1000 MW鍋爐結(jié)焦原因分析及解決措施

蒲江

摘要：指出了鍋爐結(jié)焦問題是鍋爐運(yùn)行中的普遍的問題，以超臨界直流鍋爐為模型，從燃燒工況的改變、適燃煤質(zhì)的變化、周圍介質(zhì)成份的變化等幾方面系統(tǒng)地分析了鍋爐的結(jié)焦原理及危害，并依據(jù)分析結(jié)果提出了相應(yīng)的措施，從而減輕鍋爐的結(jié)焦程度，甚至是避免結(jié)焦，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：超臨界直流鍋爐;結(jié)焦;受熱面

中圖分類號：TM621.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0218-04

1 引言

結(jié)焦是鍋爐運(yùn)行中普遍存在的問題，根據(jù)結(jié)焦部位可以分為受熱面區(qū)域結(jié)焦、煙道走廊區(qū)域結(jié)焦、尾部煙道區(qū)域結(jié)焦、空預(yù)器區(qū)域積灰等[1～4]，水冷壁區(qū)域結(jié)焦會使?fàn)t膛出口煙氣溫度升高，使得過熱器、再熱器換熱增強(qiáng)，引起過熱、再熱汽溫升高，過熱、再熱蒸汽管壁溫度升高，甚至超過管壁溫度允許的限制，管材產(chǎn)生極大的熱應(yīng)力，從而可能會導(dǎo)致汽水管路爆破，不得不使得鍋爐出力降低，嚴(yán)重時造成被迫停爐，甚至縮短鍋爐設(shè)備的使用壽命，同時隨著排煙損失增大，鍋爐效率相應(yīng)的降低、過熱器、再熱器本身區(qū)域結(jié)焦，會使受熱面換熱效率效下降，過熱、再熱汽溫降低;在燃燒器噴口及其附近區(qū)域結(jié)焦，極易擋住油、煤火檢探頭，讓一個甚至多個火檢的開關(guān)量和模擬量消失，有可能導(dǎo)致鍋爐MFT保護(hù)誤動作（給煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量為N，當(dāng)運(yùn)行油、煤火檢數(shù)≤4N-1時，保護(hù)動作）;其它區(qū)域結(jié)焦使得通風(fēng)阻力增加，引、送風(fēng)機(jī)動葉開度隨之增加，風(fēng)機(jī)電耗變大，經(jīng)濟(jì)性變差[5，6]。

結(jié)焦易行成大塊灰渣，使鋼帶、碎渣機(jī)運(yùn)行困難，會在干除渣一、二級鋼帶爬坡段和碎渣機(jī)處堆積灰渣，會使干除渣系統(tǒng)下渣不暢，甚至堵塞下渣口，嚴(yán)重時會造成一、二級鋼帶過載跳閘，不得不降低機(jī)組負(fù)荷運(yùn)行[7，8]。

若灰渣熔合行成大焦塊時，從受熱面（屏過、高過、頂棚、水冷壁）上部結(jié)渣處落下因重力作用會砸壞水冷壁管材，并且有可能在低負(fù)荷時會因掉下大焦塊引起爐內(nèi)燃燒工況劇烈波動從而引起燃燒不穩(wěn)甚至造成鍋爐MFT（熄火）。

鍋爐結(jié)焦的危害是顯而易見，輕則影響鍋爐的效率和正常運(yùn)行，重者危害鍋爐的使用壽命，運(yùn)行中必須采取相應(yīng)的措施，以減少和防止鍋爐的結(jié)焦情況的產(chǎn)生，以免因結(jié)焦造成十分嚴(yán)重的后果。本文就平頂山1000MW發(fā)電機(jī)組的結(jié)焦情況進(jìn)行了分析，并給出相應(yīng)的措施。

2 1000 MW鍋爐裝置

平頂山發(fā)電分公司是華中電網(wǎng)首臺百萬機(jī)組，是華中電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的重要支撐之一，鍋爐是超臨界參數(shù)、變壓直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、對沖燃燒方式，Ⅱ型鍋爐，鍋爐型式：DG3000/26.15—Ⅱ1。制粉系統(tǒng)為ZGM133N型中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺磨煤機(jī)，BMCR工況下5臺運(yùn)行，一臺備用，并配備6臺與之相適的電子稱重式給煤機(jī)。風(fēng)煙系統(tǒng)按平衡通風(fēng)方式設(shè)計，空氣預(yù)熱器采用容克式三分倉空氣預(yù)熱器。風(fēng)煙系統(tǒng)分為一次風(fēng)、二次風(fēng)和煙氣三部分。油槍是機(jī)械霧化式，鍋爐點(diǎn)火方式采用微油點(diǎn)火，由高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃輕柴油，再點(diǎn)燃煤粉的二級點(diǎn)火系統(tǒng)，大油槍（A/B/D/E/F）的處理是650 kg/h，小油槍（C層微油）出力是80～120 kg/h。

