660MW超臨界鍋爐結(jié)焦成因與治理

廖進(jìn)

摘 要：鍋爐結(jié)焦是火力燃煤發(fā)電廠面臨的普遍問題。鍋爐大面積結(jié)焦直接影響鍋爐燃燒的穩(wěn)定與安全，火力發(fā)電廠的鍋爐通常用煤作為燃燒動(dòng)力，結(jié)焦問題處理十分棘手，研究鍋爐結(jié)焦原理，認(rèn)識(shí)鍋爐結(jié)焦的規(guī)律，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段防止對(duì)鍋爐危害具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文重點(diǎn)介紹了鍋爐結(jié)焦的原因與有效的治理方法。

關(guān)鍵詞：鍋爐結(jié)焦;結(jié)焦治理

火力發(fā)電廠燃燒器結(jié)焦與鍋爐除焦是影響燃燒的重要問題，且除焦操作也是運(yùn)維人員日常維護(hù)中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的項(xiàng)目之一。鍋爐容量的大幅度增長導(dǎo)致爐膛受熱面熱負(fù)荷快速上升，尤其是超臨界鍋爐對(duì)運(yùn)行中維持各部分受熱面吸熱均勻性提出了更高的要求。無論鍋爐如何設(shè)計(jì)，每臺(tái)火電廠燃煤鍋爐都不可避免產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。鍋爐結(jié)焦是普遍問題，使鍋爐燃燒狀態(tài)惡化，破壞工質(zhì)正常運(yùn)作，造成過熱器等設(shè)備損壞，嚴(yán)重情況會(huì)使鍋爐因焦塊堆積導(dǎo)致停爐，必須研究分析此問題，通過分析鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式調(diào)整等，優(yōu)化鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，保障鍋爐安全平穩(wěn)運(yùn)行。

一、鍋爐結(jié)焦的機(jī)理

固態(tài)排渣煤粉爐中，火焰中心溫度可達(dá)1400°C，煤粉燃燒溫度較高，熔融灰渣顆粒離開火焰表面遇到水冷壁，通過冷卻附著在管壁表面上的現(xiàn)象為結(jié)焦。燃燒器、過熱器都可能發(fā)生結(jié)焦，煙氣溫度與灰顆粒溫度隨煙氣流動(dòng)不斷降溫，如在達(dá)到受熱面前冷卻固體，煙氣仍能帶走部分灰渣。[1]灰渣如達(dá)到爐膛受熱面處于熔化狀態(tài)，將粘附在接觸表面形成結(jié)渣。

鍋爐結(jié)焦過程是復(fù)雜的過程，火焰貼近爐墻時(shí)煙氣中的灰呈熔化狀態(tài)，火焰直接沖刷受熱面導(dǎo)致受熱面結(jié)焦。鍋爐結(jié)焦的過程涉及到煤粉加熱的諸多因素，煙氣中的灰分靠近爐壁是其基本條件。

鍋爐受熱面結(jié)焦將減少熱交換，水冷壁受熱面內(nèi)工質(zhì)吸熱過程減少，導(dǎo)致排煙損失增大。水冷壁面結(jié)焦必須爐內(nèi)增加燃料量以保持負(fù)荷與蒸發(fā)量相同，提高了風(fēng)機(jī)負(fù)載，風(fēng)煙系統(tǒng)易被堵塞，限制鍋爐的出力。排煙溫度導(dǎo)致爐膛出口溫度增加，可能造成結(jié)焦。如上部爐膛結(jié)焦掉落可能會(huì)損壞水冷壁管。

鍋爐在局部結(jié)焦不及時(shí)清理，結(jié)焦發(fā)展趨勢(shì)速度很快，焦塊達(dá)到一定厚度時(shí)，爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)發(fā)生變化，焦塊易破壞鍋爐的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)使燃燒惡化。

二、影響鍋爐結(jié)焦的原因

電廠日常運(yùn)行所需動(dòng)力能源來自鍋爐，鍋爐不斷產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，煤燃燒中會(huì)產(chǎn)生大量的附屬物，在長期運(yùn)行中受到其他物質(zhì)的影響產(chǎn)生鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象，會(huì)造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。鍋爐結(jié)焦的原因主要有燃燒器運(yùn)行方式，煤質(zhì)特性，射流偏轉(zhuǎn)，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)不平衡等因素的影響。

燃燒器是鍋爐的主要燃燒設(shè)備，鍋爐運(yùn)行安全與否，運(yùn)行周期長短都與燃燒器密切相關(guān)。其主要作用是進(jìn)行風(fēng)的充分混合，使煤與空氣充分接觸，穩(wěn)定燃燒。煤粉燃燒所需空氣量分為一二次風(fēng)，煤燃燒時(shí)可降低點(diǎn)火溫度，使煤粉能快速達(dá)到點(diǎn)火溫度。直流燃燒器結(jié)構(gòu)是矩形噴嘴，混合氣體經(jīng)噴嘴射出，可分為均等配風(fēng)方式與集中布置分級(jí)配風(fēng)直流式燃燒器，直流式燃燒器的出口氣流為直線射流。[2]

