無(wú)煙煤鍋爐衛(wèi)燃帶敷設(shè)淺析

王啟延，婁倫武，秦祖斌，周 輝

(貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司 貴州桐梓 563200)

貴州赤天化桐梓化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱桐梓化工公司)以桐梓當(dāng)?shù)氐母吡驘o(wú)煙煤為原料，采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)制取生產(chǎn)液氨和甲醇的原料氣，其中液氨通過(guò)深加工生產(chǎn)尿素。桐梓化工公司的動(dòng)力系統(tǒng)配置3臺(tái)由華西能源股份有限公司制造的DGJ-220/9.8-Ⅱ6型煤粉鍋爐，該鍋爐為高溫高壓、單爐膛，自然循環(huán)，固態(tài)風(fēng)冷干式排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)汽包爐，設(shè)計(jì)單爐蒸汽產(chǎn)量220 t/h。原設(shè)計(jì)鍋爐爐膛無(wú)衛(wèi)燃帶，采用桐梓當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤為燃料。受煤炭市場(chǎng)的影響，鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種有偏差。又因鍋爐摻燒GE水煤漿加壓氣化裝置排放的灰渣(以下簡(jiǎn)稱氣化細(xì)渣)，導(dǎo)致燃燒極不穩(wěn)定，鍋爐頻繁滅火，嚴(yán)重影響了后續(xù)化工系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)反復(fù)分析后，在每角燃燒器向火側(cè)和背火側(cè)敷設(shè)衛(wèi)燃帶，取得了良好效果。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

爐膛和水冷壁系統(tǒng)采用7 584 mm×7 584 mm正方形爐膛，四周為Φ60 mm×5 mm光管加焊20 mm扁鋼形成氣密性膜式水冷壁。制粉系統(tǒng)為中間儲(chǔ)倉(cāng)式，熱風(fēng)送粉。每爐配2臺(tái)鋼球磨煤機(jī)，磨煤機(jī)型號(hào)為DTM320/470。燃燒器采用四角切向布置，百葉窗式水平濃淡直流燃燒器，假想切圓為Φ561 mm逆時(shí)針切圓。燃燒器噴口布置形式從下至上為2(油)-1-1-2-2-3-OFA(OFA噴口反切12°)，兩層一次風(fēng)及三次風(fēng)噴口設(shè)置有側(cè)邊風(fēng)。

2 實(shí)際運(yùn)行情況分析

2.1 煤質(zhì)情況

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為桐梓當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤，受煤炭市場(chǎng)影響，鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種存在偏差。近幾年鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種部分?jǐn)?shù)據(jù)比較見表1。

表1 鍋爐實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種部分?jǐn)?shù)據(jù)比較

2.2 運(yùn)行分析

因鍋爐燃用無(wú)煙煤，鍋爐制造企業(yè)在爐型及燃燒器選型時(shí)已進(jìn)行了燃燒穩(wěn)定性、燃煤適應(yīng)性等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用更利于煤粉火炬穩(wěn)定燃燒的濃淡直流燃燒器、適合低揮發(fā)分無(wú)煙煤和貧煤的分級(jí)配風(fēng)方式等穩(wěn)燃措施[1]。但實(shí)際燃用煤質(zhì)基本情況如表1所示，且在摻燒氣化細(xì)渣比例改變的情況下，部分煤質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)煤種，如揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、發(fā)熱量偏低，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，不易著火燃燒。桐梓化工公司采用鏟車配煤，均勻性較差，分層的可能性較大。鍋爐燃用了未混合均勻的燃煤，特別是燃用幾種摻配的燃煤，即氣化細(xì)渣、超低硫煤等較差燃煤時(shí)，擾動(dòng)大，易引起滅火。氣化細(xì)渣、超低硫煤部分煤質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 氣化細(xì)渣、超低硫煤部分煤質(zhì)數(shù)據(jù)