設(shè)計煤種為平煤集網(wǎng)六礦煤，校核煤種為平煤集團(tuán)一礦煤，均為中高灰、低硫、中發(fā)熱量、高揮發(fā)份煙煤（設(shè)計煤種足平頂山煙煤，校核煤種是平頂山煙煤），燃煤報表及工業(yè)分析如表1和表2所示。

采用的燃燒方式為前后墻對沖旋流燃燒，每臺鍋爐配6層燃燒器，前后墻各3層，每層各8只，共48只燃燒器，燃燒器布置如圖1所示。1000 MW鍋爐受熱面結(jié)焦如圖2所示。

3 引起鍋爐結(jié)焦的原因分析

（1）灰分的性質(zhì)?；业闹饕煞质荢i02、Al2 03、Fe203、Ca0、Mg0、Na20、K20、Ti0，、S03、Mri02等，其成分分析見表3。鍋爐結(jié)焦的情況與燃燒產(chǎn)生的灰分性質(zhì)關(guān)系極大，一般來說，兩者成反比例關(guān)系，灰分熔點(diǎn)越低，鍋爐的結(jié)焦可能性增加;反之灰分熔點(diǎn)越高，鍋爐結(jié)焦的可能性隨之減少。

判斷灰分結(jié)焦的依據(jù)一般采用灰分中的硅鋁比、鐵鈣比等方法，根據(jù)表3計算如下。

（2）硅鋁比。2Si02//Al2 03=2×64. 08，/27.15=4.72 >1.18（結(jié)焦臨界值），Sio2可能與Ca0、Mg0等生成結(jié)晶體，煤灰的熔化溫度下降，有可能造成結(jié)焦。

（3）鐵鈣比。Fe203/Ca0=3.57/1.06=3.36>3為結(jié)渣煤。鐵鈣比越大結(jié)焦的可能性也越大（鐵鈣比<0.3時，為不結(jié)渣煤;0.3<鐵鈣比<3時，為中等結(jié)渣煤;鐵鈣比>3時，為結(jié)渣煤）。

（4）煤、油混燒時間過長，極易造成鍋爐燃燒器噴口和水冷壁結(jié)焦。在機(jī)組啟動、停止過程中或鍋爐燃燒工況不穩(wěn)投油助燃時，尤其是在機(jī)組啟動過程巾鍋爐投油時間，油煤混燒時間過長，調(diào)整不當(dāng)、配風(fēng)不合理，極易造成結(jié)焦。煤油混燒階段，由于油比煤更易著火，燃油燃燒需要大量的空氣造成大量的煤投到爐內(nèi)不能完全燃燒，而在燃燒的過程中形成大量的還原氣體，如CO等氣體的產(chǎn)生，還很容易和完全霧化的油粘在一起形成局部結(jié)焦。

（5）煤粉過粗，火焰中心上移，過熱器受熱面結(jié)焦。煤粉在燃燒過程中，煤粉細(xì)度（R90﹤22%），煤粉過粗，煤粉加熱到著火熱的時間變長，火焰遠(yuǎn)離噴口，火焰中心上移，屏過局部熱負(fù)荷增加，爐膛出口煙溫過高，灰渣到達(dá)受熱面時，還未完全冷卻，在過熱器受熱面處結(jié)焦。

（6）周圍介質(zhì)成分對結(jié)焦的影響。燃燒過程中，由于送風(fēng)量不足或煤粉與二次風(fēng)的混合不良，使燃料不能完全燃燒，未完全燃燒將產(chǎn)生C0等還原性氣體（局部還原性氣體過濃），灰的熔點(diǎn)相應(yīng)會大大降低，鍋爐結(jié)焦可能性增加。

（7）磨煤機(jī)出口溫度過高>100℃（出口溫度設(shè)計值60～100℃）、一次風(fēng)量過低<22m/s（一次風(fēng)速設(shè)計值22～28 m/s）、煤粉調(diào)整過細(xì)R90<22%，可能造成著火點(diǎn)提前，火焰貼近或就在燃燒器噴口燃燒，燃燒器噴口區(qū)域熱負(fù)荷大，造成燃燒器噴口結(jié)焦。