判斷壁面附近氣氛是氧化性或還原性，如膛內(nèi)氣氛為還原性，明顯降低灰的熔融溫度，加劇結(jié)焦。如燃燒中運(yùn)行氧氣不足，未完全燃燒將產(chǎn)生一氧化碳等還原氣體，可大大降低灰熔點(diǎn)溫度，將加重鍋爐結(jié)焦。

理論燃燒溫度與爐膛出口煙溫是反映結(jié)焦的重要指標(biāo)，省煤器出口氧量會(huì)直接影響其指標(biāo)。省煤器出口氧量為2.5%，理論燃燒溫度為1775°C，二次風(fēng)門開度不斷，增加省煤器出口氧量，防止結(jié)焦。燃燒器采用風(fēng)包粉的切圓設(shè)計(jì)方式，可起到有效防止?fàn)t膛結(jié)焦的作用。為防止鍋爐結(jié)焦，應(yīng)增加燃盡的氧量，增加燃盡風(fēng)風(fēng)的通風(fēng)層數(shù)與擋板開度。

磨煤機(jī)運(yùn)行方式不合理易造成結(jié)焦，吹灰機(jī)吹灰不及時(shí)易產(chǎn)生結(jié)焦。爐膛出口煙溫升高，爐膛四周漏風(fēng)，風(fēng)煤配合不當(dāng)?shù)葧?huì)使?fàn)t膛出口煙溫升高引發(fā)結(jié)渣。如鍋爐要維持額定蒸發(fā)量需加大燃燒，使得爐膛熱負(fù)荷高于設(shè)計(jì)最大值，如釋放巨大熱能未能及時(shí)被水冷壁吸收將會(huì)引起排煙熱損失增大、金屬超溫?fù)p壞設(shè)備。

三、鍋爐結(jié)焦的治理措施

鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)布局直接影響爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)燃燒條件，對(duì)防止結(jié)焦具有重要的作用，鍋爐燃燒器安排布局十分重要，將鍋爐燃燒器中心風(fēng)直流式燃燒器改為水平濃淡邊風(fēng)直流式燃燒器，水平濃淡邊風(fēng)式直流燃燒器是通過煤粉輸送管輸送管道水平的最后彎道，煤粉通過管道放置的垂直擋板進(jìn)入爐，煤粉分為濃側(cè)與淡側(cè)，通過煤粉汽流旋轉(zhuǎn)方向，控制濃測(cè)煤粉在切圓里側(cè)分布，局部增加切圓里側(cè)煤粉濃度，有助于褐煤著火燃燒，有利于避免結(jié)焦的產(chǎn)生。

機(jī)組大修時(shí)，對(duì)鍋爐內(nèi)燃燒器及系統(tǒng)進(jìn)行改造，將上下排一次風(fēng)噴嘴改造為濃淡分離噴嘴，采用濃淡不等風(fēng)速設(shè)計(jì)，一次風(fēng)噴口與二次風(fēng)噴口以反向相切法布置，加強(qiáng)一次風(fēng)噴射進(jìn)爐膛后偏斜作用。保證一次風(fēng)在高速下燃燒穩(wěn)定性。在一次風(fēng)噴器周邊適當(dāng)裝置周界風(fēng)，適當(dāng)加大周界風(fēng)的比例，形成偏置的效果，避免水冷壁面形成還原性氣氛。

近年來，電廠用煤緊張，來煤品質(zhì)變化多樣，生產(chǎn)用煤與設(shè)計(jì)煤種數(shù)據(jù)存在較大差異，要對(duì)來煤煤質(zhì)進(jìn)行多次取樣分析研究，分別存放不同類型的來煤，按規(guī)定煤質(zhì)要求嚴(yán)格準(zhǔn)確配煤摻燒。

煤粉鍋爐燃燒中心溫度達(dá)1600°C，灰在此溫度下大多處于熔化狀態(tài)，如燃燒中心偏移，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)渣，控制火焰中心，在爐中合理組織空氣動(dòng)力場(chǎng)以防止焦化。適當(dāng)?shù)目諝饬繉?duì)控制結(jié)焦危害影響很大，爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)增加，可減少對(duì)流過熱器爐內(nèi)結(jié)渣。

四、結(jié)語

本文對(duì)火力發(fā)電廠燃煤鍋爐結(jié)焦問題，進(jìn)行了研究分析，尋求最佳結(jié)焦方案。減少運(yùn)行中的事故率。鍋爐燃燒器的選用是復(fù)雜的技術(shù)性問題，通過系列參數(shù)調(diào)整，對(duì)解決鍋爐結(jié)焦有很好的效果。采用合理配比煤種，有效降低結(jié)焦的發(fā)生。選擇最佳的假想切圓直徑，優(yōu)化二次風(fēng)的相關(guān)參數(shù)，是保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的重要方法。鍋爐結(jié)焦是復(fù)雜的過程，會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備造成損害，研究鍋爐結(jié)焦的機(jī)理，尋求最佳的解決途徑是保證鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行與提升電廠經(jīng)濟(jì)效益的重要工作。

參考文獻(xiàn)：

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[2]林青.660MW超臨界鍋爐結(jié)焦原因分析與治理[J].科技展望，2016，26（23）：93.

[3]鄢圣平.660MW超超臨界鍋爐防結(jié)焦措施[J].科技傳播，2013，5（10）：16-17.