門開度為20%～40%（即風(fēng)速保持在48 m/s左右）。合適的周界風(fēng)量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性氣氛，可有效防止結(jié)焦和高溫腐蝕。合理的調(diào)整主燃燒器外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度。一方面，將主燃燒器外二次風(fēng)旋流葉片角度至45～50°，確保風(fēng)粉良好混合；另一方面，通過將靠近兩側(cè)墻的燃燒器旋流強(qiáng)度適當(dāng)變?nèi)酰苊饣鹧鏇_刷側(cè)墻，防止側(cè)墻結(jié)焦和高溫腐蝕。適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)。額定負(fù)荷下，燃盡風(fēng)開度不大于30%，避免主燃燒區(qū)域缺風(fēng)，還原氣氛增強(qiáng)，結(jié)焦加劇，還可以補(bǔ)充下爐膛的風(fēng)量，強(qiáng)化下部燃燒區(qū)域的燃燒，使火焰中心下移，延長煤粉顆粒在爐內(nèi)的燃燒時間，降低飛灰含碳量，減少屏過結(jié)焦。二次風(fēng)擋板開度（A/B/C/D層）分別為70/70/100/100%，停運(yùn)磨二次風(fēng)開度為5%。采用正塔配風(fēng)方式，不但鍋爐效率最高，也使火焰中心下移，減少了屏過結(jié)焦。

（三） 降低爐膛與大風(fēng)箱差壓

通過采用降低爐膛與大風(fēng)箱差壓（在BMCR工況下可由設(shè)計(jì)的1 kPa降至500 Pa），以及在保證制粉系統(tǒng)不發(fā)生堵煤的前提下適當(dāng)降低一次風(fēng)率（在BMCR工況下，可將一次風(fēng)率由40%降至35%）等手段降低噴燃器出口風(fēng)粉動量，即通過降低墻式切圓上游噴燃器風(fēng)粉動量避免下游噴燃器風(fēng)粉氣流變形掃墻，從而減少貼壁燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。通過調(diào)整周界風(fēng)速和降低爐膛與大風(fēng)箱差壓，鍋爐風(fēng)粉掃墻現(xiàn)象明顯減少。

（四） 適當(dāng)提高主燃燒區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)

提高主燃燒區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)，避免因缺氧燃燒產(chǎn)生還原性氣氛，是防止燃用褐煤鍋爐結(jié)焦的有效措施。對于已投運(yùn)的燃燒器，其輔助風(fēng)應(yīng)維持相對大的開度，以保持主燃燒區(qū)所需的足夠空氣。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在滿負(fù)荷時保持省煤器出口氧體積分?jǐn)?shù)不低于4%，對防止結(jié)焦的效果較明顯。

（五） 定期檢測煤粉細(xì)度

保持合適的煤粉細(xì)度對防止褐煤鍋爐結(jié)焦具有重要意義，當(dāng)煤粉細(xì)度在設(shè)計(jì)值的±5%范圍內(nèi)變化時，對鍋爐燃燒影響不大；如超出此范圍，燃燒狀況將惡化，會加劇結(jié)焦。因此，應(yīng)定期對煤粉細(xì)度進(jìn)行檢測，將其控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在不影響鍋爐帶負(fù)荷的前提下，通過添加鋼球和調(diào)整磨煤機(jī)分離器折向擋板的方式降低各磨的煤粉細(xì)度，將煤粉細(xì)度R90控制在10～12%左右。一方面，減少了粗顆粒煤粉對水冷壁的沖刷，緩解側(cè)墻結(jié)焦；另一方面，煤粉變細(xì)后，部分原本被碳基質(zhì)包裹的內(nèi)在礦物顆粒轉(zhuǎn)化為外在礦物顆粒，外在礦物顆粒燃燒時大都處于氧化性氣氛中，減少低灰熔點(diǎn)化合物的生成；再者，煤粉細(xì)度變細(xì)后，著火提前，避免了因燃燒推后造成的屏過區(qū)域結(jié)焦。為保證煤粉細(xì)度，加強(qiáng)對磨煤機(jī)電流的控制，A、B、C、D磨煤機(jī)電流為155A、155A、160A、155A。

（六） 適當(dāng)開啟燃盡風(fēng)擋板，實(shí)現(xiàn)兩段燃燒

在保證主燃燒區(qū)不出現(xiàn)還原性氣氛的前提下，適當(dāng)開啟燃盡風(fēng)擋板，以拉長爐膛火焰，實(shí)現(xiàn)分級供風(fēng)，降低爐膛燃燒區(qū)域熱負(fù)荷，從而降低該區(qū)域的煤灰及煙氣溫度；但在爐膛總風(fēng)量一定的情況下，如果燃盡風(fēng)的開度過大，又會造成燃盡風(fēng)與主燃燒區(qū)搶風(fēng)現(xiàn)象，使主燃燒區(qū)因缺氧燃燒而發(fā)生結(jié)焦。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷大于滿負(fù)荷的60%時，開啟下層燃盡風(fēng)擋板；當(dāng)負(fù)荷大于滿負(fù)荷的80%時，開啟上層燃盡風(fēng)擋板，這種運(yùn)行方式可起到良好的防結(jié)焦效果。

（七） 對鍋爐噴燃器噴射角度進(jìn)行改造

利用機(jī)組大修機(jī)會，對鍋爐噴燃器噴射角度進(jìn)行相應(yīng)的改造，縮小切圓直徑，減少風(fēng)粉掃墻現(xiàn)象的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]李健陳福春.超臨界機(jī)組鍋爐防結(jié)焦措施探討[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù).2012.03期

[2]劉志強(qiáng) 董建軍 彭望明 徐愛祥.燃煤電站鍋爐折焰角積灰的原因分析及對策研究[J].鍋爐技術(shù).2009.05

[3]張東民 盧 軍.鄒縣電廠1 000 MW超超臨界鍋爐結(jié)焦的原因及對策[J].電力科學(xué)與工程.2008.09

[作者簡介] 劉 興（1985—），男，內(nèi)蒙古人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)從事火力發(fā)電廠運(yùn)行工作。