（8）爐膛熱負(fù)荷及爐溫過高。鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行或設(shè)計不合理，造成爐膛熱負(fù)荷過大，灰渣到達(dá)爐膛出口時，溫度還很高，未完全冷卻，成熔融態(tài)吸附于在過熱器受熱面，從而造成該處結(jié)焦，不同煤質(zhì)燃燒生成灰的熔融性如表4所示。

（9）一、二次風(fēng)門安裝的位置、風(fēng)速、風(fēng)量設(shè)計不合理時或一、二次配風(fēng)不合理，爐膛火焰偏斜沖刷爐墻或燃燒器熱負(fù)荷分配不合理，旋流強(qiáng)度過大，溫度場分布不均造成偏向側(cè)受熱面熱負(fù)荷溫度很高，灰渣到達(dá)水冷壁受熱面時，還未完全冷卻，從而造成水冷壁受熱面處結(jié)焦。燃煤與空氣混合不良，盡管爐內(nèi)總空氣量大，過?？諝庀禂?shù)很大，但仍會出現(xiàn)局部區(qū)域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛，灰熔點(diǎn)大大降低，從而造成結(jié)焦。

（10）吹灰器故障或長期沒有進(jìn)行吹灰。吹灰器未嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期吹灰或某局部吹灰器故障，而未進(jìn)行吹灰，造成受熱面處灰渣聚集，從而造成積灰。

以上系統(tǒng)的分析可能造成受熱面結(jié)焦的原因，下面將根據(jù)以上的原因提出相關(guān)的措施，以減少甚至避免受熱面結(jié)焦。

4 避免鍋爐結(jié)焦的措施

（1）鍋爐運(yùn)行過程中，嚴(yán)格執(zhí)行阿安設(shè)計院給出的氧量曲線（圖3），以維持相應(yīng)負(fù)荷對應(yīng)的風(fēng)量。這是因為灰渣的熔點(diǎn)不僅與灰渣中含鐵量多少有關(guān)，還與鐵的氧化物存在形態(tài)有關(guān)，當(dāng)以Fe203形態(tài)存在時灰渣的熔點(diǎn)下降很少，甚至不變;但鐵以Fe0的形態(tài)存在時，灰渣的熔點(diǎn)很快下降并且還與Si02形成熔點(diǎn)更低的2 Fe0·Sio2，灰渣的結(jié)焦性大大增加，所以在運(yùn)行過程中必須選擇合理的氧量運(yùn)行（《中小企業(yè)管理與科技》2009年10月下旬刊供稿鍋爐結(jié)焦的原因分析及對策）。

（2）機(jī)組大修后或燃燒器更換后，必須進(jìn)行爐膛動力場試驗。首先對燃燒器及其內(nèi)、外二次風(fēng)門和層二次風(fēng)門檢查，確認(rèn)擋板開度就地與DCS顯示一致，燃燒器擴(kuò)錐和穩(wěn)燃環(huán)是否完好;通過對磨煤機(jī)出口煤粉管縮孔的調(diào)節(jié)進(jìn)行一次風(fēng)管風(fēng)速的標(biāo)定，將同層燃燒器噴口出力偏差不超過5%，其次將調(diào)整燃燒器中心、內(nèi)外及層二次風(fēng)門配合，內(nèi)二次風(fēng)旋流器為固定式，不作調(diào)節(jié)，葉片傾角為60°，中心風(fēng)門的開度一般為100%，一般也不著調(diào)節(jié)，外二次風(fēng)門采用“U”型配風(fēng)（90/75/60/50/50/65/75/90的形式），組織合理而良好的爐內(nèi)空氣動力場，這樣就可以保持燃燒中心適中，防止火焰中心偏斜。

（3）根據(jù)空預(yù)器平時運(yùn)行情況，除正常投入連續(xù)空預(yù)器聲波吹灰和每天6次蒸汽吹灰外，根據(jù)煙氣側(cè)和空氣側(cè)（一、二次風(fēng)側(cè)）壓差的變化，如壓差長時間超過1.8kPa時，利用鍋爐停爐冷卻過程中，空預(yù)器入口煙氣溫度到達(dá)130℃～150℃時，對空氣預(yù)熱器進(jìn)行水沖洗或在機(jī)組檢修時，利用壓縮空氣對其進(jìn)行吹掃，吹掃壓力≥0.65 MPa，保持空預(yù)器受熱面清潔，降低風(fēng)、煙道的阻力，降低風(fēng)機(jī)電耗和通風(fēng)損失。

