超臨界直流鍋爐的結(jié)焦原因以及改進(jìn)方法研究

吳澤 李建華 李昌昌 唱文學(xué)

摘? 要：超臨界直流鍋爐是電廠電力生產(chǎn)中的重要設(shè)備，對于電廠正常運(yùn)行而言起到了非常關(guān)鍵的作用。但是，在超臨界直流鍋爐有效工作的過程中，燃煤成分、燃煤品種、燃煤物理成分以及鍋爐結(jié)構(gòu)都會在一定程度上影響鍋爐運(yùn)行，造成結(jié)焦問題。本文筆者對超臨界直流鍋爐的結(jié)焦問題進(jìn)行了分析研究，在文章中詳細(xì)闡述了超臨界直流鍋爐的結(jié)焦原因，并提出了超臨界直流鍋爐的結(jié)焦問題的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：超臨界直流鍋爐? 結(jié)焦原因? 改進(jìn)措施? 過熱器

中圖分類號：TM621.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0102-03

Abstract：Supercritical once-through boiler is an important equipment in power plant power production， and plays a very critical role in the normal operation of the power plant. However， during the effective operation of the supercritical once-through boiler， the coal-burning composition， coal-burning type， coal-burning physical composition， and boiler structure will affect the boiler operation to a certain extent， causing coking problems. In this paper， the author analyzes and analyzes the coking problem of supercritical once-through boilers. In this article， the cause of coking in supercritical once-through boilers is elaborated in detail， and the improved method of supercritical once-through boilers' coking problem is proposed.

Key Words： Supercritical once-through boiler; Cause of coking; Improvement measures; Superheater

超臨界直流鍋爐在電廠中的應(yīng)用非常重要，鍋爐自身的工作性能也直接決定了電廠能源生產(chǎn)和供應(yīng)。而在最近幾年，超臨界直流鍋爐的耗能相對較高，其主要原因就是超臨界直流鍋爐結(jié)焦，導(dǎo)致自身工作狀態(tài)降低。所以，當(dāng)前對于超臨界直流鍋爐結(jié)焦問題的改善至關(guān)重要。

1? 超臨界直流鍋爐的結(jié)焦問題產(chǎn)生原因

1.1 試驗分析鍋爐介紹

為了研究超臨界直流鍋爐結(jié)焦原因，本文以某電廠工程的超臨界直流鍋爐為例進(jìn)行了試驗研究。該電廠超臨界直流鍋爐設(shè)備型號選擇HG-1164/25.4-YM1，該型號鍋爐為350MW直流鍋爐。在進(jìn)行鍋爐結(jié)焦試驗過程中，試驗煤質(zhì)煤種選擇使用煙煤。以下表1為2×350MW功率超臨界直流鍋爐的具體參數(shù)值。

2? 超臨界直流鍋爐結(jié)焦的原因分析

在超臨界直流鍋爐正常投入生產(chǎn)的過程中，自身對煤質(zhì)材料燃燒要發(fā)生高溫、物理以及化學(xué)反應(yīng)，而反應(yīng)勢必會形成煤氣、焦氣等物質(zhì)，而各種物質(zhì)在爐膛內(nèi)無法全部排放，堆積一段時間后就會形成結(jié)焦現(xiàn)象，而對本鍋爐進(jìn)行試驗分析發(fā)現(xiàn)，超臨界直流鍋爐的結(jié)焦原因具體包括以下幾個方面。

首先，鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響超臨界直流鍋爐結(jié)焦問題的主要原因之一。煤碳在爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，爐膛的空間結(jié)構(gòu)，接觸面積都會對煤炭的燃燒進(jìn)行影響，煤炭燃燒效果受到影響，從而導(dǎo)致爐膛結(jié)焦問題。本工程爐膛水平截面的尺寸設(shè)計為15.287m×13.217m，爐膛整體形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計為長方形，并且為了保證有效的燃燒空間鍋爐爐膛高度設(shè)計為60.5m。

其次，超臨界直流鍋爐結(jié)焦的產(chǎn)生原因還包括煤炭煤質(zhì)因素，煤炭在鍋爐膛內(nèi)燃燒，煤炭灰質(zhì)和熔化溫度在一定程度上會影響煤質(zhì)的揮發(fā)分、低灰分，從而形成結(jié)焦問題。一方面，煤炭煤質(zhì)中如果含有的元素種類相對比較多，就會導(dǎo)致煤炭自身的熔點降低，從而更容易發(fā)生結(jié)焦。煤炭煤質(zhì)是由不同的元素組成，并且不同的元素也具有不同的熔點，而煤炭整合后，整體熔點并不是各元素熔點相加，而是由各元素之間化學(xué)反應(yīng)決定，而一般情況下，煤炭中其他元素種類越多，熔點將會越低，所以更容易發(fā)生結(jié)焦。另外一個方面，煤炭資源中如果堿金屬含量超標(biāo)，就會造成鍋爐結(jié)渣問題。煤炭堿金屬元素在不充分燃燒后會產(chǎn)生大量的沉積物，不僅沉積在爐膛，也可以沉積在爐口，從而加大了爐膛結(jié)焦的概率。表2 為本實驗煤質(zhì)和設(shè)計煤種的各方面對比。