2013年以來(lái)，3臺(tái)鍋爐因燃燒不穩(wěn)發(fā)生滅火事故就達(dá)29次，最多的一天中滅火達(dá)8次。根據(jù)滅火數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，鍋爐滅火時(shí)的負(fù)荷并不低(見表3)，遠(yuǎn)高于鍋爐不投油穩(wěn)燃負(fù)荷。據(jù)鍋爐近幾年運(yùn)行情況來(lái)看，因燃燒不穩(wěn)發(fā)生滅火主要集中在2013年煤質(zhì)變化以后。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是采購(gòu)鍋爐燃用煤種時(shí)未對(duì)揮發(fā)分進(jìn)行限定，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分最低時(shí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有6%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)煤種的要求；二是摻配氣化細(xì)渣或超低硫煤后，煤質(zhì)指標(biāo)下降，同時(shí)存在摻配不均勻的現(xiàn)象。

表3 鍋爐滅火時(shí)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì) %

3 衛(wèi)燃帶技術(shù)

提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性的措施很多，如鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)、敷設(shè)衛(wèi)燃帶、濃淡分離器燃燒穩(wěn)燃技術(shù)、調(diào)整一次風(fēng)和二次風(fēng)的配比方式、調(diào)整鍋爐煤質(zhì)的合理性等，其中敷設(shè)衛(wèi)燃帶是重要的措施之一[2]。

鍋爐燃用無(wú)煙煤或其他揮發(fā)分含量低的貧煤，在鍋爐點(diǎn)火或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛溫度低，燃燒不穩(wěn)定，容易造成爐膛滅火。為提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性，在燃燒器標(biāo)高附近的四周水冷壁敷設(shè)一層耐火材料(耐火混凝土或耐火塑料)，使燃燒器附近的水冷壁處于絕熱狀態(tài)。由于燃燒器附近水冷壁的吸熱量大大減少，燃燒器附近的爐膛溫度顯著升高，使得鍋爐在點(diǎn)火、燃用劣質(zhì)煤或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，火焰比較穩(wěn)定，避免了爐膛滅火，同時(shí)可降低鍋爐灰渣殘?zhí)己俊＿@一層耐火材料就是鍋爐的衛(wèi)燃帶。鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后帶來(lái)的最大問題就是出現(xiàn)結(jié)焦，需要通過(guò)試驗(yàn)找出最合理的衛(wèi)燃帶布置方式來(lái)解決該問題。桐梓化工公司結(jié)合自身鍋爐運(yùn)行的特點(diǎn)，首先在3#鍋爐上進(jìn)行了衛(wèi)燃帶敷設(shè)試驗(yàn)。

3.1 衛(wèi)燃帶敷設(shè)試驗(yàn)及最終參數(shù)

根據(jù)鍋爐熱力特性及實(shí)際運(yùn)行情況，鍋爐衛(wèi)燃帶敷設(shè)的主要技術(shù)參數(shù)為：向火側(cè)和背火側(cè)到燃燒器噴口的距離均為爐膛寬度的6.7%；向火側(cè)、背火側(cè)衛(wèi)燃帶敷設(shè)寬度均為爐膛寬度的17.0%；衛(wèi)燃帶布置高度為上下各超出整個(gè)燃燒器200 mm；衛(wèi)燃帶總面積為爐膛總輻射受熱面的4.1%。

桐梓化工公司根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，3#鍋爐水冷壁首先按上述參數(shù)進(jìn)行衛(wèi)燃帶敷設(shè)，敷設(shè)后穩(wěn)燃效果明顯，且灰渣殘?zhí)己棵黠@下降。但因?yàn)榉笤O(shè)衛(wèi)燃帶后鍋爐燃燒明顯加強(qiáng)，燃燒器向火側(cè)敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁結(jié)焦嚴(yán)重。為減輕鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后燃燒器向火側(cè)結(jié)焦的問題，對(duì)鍋爐衛(wèi)燃帶敷設(shè)方式進(jìn)行了調(diào)整，即鍋爐向火側(cè)衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積在原有的基礎(chǔ)上減少37%，同時(shí)將向火側(cè)減少的衛(wèi)燃帶面積增加到燃燒器背火側(cè)，衛(wèi)燃帶總的敷設(shè)高度和總面積保持不變。衛(wèi)燃帶敷設(shè)技術(shù)參數(shù)調(diào)整后，對(duì)桐梓化工公司1#、2#鍋爐進(jìn)行了試驗(yàn)，鍋爐向火側(cè)結(jié)焦情況得到了明顯的改善，穩(wěn)燃效果及灰渣殘?zhí)己肯陆敌Чc之前衛(wèi)燃帶敷設(shè)技術(shù)參數(shù)相比變化不大。根據(jù)鍋爐試驗(yàn)情況，桐梓化工公司選用了改進(jìn)后的鍋爐水冷壁衛(wèi)燃帶敷設(shè)技術(shù)參數(shù)。

