330 MW鍋爐嚴(yán)重結(jié)渣原因分析與改造

陳 偉

(廣東粵電博賀煤電有限公司， 廣東茂名 525000)

鍋爐結(jié)渣給電廠安全運(yùn)行帶來(lái)很大的安全隱患，對(duì)于造成結(jié)渣的各種原因，國(guó)內(nèi)研究者開(kāi)展了大量的基于鍋爐受熱面結(jié)渣的研究，提出了很多完善措施，包括現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化措施、鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)等。閆順林等[1]進(jìn)行了鍋爐衛(wèi)燃帶改造對(duì)鍋爐影響的數(shù)值模擬研究；楊帆等[2]進(jìn)行了W形火焰鍋爐衛(wèi)燃帶改造與結(jié)渣分析研究，提出了防止鍋爐結(jié)渣的技術(shù)措施；鄧念念等[3]進(jìn)行了旋流對(duì)沖鍋爐結(jié)渣過(guò)程數(shù)值模擬研究；譚厚章等[4]針對(duì)高堿煤燃燒過(guò)程中屏式過(guò)熱器結(jié)渣問(wèn)題進(jìn)行了機(jī)理研究。在灰熔點(diǎn)預(yù)測(cè)方面，潘文靜[5]基于支持向量機(jī)方法進(jìn)行了灰熔點(diǎn)預(yù)測(cè)研究；黨林貴等[6]進(jìn)行了某前后墻對(duì)沖旋流燃燒鍋爐爐膛結(jié)渣試驗(yàn)研究和改造實(shí)踐。研究者通過(guò)冷態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明燃燒器出口氣流發(fā)散直接導(dǎo)致燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。李德波等[7]進(jìn)行了1 045 MW超超臨界貧煤鍋爐燃用高揮發(fā)分煙煤燃燒調(diào)整研究，并采用數(shù)值模擬方法，對(duì)鍋爐爐內(nèi)傳熱和燃燒過(guò)程進(jìn)行了研究[8-9]，獲得了傳統(tǒng)試驗(yàn)手段無(wú)法獲取的信息，給調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)燃燒及防止鍋爐結(jié)渣等提供了重要的理論基礎(chǔ)。

某電廠1、2號(hào)機(jī)組鍋爐從開(kāi)始燒印尼煤后發(fā)生結(jié)渣，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)在屏式過(guò)熱器、前后墻水冷壁均發(fā)生結(jié)渣。筆者針對(duì)該結(jié)渣問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的措施。

1 鍋爐設(shè)備

該電廠2臺(tái)330 MW燃煤發(fā)電機(jī)組， 鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用露天布置、全鋼構(gòu)架的П形汽包爐，三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，其型號(hào)為SG1100-17.5/540M。

主蒸汽和再熱蒸汽的壓力、溫度、流量等要求與汽輪機(jī)的參數(shù)相匹配，主蒸汽溫度為541 ℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)為1 100 t/h，與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)閥全開(kāi)(VWO)工況相匹配。鍋爐容量和主要參數(shù)見(jiàn)表1(TRL為汽輪機(jī)最大連續(xù)工況)。

表1 鍋爐主要參數(shù)

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為晉北煙煤，校核煤種為內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煙煤，表2為煤種分析。

表2 煤種分析

2 鍋爐結(jié)渣

鍋爐開(kāi)始燒易結(jié)焦的印尼煤后就發(fā)生結(jié)渣，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，在屏式過(guò)熱器部位看火孔、37 m燃盡風(fēng)上部看火孔、燃燒器上部看火孔、1層和2層燃燒器之間的看火孔分別觀察，發(fā)現(xiàn)在屏式過(guò)熱器、前后墻水冷壁均發(fā)生結(jié)渣且分布均勻。鍋爐因結(jié)渣導(dǎo)致蒸汽溫度偏高，減溫水已全開(kāi)，因超溫限制升負(fù)荷。鍋爐O2體積分?jǐn)?shù)在4%左右，因蒸汽溫度超溫?zé)o法進(jìn)一步提高O2體積分?jǐn)?shù)。曾在160～200 MW負(fù)荷時(shí)促使渣塊脫落，但因受到調(diào)度負(fù)荷限制及蒸汽溫度超溫限制，無(wú)法進(jìn)一步提高變負(fù)荷幅度。1號(hào)、2號(hào)機(jī)組在燃燒器下部加入液態(tài)結(jié)焦劑后有細(xì)碎的渣脫落，但未達(dá)到預(yù)想效果，鍋爐結(jié)渣仍然很嚴(yán)重。