第三，超臨界直流鍋爐中的還原性氣體，會導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦問題。在超臨界直流鍋爐設(shè)計過程中，煙道阻力系數(shù)設(shè)計非常關(guān)鍵，如果煙道阻力設(shè)計相對比較少，就會導(dǎo)致設(shè)計的鍋爐生產(chǎn)過程中，送風(fēng)量值難以控制，所以鍋爐在燃燒過程中會出現(xiàn)不充分燃燒現(xiàn)象，而不充分燃燒會產(chǎn)生一氧化碳其他，一氧化碳是還原性其他，會將三氧化二鐵還原為氧化鐵，而氧化鐵的溫度為1000°C? ?～1200°C? 之間，相對比較低，所以更容易造成結(jié)焦。

第四，鍋爐出現(xiàn)漏風(fēng)問題將造成鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。爐膛風(fēng)量一定程度上決定了鍋爐燃燒效果，如果鍋爐出現(xiàn)漏風(fēng)問題，就會是鍋爐內(nèi)部的燃燒火焰中心發(fā)生向上偏移現(xiàn)象，從而造成爐膛上部的煙氣溫度上升，導(dǎo)致整體爐膛結(jié)構(gòu)容易發(fā)生煙氣結(jié)焦現(xiàn)象。

3? 超臨界直流鍋爐結(jié)焦問題的解決

超臨界直流鍋爐結(jié)焦問題的影響因素復(fù)雜，所以在具體解決中應(yīng)該從鍋爐結(jié)構(gòu)、煤炭煤質(zhì)、運(yùn)行工況等3個方面進(jìn)行優(yōu)化，以下是具體解決辦法[1]。

3.1 對鍋爐的過熱器進(jìn)行改造

通過鍋爐過熱器的有效改造可以合理地增加鍋爐燃燒換熱面積，從而對鍋爐爐膛和路口位置的煙氣進(jìn)行有效降溫，溫度降低就會加快煙氣排放速度，從而減少煙氣結(jié)焦。本工程超臨界直流鍋爐在優(yōu)化過程中選擇對過熱器的受熱面管長度進(jìn)行增加，來實現(xiàn)換熱面積擴(kuò)大。

3.2 對鍋爐煤炭進(jìn)行摻燒

煤炭煤質(zhì)燃燒性質(zhì)對鍋爐的結(jié)焦問題造成不小的影響，所以在進(jìn)行結(jié)焦問題解決過程中，應(yīng)該對煤炭的燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化[3]。一方面，對煤爐燃燒的煤炭煤種進(jìn)行優(yōu)化選擇，合理選擇燃燒煤種，有利于結(jié)焦問題的控制。另一方面，可以適當(dāng)?shù)膿饺肫渌夯?、煤質(zhì)，以提升煤碳燃燒的質(zhì)量。

3.3 增加吹灰器裝置

在優(yōu)化超臨界直流鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，可以設(shè)計增加吹灰器裝置，利用吹灰器裝置對超臨界直流鍋爐的燃燒灰進(jìn)行有效處理。吹灰器的增加位置為屏式過熱器和末級過熱器之間。本超臨界直流鍋爐設(shè)計加裝吹灰器，吹灰器的吹動壓力設(shè)置為2MPa，在鍋爐工作中安排3～4次的吹灰[4]。

3.4 采用除焦劑對鍋爐進(jìn)行清理

超臨界直流鍋爐結(jié)焦后如果不能及時進(jìn)行清理，就會導(dǎo)致結(jié)焦越來越嚴(yán)重，從而對鍋爐運(yùn)行效率造成更嚴(yán)重的影響，所以可以設(shè)計使用除焦劑進(jìn)行有效清理，組織鍋爐進(jìn)一步結(jié)焦[5]。當(dāng)前結(jié)焦劑的功效非常多言，包括催化功能、脫硫功能、清凈功能、改性功能以及穩(wěn)定功能等多種形式。其主要除焦原理包括以下幾方面內(nèi)容：（1）當(dāng)除焦劑進(jìn)入到爐膛中，自身會迅速附著在爐膛內(nèi)壁，并直接與爐膛的焦渣物體發(fā)生反應(yīng)。（2）焦渣物體受到催化、除硫作用之后自身的酸性氧化物被除焦劑溶解。（3）除焦劑的催化作用還會使鍋爐內(nèi)壁的焦渣法還是能共熔反應(yīng)產(chǎn)生共熔物質(zhì)，共熔物質(zhì)會改變焦渣的性質(zhì)狀態(tài)，包括物理表現(xiàn)變得稀疏、化學(xué)表現(xiàn)溶解速度快。（4）除焦劑通過與焦渣發(fā)生反應(yīng)而使焦渣變得更好處理，實現(xiàn)焦渣清洗脫落的目的。本鍋爐班組中設(shè)計每個鍋爐班組的鍋爐投入兩桶除焦劑進(jìn)行使用。

3.5 控制鍋爐漏風(fēng)問題

超臨界直流鍋爐爐底漏風(fēng)問題的解決對于結(jié)焦現(xiàn)象的減少非常重要，可以使用液壓關(guān)斷門的方法進(jìn)行漏風(fēng)控制，液壓關(guān)斷門對風(fēng)門進(jìn)行局部的調(diào)節(jié)，從而做到控制漏風(fēng)[6]。另外，還可以采用對爐底水封進(jìn)行密實處理的方法，增加漏風(fēng)保護(hù)。

4? 結(jié)語

本文從控制鍋爐漏風(fēng)、優(yōu)化過熱器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化煤炭燃燒、定期處理結(jié)焦以及增加吹灰裝置五個方面闡述了超臨界直流鍋爐結(jié)焦問題解決的有效策略。希望能夠?qū)ΤR界直流鍋爐結(jié)焦問題的解決有所幫助。

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