（4）保證風(fēng)量和燃料的良好濕合，使煤粉充分燃燒，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止水冷壁局部嚴(yán)重積灰、結(jié)焦。我廠采用的是HT - NR。型旋流噴燃器，層二次風(fēng)風(fēng)門隨著磨煤機(jī)煤量的增加而增加（10t煤對應(yīng)開度為12.5%），相應(yīng)的旋流強(qiáng)度減少使著火推遲，適當(dāng)增加磨煤機(jī)風(fēng)量（一次風(fēng)速為22～28 m/s）也使的著火推遲。煤、油混燒時保持全開中心二次風(fēng)門，燃油壓力≥2.9MPa，微油壓力≥1.3 MPa，保證油穩(wěn)定燃燒所需氧氣和油槍霧化并使油火焰延長，既節(jié)約燃油耗量又降低了爐膛溫度，還避免了水冷壁區(qū)域的結(jié)焦;

（5）保持合適的煤粉細(xì)度。煤粉過粗，火焰長度拉長，粗煤粉因慣性作用能直接沖刷對側(cè)水冷壁受熱面上，煤粉不能完全燃燒而是在熔融態(tài)下附著丁受熱面上繼續(xù)燃燒引起鍋爐結(jié)焦;煤粉過細(xì)，煤粉總面積增加，有利于揮發(fā)分盡快析出，有利于煤粉的著火和燃燒，降低機(jī)械不完全燃燒熱損失、降低飛灰可燃物含碳量，提高鍋爐效率，但是隨著煤粉細(xì)度提高，煤粉著火提前，易在燃燒器噴口及附近區(qū)域內(nèi)結(jié)焦，同時制粉系統(tǒng)的電耗增加，磨煤機(jī)研磨部件磨損加劇，增加設(shè)備損耗。所以對經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度是排煙熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失、制粉系統(tǒng)電耗、金屬消耗的最小值。本廠的煤粉細(xì)度R90經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性計算選擇為22%，除裝有在線煤粉細(xì)度測量裝置實(shí)時在DCS畫面顯示外，還聯(lián)系化學(xué)定期測量煤粉細(xì)度的數(shù)值（每班3次），以確保經(jīng)濟(jì)燃燒和防止鍋爐結(jié)焦。

（6）選擇較高的一次風(fēng)速町以避免燃燒器附近區(qū)域的結(jié)焦。適當(dāng)提高一次風(fēng)速將煤粉著火熱提高、推遲煤粉的著火、保持合遙的著火距離，盡量將火焰保持在爐膛中心區(qū)域，控制合適的火焰中心，可以避免燃燒器噴口附近區(qū)域結(jié)焦;同時提高一次風(fēng)速還可以增加一次風(fēng)射流的剛性，防止火焰偏斜和減少由于射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，避免一次風(fēng)直接沖刷左右墻壁面產(chǎn)生結(jié)焦。但是一次風(fēng)速過高，火焰過長，大大遠(yuǎn)離噴口而使火焰中斷，本廠一次風(fēng)速根據(jù)試驗院和鍋爐廠家的設(shè)計選擇的范圍在22～28 m/s之間，一般最優(yōu)風(fēng)速選擇在25 m/s，ⅡJ以有效地避免鍋爐受熱面結(jié)焦（注意一次風(fēng)速的提高受煤粉著火條件的限制）。

（7）合理摻燒不同煤種。根據(jù)現(xiàn)有煤種情況（單煤標(biāo)價過高和煤種來源復(fù)雜），進(jìn)行燃煤摻燒勢在必然。在綜合考慮各種煤種的燃燒特性和灰焦的特性進(jìn)行摻燒，一是將摻燒煤種的揮發(fā)分和熱值接近或等于設(shè)計煤種，二是可以利用其中高熔點(diǎn)固態(tài)灰對受熱面有一定的沖刷作用，將低熔點(diǎn)部分沉積灰沖刷掉，使沉積量降低，減少受熱面結(jié)焦。

（8）高負(fù)荷時采用“正寶塔△”方式配風(fēng)，即開大底層燃燒器層二次風(fēng)門，關(guān)小上層燃燒器層二次風(fēng)門，風(fēng)門的開度比例分別為1：1.25：1.5，增加煤粉在爐膛內(nèi)的停留時間，使其更加的充分燃燒，減少水冷壁下部結(jié)焦和干除渣的渣量，還使得飛灰可燃含碳量減少。

通過以上結(jié)焦因素的分析和采取的措施，有效地避免了1000 MW超臨界機(jī)組結(jié)焦的可能性，保證了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少了運(yùn)行人員的工作量。

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