3 原因分析

為了深入分析電廠燃用的煤種的結(jié)渣特性，對(duì)燃用的煤種(見(jiàn)表3)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4，煤種1、2、3、4、5分別為森科煤、科瑞娜煤、莫尼卡煤、埃諾克煤、印尼煤。硅比越大表示煤灰結(jié)渣的可能性就越小。硅鋁比中SiO2和Al2O3是煤中主要酸性氧化物，w(Al2O3)的提高總是使灰熔點(diǎn)上升，而SiO2的影響則具有雙重性，一方面SiO2較容易與堿性成分形成低熔點(diǎn)化合物，降低煤灰熔點(diǎn)，另一方面w(SiO2)高會(huì)使灰熔點(diǎn)上升[10]。

表3 煤種分析

表4 結(jié)渣特性計(jì)算結(jié)果

表5為結(jié)渣特性程度判斷指標(biāo)。

表5 結(jié)渣特性程度判斷指標(biāo)

從表4、表5可以得出：硅比越大，煤灰結(jié)渣的可能性就越小；煤種1、2、3、4都屬于易嚴(yán)重結(jié)渣的煤種，煤種5屬于較易嚴(yán)重結(jié)渣的煤種；SiO2和Al2O3是煤中的主要酸性氧化物，堿酸比過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)使得灰熔點(diǎn)提高。

不應(yīng)燃用易嚴(yán)重結(jié)渣的煤；煤種3、4的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)接近臨界值，在燃用時(shí)，要與抗結(jié)渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)；煤種5的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)為2.08，屬于較易嚴(yán)重結(jié)渣的煤，應(yīng)該與結(jié)渣特性好的煤混燒。

4 改造措施

4.1 混煤摻燒

4.1.1 研究?jī)?nèi)容

為避免燃煤引起鍋爐嚴(yán)重結(jié)渣，進(jìn)行了兩種煤樣進(jìn)行配比摻燒試驗(yàn)研究。通過(guò)分析各摻燒煤樣燃煤結(jié)渣特性，從而確定科學(xué)的摻燒配比方案，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)。混煤摻燒結(jié)渣特性分析內(nèi)容包括混煤的制備、混煤煤灰成分分析、混煤灰熔融性分析、結(jié)渣判斷指標(biāo)分析。

4.1.2 結(jié)果分析

對(duì)大友煤和印尼煤按照GB 474—2008 《煤樣制備方法》制備煤樣后，按照表6中的配比摻配成7種不同配比的混煤并混合均勻，其中1∶0和0∶1配比分別為純大友煤和純印尼煤。采用德國(guó)布魯克X熒光光譜分析(XRF)儀分析得出表7中的7種不同配比混煤煤灰成分(見(jiàn)表6)。按照GB/T 219—2008 《煤灰熔融性的測(cè)定方法》采用開(kāi)元智能灰熔點(diǎn)測(cè)試儀測(cè)定7種混煤的灰熔融性(見(jiàn)表7)。

表6 不同配比混煤煤灰成分分析 %

表7 不同配比混煤煤灰熔融性分析結(jié)果 ℃

從表7可以看出：大友煤灰熔融點(diǎn)很高，變形溫度大于1 500 ℃，屬于難熔融灰；印尼煤則相反，1 218 ℃開(kāi)始變形，1 228 ℃則已經(jīng)處于流動(dòng)狀態(tài)，屬于極易熔融灰。將兩者按照不同比例摻燒后，灰熔融性有明顯變化。以大友煤和印尼煤質(zhì)量摻混比例1∶1為分界線，比例大于1∶1，混煤灰熔融點(diǎn)高，灰變形溫度均大于1 500 ℃，隨著摻混比例的降低，煤灰變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動(dòng)溫度均顯著下降。

采用目前煤粉燃燒領(lǐng)域常用的結(jié)渣判斷指標(biāo)，分析大友煤和印尼煤及不同配比混煤的結(jié)渣特性，結(jié)渣特性程度判斷指標(biāo)見(jiàn)表8。

