600?MW機(jī)組鍋爐爐膛結(jié)渣特性的試驗(yàn)和分析

李朋濤，齊海麗

(陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西 商洛 726000)

600?MW機(jī)組鍋爐爐膛結(jié)渣特性的試驗(yàn)和分析

李朋濤，齊海麗

(陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西 商洛 726000)

針對(duì)某電廠600 MW機(jī)組鍋爐爐膛結(jié)渣嚴(yán)重的現(xiàn)象，對(duì)鍋爐進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)整試驗(yàn)；結(jié)合爐內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象描述、煤粉細(xì)度測(cè)量結(jié)果、爐膛溫度場(chǎng)記測(cè)結(jié)果等，對(duì)結(jié)渣原因進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的解決措施，以減輕鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象。

鍋爐；結(jié)渣；燃燒調(diào)整；煤粉細(xì)度

0 概況

在我國(guó)的發(fā)電企業(yè)中，燃煤發(fā)電機(jī)組仍占主導(dǎo)地位。由于電站鍋爐煤質(zhì)變化較大，煤粉鍋爐爐膛結(jié)渣問(wèn)題尤為突出，嚴(yán)重威脅著發(fā)電機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

某電廠8號(hào)600?MW機(jī)組采用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的SG2093/17.5-M912型汽包鍋爐。該鍋爐采用亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、全封閉布置。鍋爐制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，配6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)帶1層煤粉噴嘴。燃燒器為直流式，煤粉噴嘴自下而上分別為A，B，C，D，E，F(xiàn)?6層布置，共24個(gè)噴嘴。二次風(fēng)一部分作為燃料風(fēng)，設(shè)在每個(gè)煤粉噴嘴的周圍；一部分作為燃盡風(fēng)，設(shè)在燃燒器的頂部，用1層噴嘴引入爐膛；其余部分作為輔助風(fēng)。4組燃燒器四角布置，在爐內(nèi)形成切圓燃燒，并可上下擺動(dòng)，用以調(diào)節(jié)汽溫。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

為了解決結(jié)渣問(wèn)題，尋求最佳運(yùn)行方式，對(duì)鍋爐進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容有以下幾項(xiàng)。

(1)?氧量場(chǎng)標(biāo)定。在額定負(fù)荷對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙道進(jìn)行氧量場(chǎng)標(biāo)定，確定煙氣取樣代表點(diǎn)，以便確定送入爐內(nèi)風(fēng)量是否合適。

(2)?煤粉細(xì)度測(cè)量。在磨煤機(jī)出力為60?t/h時(shí)，取樣并篩分6臺(tái)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度，了解鍋爐日常煤粉細(xì)度；并通過(guò)改變磨煤機(jī)分離器擋板位置，確定合適的煤粉細(xì)度。

(3)?二次風(fēng)門開(kāi)度記錄。記錄鍋爐燃料風(fēng)門、燃盡風(fēng)門、輔助風(fēng)門開(kāi)度、風(fēng)箱爐膛差壓等數(shù)據(jù)，了解鍋爐日常運(yùn)行時(shí)二次風(fēng)配風(fēng)方式。

(4)?運(yùn)行表盤氧量與實(shí)際氧量比較。記錄不同負(fù)荷下的表盤平均氧量，并與相應(yīng)的實(shí)測(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)口氧量進(jìn)行比較，了解實(shí)際入爐總風(fēng)量大小。

(5)?爐膛火焰溫度場(chǎng)測(cè)量。通過(guò)看火孔測(cè)量爐膛火焰溫度，了解和判斷鍋爐結(jié)渣位置。

(6)?爐底大渣形態(tài)觀測(cè)。通過(guò)爐底看火孔和出渣口觀察大渣的顏色、形狀，了解和判斷鍋爐結(jié)渣的原因及位置。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鍋爐爐膛結(jié)渣原因分析

2.1.1??爐內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象描述

該鍋爐自投運(yùn)以來(lái)，爐內(nèi)一直存在結(jié)渣現(xiàn)象，經(jīng)常引起爐膛底部出渣口堵塞。結(jié)渣現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，渣塊長(zhǎng)度可達(dá)2—3?m，直接蓋住爐底渣口，導(dǎo)致鍋爐無(wú)法正常排渣。

