600 MW燃煤鍋爐機(jī)組摻煤運(yùn)行中爐內(nèi)結(jié)渣原因及對(duì)策探析

吳 珂，薛 寧，桑文漢

（1.鄭州電力高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州 450000；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710032；3.河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

鍋爐建造時(shí)都已設(shè)計(jì)好匹配的煤種，只有在煤種如發(fā)熱量、灰分、揮發(fā)份、含硫含水等指標(biāo)匹配時(shí)，鍋爐才能連續(xù)正常工作。當(dāng)前，在資源和成本的雙重制約下，設(shè)計(jì)煤種采購困難，越來越多的電廠開始大量采用“爐內(nèi)摻燒”的方式，燃用非設(shè)計(jì)煤種和摻燒劣質(zhì)煤種，在這種情況下如果運(yùn)行調(diào)整不好，設(shè)備存在缺陷，極易造成鍋爐結(jié)渣和結(jié)焦，影響鍋爐安全高效潔凈燃燒［1-3］。本文以某600 MW鍋爐機(jī)組燃燒器噴口燒損，爐內(nèi)結(jié)渣的問題為例，根據(jù)所摻煤的特性，提出燃燒調(diào)整措施，指出吹灰裝置的缺陷并給出其優(yōu)化運(yùn)行建議，為機(jī)組摻煤運(yùn)行提供真實(shí)、有效的經(jīng)驗(yàn)參考。

1 概述

1.1 設(shè)備概況

某廠一期600 MW機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。爐膛及煙道各受熱面均配有蒸汽吹灰器。鍋爐采用6臺(tái)中速磨正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)、2臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)和6臺(tái)中速磨煤機(jī)、6臺(tái)耐壓計(jì)量式皮帶給煤機(jī)組成。正常情況下5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行即可帶滿負(fù)荷。燃燒系統(tǒng)采用外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器，采用對(duì)沖式燃燒，滿足燃燒穩(wěn)定、高效、可靠、低NOx的要求。

1.2 燃用煤質(zhì)分析

該鍋爐設(shè)計(jì)燃用義馬煙煤。目前電廠煤源較雜，采集常用電廠入廠煤，進(jìn)行常規(guī)煤質(zhì)分析見表1，燃燒與結(jié)渣特性試驗(yàn)見表2。由試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)煤之間燃煤特性差異較大，神華錦界煤揮發(fā)分與熱值均較高，屬于極易著火、極易燃盡，燃燒性能優(yōu)異的煤種，但是具有嚴(yán)重的結(jié)渣性［4-5］；義馬與義絡(luò)煤屬于中等揮發(fā)分以及中高灰分煙煤，硫含量較高，燃用此類煤種需采取措施提高燃燒效率，并需改善爐內(nèi)燃燒氣氛防止鍋爐形成嚴(yán)重的高溫腐蝕。

表1 煤質(zhì)分析指標(biāo)表

表2 燃燒與結(jié)渣特性表

2 結(jié)渣試驗(yàn)與分析

2.1 吹灰試驗(yàn)

為尋找鍋爐結(jié)焦部位，在1號(hào)鍋爐連續(xù)12 h未吹灰情況下，對(duì)爐膛及屏過區(qū)域36個(gè)短吹和8個(gè)長吹分區(qū)域，進(jìn)行了吹灰試驗(yàn)，觀察爐底落渣量。

屏區(qū)逐根吹灰，LS03和LS04對(duì)應(yīng)的4個(gè)吹灰器區(qū)域落焦較多（見圖1）；前墻逐根吹灰，吹灰期間基本無落焦，撈渣機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)；后墻逐根吹灰，吹灰期間，落渣較多（見圖2），吹灰前較長時(shí)間F磨停運(yùn)，風(fēng)門開度30%；兩側(cè)墻對(duì)吹，吹灰期間基本無落焦，撈渣機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，DS15／DS16（爐膛中心位置）吹灰時(shí)略有落焦。

圖1 屏區(qū)吹灰落渣

圖2 后墻落渣焦塊

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 運(yùn)行原因

1）經(jīng)測(cè)試摻燒后煤粉粗，煤粉細(xì)度R90已超設(shè)計(jì)要求20%的水平，造成爐膛結(jié)焦位置上移，處于吹灰器有效作用范圍之外，尤其是磨制可磨指數(shù)偏低的錦界煤時(shí)，煤粉細(xì)度R90一般接近或超過30%，因?yàn)槊悍邸帮w邊”而加劇燃燒器區(qū)域結(jié)渣。

2）實(shí)際燃燒過程中，旋流燃燒器二次風(fēng)處于過強(qiáng)的旋流位置，燃燒器二次風(fēng)開口一直位于400 mm，沒有根據(jù)實(shí)際燃用煤種的變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。因此在運(yùn)行中出現(xiàn)燃燒器內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度太大，過度卷吸高溫?zé)煔鈴亩鵁龤娍冢?］。

3）吹灰頻率低，重點(diǎn)部位應(yīng)保證每班吹一次（當(dāng)前為每天兩次），在吹灰優(yōu)化試驗(yàn)之后確定。

2.2.2 設(shè)計(jì)原因

1）1號(hào)鍋爐燃燒器（每層 4只×2）與每層 5只×2和6只×2相比：本爐燃燒器單只熱功率分別為后兩者的1.25倍和1.5倍。單只燃燒器熱功率高，對(duì)燃燒器配風(fēng)調(diào)整造成困難，易燒噴口。