3.2 衛(wèi)燃帶敷設(shè)效果

(1)爐膛各溫度點(diǎn)變化趨勢(shì)。敷設(shè)衛(wèi)燃帶后爐膛至低溫省煤器出口前的各煙氣溫度在相同負(fù)荷下總體都有所上升，通過(guò)高溫測(cè)溫儀從各觀火孔處測(cè)量3#鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶前后溫度變化，敷設(shè)衛(wèi)燃帶后爐膛溫度總體呈升高趨勢(shì)(表4)。

表4 3#鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后溫度升高情況

(2)灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況。如圖1所示，3#鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后，灰渣殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)總體呈減小趨勢(shì)。

(3)爐膛結(jié)焦情況。3#鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后爐內(nèi)水冷壁及屏式過(guò)熱器上并無(wú)結(jié)焦現(xiàn)象，但各角燃燒器及衛(wèi)燃帶上有掛焦現(xiàn)象，向火側(cè)較多，且都在一次風(fēng)噴口區(qū)域(靠近一次風(fēng)噴口處較多)。

從3#鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后的運(yùn)行情況看，未出現(xiàn)因燃燒不穩(wěn)而滅火的現(xiàn)象。在燃用原來(lái)的燃煤和燃用摻燒氣化細(xì)渣的燃煤期間，鍋爐燃燒都比較穩(wěn)定，同時(shí)摻燒氣化細(xì)渣質(zhì)量分?jǐn)?shù)從3%增加到10%后，整體燃燒也比較穩(wěn)定，總體來(lái)說(shuō)燃燒穩(wěn)定性得到了有效提高。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)衛(wèi)燃帶敷設(shè)后，鍋爐燃燒穩(wěn)定性提高，滅火次數(shù)明顯減少。

(2)敷設(shè)衛(wèi)燃帶后，氣化細(xì)渣摻配質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至10%，鍋爐仍能夠穩(wěn)定運(yùn)行，未出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的問題。按氣化細(xì)渣摻配質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤9 193 t，每年可新增經(jīng)濟(jì)效益619萬(wàn)元。

(3)飛灰中可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值由敷設(shè)衛(wèi)燃帶前的11.28%下降至敷設(shè)衛(wèi)燃帶后的5.04%，僅此一項(xiàng)可使鍋爐熱效率提高3%以上。

(4)敷設(shè)衛(wèi)燃帶后鍋爐并未出現(xiàn)大面積結(jié)焦或較大焦塊砸壞水冷壁的現(xiàn)象，鍋爐結(jié)焦在運(yùn)行中并沒有明顯加強(qiáng)。但因鍋爐燃用煤種發(fā)生變化后結(jié)焦情況有所增強(qiáng)，對(duì)3#鍋爐衛(wèi)燃帶設(shè)計(jì)面積及布置位置進(jìn)行了調(diào)整，在1#、2#鍋爐上敷設(shè)后有效解決了鍋爐結(jié)焦的問題。

(5)傳統(tǒng)衛(wèi)燃帶布置方式通常是在燃燒器區(qū)域水冷壁上敷設(shè)一圈衛(wèi)燃帶[2]，這種布置方式無(wú)法避免燃燒器區(qū)域，特別是向火側(cè)衛(wèi)燃帶上的嚴(yán)重結(jié)焦。本次鍋爐衛(wèi)燃帶的布置方式采用分塊布置，且根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行中結(jié)焦情況對(duì)衛(wèi)燃帶的布置位置進(jìn)行了調(diào)整，有效地解決了鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后結(jié)焦嚴(yán)重的問題。