在運(yùn)行中，通過(guò)看火孔觀察結(jié)渣情況；由于看火孔觀察范圍有限，無(wú)法確定結(jié)渣的具體位置。從爐膛9.6?m處的兩側(cè)墻中部看火孔和人孔門觀察到有大片液態(tài)渣。仔細(xì)觀察渣樣，有些渣塊有一面存在水冷壁的印痕，而且有約100?mm厚度的渣結(jié)構(gòu)疏松，說(shuō)明可能是由于積灰引起的結(jié)渣。由于水冷壁附近積灰造成傳熱受阻，積灰溫度升高，使積灰呈熔融狀態(tài)，部分熔融渣塊最后粘結(jié)成大塊渣。同時(shí)，當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時(shí)，煤粉中的部分灰粒會(huì)呈熔融、半熔融狀態(tài)，如果這部分灰粒在到達(dá)受熱面之前得不到足夠的冷卻，就會(huì)有較強(qiáng)的粘附能力；而當(dāng)受熱面表面(或沉積物表面)溫度高于一定值時(shí)，這部分灰粒會(huì)因慣性撞擊而粘附在受熱面上。粘附在受熱面上的熔融、半熔融灰粒在受熱面上冷卻后，可能會(huì)在某些因素(如重力、氣流剪切力、灰粒撞擊等)的作用下脫落，也可能因撞擊的熔融、半熔融顆粒大多來(lái)不及完全凝固，沉積物內(nèi)部燒結(jié)而繼續(xù)粘附。部分熔融的灰渣順著水冷壁一直流到出渣口。爐膛底部出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板在鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)嚴(yán)重變形，呈凹凸?fàn)顟B(tài)，掉在護(hù)板上面的渣塊不能順利滑到渣池，粘在護(hù)板上并不斷累積，構(gòu)成了爐底結(jié)渣的基礎(chǔ)。

2.1.2??煤粉細(xì)度測(cè)量結(jié)果

在磨煤機(jī)出力約60?t/h、磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)量投自動(dòng)情況下，在6臺(tái)磨煤機(jī)出口粉管進(jìn)行煤粉取樣并篩分煤粉細(xì)度。6臺(tái)磨煤機(jī)調(diào)整前原始煤粉細(xì)度及取樣量如表1，2所示，其中各粉管煤粉取樣時(shí)間均為 240?s。

表1煤粉取樣篩分結(jié)果說(shuō)明B，D，E，F(xiàn)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度基本合適，表2煤粉取樣篩分結(jié)果說(shuō)明A，C磨煤機(jī)煤粉較粗。因此對(duì)A，C磨煤機(jī)分離器開(kāi)度進(jìn)行了調(diào)整，將分離器開(kāi)度均置于8格(風(fēng)門開(kāi)度80?%)運(yùn)行，并再次取樣篩分煤粉細(xì)度，但篩分結(jié)果表明這2臺(tái)磨煤機(jī)煤粉仍偏粗。

爐膛水冷壁結(jié)渣，說(shuō)明爐內(nèi)有部分煤粉從旋轉(zhuǎn)的高溫?zé)煔庵幸揽繎T性離析出來(lái)貼壁燃燒；而能夠從旋轉(zhuǎn)的高溫?zé)煔庵须x析出來(lái)的是較粗的煤粉顆粒。較粗的煤粉顆粒是爐內(nèi)結(jié)渣的重要原因之一。

表1 磨煤機(jī)煤粉取樣結(jié)果(1)

表2 磨煤機(jī)煤粉取樣結(jié)果(2)

2.1.3??爐膛溫度場(chǎng)記錄測(cè)量結(jié)果

在600?MW負(fù)荷、投運(yùn)A，B，C，D，E磨煤機(jī)運(yùn)行工況下，采用紅外溫度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。在鍋爐9.6—45.4?m層之間選取了9個(gè)測(cè)量層，并通過(guò)每一層的爐膛四角的看火孔進(jìn)行爐膛火焰溫度場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表3所示。從表3可知：

(1)?36.4?m層(燃燒器出口)爐膛溫度最高；

(2)?與同類型鍋爐、采用同樣測(cè)量方法測(cè)量結(jié)果相比，爐膛最高溫度不高;

(3)?從22.2—45.4?m，爐膛溫度均超過(guò)燃燒煤種的溶融灰流動(dòng)溫度，但最可能結(jié)渣的位置在32.8—39.8?m 區(qū)間。

2.1.4??日常運(yùn)行氧量及燃燒器風(fēng)門開(kāi)度記錄結(jié)果

表3 爐膛溫度場(chǎng)測(cè)量 ℃

2次記錄電廠日常運(yùn)行二次風(fēng)門開(kāi)度如表4所示。從表4中可以看出，在600?MW負(fù)荷時(shí)，空氣預(yù)熱器進(jìn)口2次實(shí)測(cè)氧量(A，B兩側(cè)平均值)分別為2.7?%和2.5?%，說(shuō)明日常運(yùn)行入爐風(fēng)量偏小，爐內(nèi)容易出現(xiàn)還原性氣氛，進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。