2）爐膛設(shè)計(jì)截面熱負(fù)荷大（本爐截面熱負(fù)荷為4.76 MW／m2，其他600 MW鍋爐截面熱負(fù)荷約4.4～4.6 MW／m2，實(shí)測(cè)爐膛溫度最高已超過1 500℃），爐膛墻式吹灰器數(shù)量少，水冷壁上吹灰死角多，易于形成大焦塊。爐膛上部燃盡風(fēng)分三層布置3（個(gè)）×3（層）×4（墻）＝36 個(gè)短吹，數(shù)量較少，死角較多，在燃燒器和燃盡風(fēng)之間沒有吹灰器。比較1號(hào)鍋爐與其他電廠爐膛吹灰器的布置，其前、后墻每層僅布置了3個(gè)吹灰器見圖3，其他電廠鍋爐每層布置了5個(gè)吹灰器見圖4，由此可知1號(hào)鍋爐爐每層存在約5×4 m2左右的吹灰盲區(qū)。

圖3 1號(hào)鍋爐爐膛吹灰器布置圖

圖4 其他電廠鍋爐爐膛吹灰器布置圖

3 優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)內(nèi)容

3.1 降低煤粉細(xì)度試驗(yàn)

通過對(duì)鍋爐運(yùn)行方式下爐膛結(jié)渣試驗(yàn)分析，減少結(jié)焦有效的手段之一就是降低煤粉細(xì)度，這樣在燃燒組織不太強(qiáng)，爐膛溫度不過高的情況下，煤粉的燃盡和爐膛結(jié)焦可以保持在一個(gè)可以接受的水平?？紤]到機(jī)組制粉系統(tǒng)的實(shí)際情況，為達(dá)到盡量降低煤粉細(xì)度，促進(jìn)煤粉燃盡的要求，建議將旋轉(zhuǎn)式煤粉分離器設(shè)定為轉(zhuǎn)速850 r／min（分離器轉(zhuǎn)速69 r／min）。由圖5可知：在此工況下錦界煤細(xì)度R90為20%～30%，義馬煤細(xì)度R90為10%～20%，基本可以滿足要求。

圖5 煤粉細(xì)度與分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系

3.2 二次風(fēng)開度試驗(yàn)

根據(jù)對(duì)鍋爐燃燒器運(yùn)行狀態(tài)的檢查分析，旋流燃燒器二次風(fēng)處于過強(qiáng)的旋流位置，容易造成單只燃燒器熱功率高，加劇了噴口燒毀的危險(xiǎn)性。針對(duì)本爐燃燒器二次風(fēng)（內(nèi)二次風(fēng)）為定旋流角度、手動(dòng)調(diào)節(jié)，二次風(fēng)旋流強(qiáng)度隨風(fēng)量增加而增加的情況，現(xiàn)場開展二次風(fēng)門開度調(diào)整試驗(yàn)。改變二次風(fēng)入口開度由400 mm降至300 mm和200 mm，二次風(fēng)量與旋流強(qiáng)度隨之減小。由圖6可見，二次風(fēng)入口開度200 mm時(shí)，爐膛燃燒尖峰溫度降低，燒損噴口的危險(xiǎn)性降低。

圖6 二次風(fēng)開度試驗(yàn)爐膛溫度

3.3 吹灰設(shè)備優(yōu)化與運(yùn)行改進(jìn)建議

由于電廠運(yùn)行過程中燃煤煤質(zhì)差異較大，所以不應(yīng)過分依賴燃燒調(diào)整手段進(jìn)行結(jié)渣防治而嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。完善而有效的吹灰措施是鍋爐安全運(yùn)行的重要保證。

3.3.1 吹灰設(shè)備優(yōu)化改造

如前所述，1號(hào)鍋爐機(jī)組吹灰器配置數(shù)量偏少，存在明顯設(shè)備缺陷，急需進(jìn)一步完善。建議如下：

1）在爐膛前、后墻標(biāo)高 46.26 m、43.95 m以及39.59 m吹灰預(yù)留孔處各加裝3個(gè)吹灰器，共新增6個(gè)短吹，清除爐內(nèi)大面積的吹灰盲區(qū)。

2）在屏過標(biāo)高58.85 m左、右兩側(cè)墻吹灰預(yù)留孔處各加裝1個(gè)吹灰器，共新增2個(gè)長吹（見圖7），更有效地清除屏區(qū)結(jié)渣。

圖7 屏區(qū)吹灰器布置示意圖

3.3.2 吹灰設(shè)備運(yùn)行建議

結(jié)渣與積灰是一個(gè)指數(shù)增長的過程。燃用嚴(yán)重結(jié)渣的神華錦界煤，在生成結(jié)渣與積灰初期即應(yīng)該加強(qiáng)吹灰，以防止結(jié)渣累積形成危害較大的渣塊［7-8］。結(jié)合1號(hào)爐爐膛溫度較高以及爐膛出口煙溫相對(duì)較低（低于設(shè)計(jì)值）的實(shí)際情況，可以適當(dāng)?shù)脑黾訝t膛吹灰次數(shù)，減少尾部對(duì)流受熱面的吹灰次數(shù)。建議按表3程序進(jìn)行吹灰操作。

表3 爐鍋爐吹灰優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)卡

4 結(jié)論

優(yōu)化后進(jìn)行爐膛吹灰試驗(yàn)，吹灰過程中未發(fā)生較大和較多落渣情況。結(jié)果表明，降低煤粉細(xì)度，二次風(fēng)門開度調(diào)整和完善而有效的吹灰措施后，爐內(nèi)煙溫沿爐膛高程更均勻，有利于減輕結(jié)渣和結(jié)焦，有利于鍋爐機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。