表8 結(jié)渣特性計(jì)算結(jié)果

從表8可以看出：印尼煤屬于易嚴(yán)重結(jié)渣的煤，綜合結(jié)渣判斷指數(shù)達(dá)到了3.81，高于臨界值(2.5)，此外該煤種的酸堿比、硅比等指標(biāo)也屬于易嚴(yán)重結(jié)渣煤種；大友煤屬于難結(jié)渣煤種。從混煤配比摻燒后煤灰的計(jì)算結(jié)果看：兩種煤混煤摻燒效果較好，隨著大友煤摻燒比例增大，混煤結(jié)渣程度也從嚴(yán)重逐漸改善至輕微。為保證不出現(xiàn)較重的結(jié)渣情況，大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 優(yōu)化調(diào)整

為了防止鍋爐結(jié)渣，在運(yùn)行中采用如下調(diào)整措施：

(1) 更換抗結(jié)渣特性好的煤種，要注意的是要提前將煤的灰分分析數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)渣特性的計(jì)算，不能簡(jiǎn)單根據(jù)灰熔點(diǎn)、軟化溫度等單一參數(shù)來(lái)判斷是否結(jié)渣。

(2) 增加一次風(fēng)風(fēng)量，提高一次風(fēng)射流的剛性，從而將煤粉著火點(diǎn)遠(yuǎn)離燃燒器噴口，降低燃燒器噴口結(jié)渣的可能性。減少切圓半徑，將火焰中心盡量保持在爐膛中心位置區(qū)域，防止切圓半徑過(guò)大，火焰沖刷水冷壁造成進(jìn)一步結(jié)渣。

(3) 適當(dāng)增加爐內(nèi)送風(fēng)量，提高燃燒器區(qū)域的過(guò)量空氣系數(shù)，防止出現(xiàn)還原性氣氛。

(4) 適當(dāng)提高煤粉的細(xì)度。由于印尼煤揮發(fā)分含量很高，煤粉著火比較容易，同時(shí)爐膛溫度水平較高，可以將煤粉細(xì)度提高，將煤粉著火點(diǎn)推遲，降低爐膛的溫度水平。

(5) 通過(guò)增減負(fù)荷除掉水冷壁的結(jié)渣，但是要注意增減負(fù)荷速度；必要時(shí)利用停爐檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)行清渣處理。

(6) 將磨煤機(jī)投入位置適當(dāng)拉開(kāi)，防止火焰過(guò)于集中，造成結(jié)渣程度增強(qiáng)。

(7) 密切監(jiān)視水冷壁壁溫、屏式過(guò)熱器壁溫。

4.3 渣塊處理

摻燒高熔點(diǎn)的煤，如果無(wú)法找到高熔點(diǎn)煤可以考慮均勻添加高嶺土。在1號(hào)機(jī)組摻燒了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的高欄港煤，燃燒后含灰量接近設(shè)計(jì)煤種，同時(shí)進(jìn)行了深度變負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，2號(hào)機(jī)組摻燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的高欄港煤，并在2臺(tái)機(jī)組上都摻燒了少量高嶺土。發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組在摻燒后渣量大幅增加，1號(hào)機(jī)組在大幅變負(fù)荷后落下大量渣塊，說(shuō)明通過(guò)深度變負(fù)荷可以促進(jìn)渣塊脫落。

5 結(jié)語(yǔ)

筆者系統(tǒng)分析了鍋爐結(jié)渣的原因，并提出了現(xiàn)場(chǎng)配煤摻燒、燃燒優(yōu)化調(diào)整等措施，得出如下結(jié)論：

(1) 不要燃用易嚴(yán)重結(jié)渣的煤種，如煤種1、2；煤種3、4的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)接近臨界值，在燃用時(shí)，與抗結(jié)渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)。

(3) 運(yùn)行中應(yīng)采取更換抗結(jié)渣特性好的煤種、增加一次風(fēng)量、提高煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)投入位置適當(dāng)拉開(kāi)、運(yùn)行中監(jiān)視壁溫等措施。

(4) 實(shí)踐表明添加高嶺土在緩解結(jié)渣方面具有較好的效果。