從記錄的二次風(fēng)門開(kāi)度來(lái)看，在投運(yùn)A，B，C，D，E磨煤機(jī)的情況下，盡管將燃盡風(fēng)門開(kāi)到100?%，但由于投運(yùn)燃燒器的燃料風(fēng)門和輔助風(fēng)門均開(kāi)得較大，風(fēng)箱爐膛差壓約700?Pa，因此燃盡風(fēng)量不會(huì)很大。32.8—39.8?m區(qū)域煙氣得不到冷卻，同時(shí)燃燒切圓較大，起不到消旋的目的，這使得較粗的高溫熔融煤粉顆粒容易貼壁，造成結(jié)渣。

表4 調(diào)整前二次風(fēng)門開(kāi)度記錄

2.1.5??鍋爐爐膛結(jié)渣原因分析

綜合考慮診斷試驗(yàn)結(jié)果，造成8號(hào)鍋爐爐膛結(jié)渣的原因有以下幾個(gè)。

(1)?鍋爐燃煤為易結(jié)渣型煤種，其灰變形溫度1?090.0?℃、灰軟化溫度 1?168.0?℃、灰溶化溫度1?189.0?℃，說(shuō)明該煤種在較低的爐膛溫度下有可能出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，這是鍋爐結(jié)渣的主要原因。

(2)?部分磨煤機(jī)煤粉偏粗，在爐內(nèi)煙氣氣流旋轉(zhuǎn)的作用下從旋轉(zhuǎn)的煙氣流中離析，靠近水冷壁附近出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，這是爐內(nèi)出現(xiàn)液態(tài)渣的主要原因。

(3)?輔助風(fēng)偏大引起燃燒切圓偏大，增加了煤粉貼壁的傾向。

(4)?實(shí)際運(yùn)行氧量偏小，增加了爐內(nèi)的還原性氣氛。

(5)?爐膛底部出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板嚴(yán)重變形，呈凹凸?fàn)顟B(tài)，是爐底結(jié)渣的基礎(chǔ)。

(6)?根據(jù)爐膛火焰溫度場(chǎng)和通過(guò)看火孔觀測(cè)表明，結(jié)渣位置應(yīng)在32.8—39.8m區(qū)域。

2.2 解決鍋爐爐膛結(jié)渣問(wèn)題的措施

鑒于鍋爐燃燒煤種不可能改變的現(xiàn)實(shí)，決定通過(guò)改變運(yùn)行方式解決該鍋爐爐內(nèi)結(jié)渣問(wèn)題，即：

(1)?改善煤粉細(xì)度；

(2)?增加反切風(fēng)量，減小切圓風(fēng)量，縮小燃燒切圓；

(3)?盡量提高運(yùn)行氧量。

由于一次風(fēng)量為反切風(fēng)量，而且其風(fēng)量顯示不小，因此未對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

2.2.1??煤粉細(xì)度調(diào)整

鑒于磨煤機(jī)A，C出粉比較粗，所以主要對(duì)磨煤機(jī)A，C進(jìn)行煤粉細(xì)度調(diào)整。調(diào)整后的煤粉仍然偏粗，但已無(wú)法再做進(jìn)一步調(diào)整。因此建議保證A，C磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)煤量在額定煤量70?%以上；當(dāng)總煤量超過(guò)300?t/h時(shí)，建議減負(fù)荷運(yùn)行；如果估算600?MW負(fù)荷煤量在280?t/h以上，建議不投F磨煤機(jī)，或采用高負(fù)荷不投F磨煤機(jī)，低負(fù)荷投運(yùn)F磨煤機(jī)、停運(yùn)C磨煤機(jī)的運(yùn)行方式(考慮低負(fù)荷運(yùn)行安全性不考慮停運(yùn)A磨煤機(jī))，其他磨煤機(jī)煤量均等運(yùn)行。

2.2.2??運(yùn)行氧量調(diào)整

鍋爐爐內(nèi)結(jié)渣主要在高負(fù)荷時(shí)，因此在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量提高運(yùn)行氧量。與送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)相比，引風(fēng)機(jī)裕度更大一些，因此最高運(yùn)行氧量主要由送風(fēng)機(jī)出力確定。高負(fù)荷時(shí)嚴(yán)禁小氧量運(yùn)行。

在600?MW 負(fù)荷，投運(yùn) B，C，D，E，F(xiàn)磨煤機(jī)情況下，將OFA，F(xiàn)F，F(xiàn)層風(fēng)門開(kāi)度設(shè)定為100?%，EF層風(fēng)門開(kāi)度設(shè)定為65?%，E，D，C，B，A，AA層風(fēng)門開(kāi)度設(shè)定為100?%，DE，CD，BC，AB層風(fēng)門開(kāi)度設(shè)定為50?%，送風(fēng)機(jī)調(diào)門開(kāi)度為80?%，此時(shí)表盤氧量A，B兩側(cè)分別為2.8?%和2.6?%；測(cè)得空氣預(yù)熱器進(jìn)口實(shí)際氧量A，B兩側(cè)分別為3.8?% 和 2.8?%。即這一結(jié)果是該鍋爐在 600?MW負(fù)荷時(shí)氧量能夠達(dá)到的最大值。

表盤運(yùn)行氧量控制方式確定的原則是高負(fù)荷時(shí)盡量提高運(yùn)行氧量；低負(fù)荷時(shí)為了減小鍋爐排煙熱損失、提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)減小氧量。在同時(shí)考慮風(fēng)箱爐膛差壓的選取后，通過(guò)在不同負(fù)荷下的運(yùn)行摸索，運(yùn)行總氧量控制方式如表5所示。

表5 運(yùn)行總氧量控制方式

2.2.3??二次風(fēng)門開(kāi)度調(diào)整

二次風(fēng)門開(kāi)度調(diào)整包括燃料風(fēng)門、燃盡風(fēng)門和風(fēng)箱爐膛差壓調(diào)整。由于爐膛結(jié)渣過(guò)程需要一段時(shí)間，很難通過(guò)測(cè)量某些參數(shù)來(lái)準(zhǔn)確判斷爐內(nèi)是否結(jié)渣，因此，二次風(fēng)門開(kāi)度調(diào)整在增加反切風(fēng)量，減小切圓風(fēng)量，縮小燃燒切圓的指導(dǎo)思想下，采用邊觀察邊調(diào)整的方法。通過(guò)試驗(yàn)，最終確定各風(fēng)門運(yùn)行方式，如表6，7所示。

表6 燃盡風(fēng)門和輔助風(fēng)門開(kāi)度控制方式

表7 燃料風(fēng)門開(kāi)度控制方式

輔助風(fēng)門控制方式說(shuō)明：

(1)?由于熱工控制系統(tǒng)邏輯無(wú)法對(duì)輔助風(fēng)門（二次風(fēng)門）實(shí)現(xiàn)指令控制，因此輔助風(fēng)門手動(dòng)運(yùn)行。

(2)?AA，F(xiàn)F風(fēng)門開(kāi)度按表6方式運(yùn)行。

(3)?AB，BC，CD，DE，EF風(fēng)門運(yùn)行方式為：當(dāng)負(fù)荷為500—600?MW時(shí)，AB，BC，CD，DE，EF等輔助風(fēng)門在相應(yīng)磨煤機(jī)投運(yùn)時(shí)，開(kāi)度為50?%；當(dāng)負(fù)荷小于500?MW，其相應(yīng)磨煤機(jī)投運(yùn)時(shí)，開(kāi)度可在40?%—60?%范圍內(nèi)根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況(汽溫偏差、氧量偏差)進(jìn)行調(diào)整；如果其相應(yīng)磨煤機(jī)停運(yùn)，置最小開(kāi)度10?%。

2.2.4??爐底出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板加裝噴水裝置

由于爐膛底部出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板有凹凸不平的部位，同時(shí)在機(jī)組運(yùn)行期間無(wú)法修復(fù)，建議在爐膛底部出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板上加裝噴水裝置，連接工業(yè)用水進(jìn)行噴淋，以防止其表面積渣。

2.2.5??加強(qiáng)吹灰

早班完整吹灰1次，中班至少短吹1次。如果24?h滿負(fù)荷運(yùn)行，夜班時(shí)長(zhǎng)、短吹均需進(jìn)行1次。

經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，根據(jù)調(diào)整結(jié)果修改相應(yīng)DCS組態(tài)后，6個(gè)多月的運(yùn)行實(shí)踐表明，鍋爐結(jié)渣減輕，效果明顯。

3 結(jié)論

通過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，確定減輕和緩解鍋爐結(jié)渣的主要方法如下：

(1)?增加反切風(fēng)量，減小切圓風(fēng)量，縮小燃燒切圓；

(2)?在保證出口NOx和排煙溫度在允許范圍內(nèi)的情況下，適當(dāng)提高運(yùn)行氧量，降低爐內(nèi)的還原性氣氛；

(3)?在爐膛底部出渣口兩側(cè)墻斜坡護(hù)板加裝噴水裝置，減少積渣可能性；

(4)?嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度，選擇合適的磨煤機(jī)運(yùn)行方式；

(5)?選擇合適的吹灰方式。

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2017-05-23。

李朋濤(1984—)，男，助理工程師，主要從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理工作，email：452605372@qq.com。

齊海麗(1987—)，女，工程師，主要從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理工作。