1000MW超超臨界機(jī)組摻燒經(jīng)濟(jì)煤種對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

國(guó)家電投集團(tuán)協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司 趙連成

1 引言

對(duì)入爐煤種進(jìn)行科學(xué)合理?yè)脚?，重點(diǎn)從安全性考慮，適當(dāng)降低高硫煤、易結(jié)焦煤種的摻配比例，根據(jù)摻配的煤種特性，制定合理的鍋爐運(yùn)行方式，利用檢修期間對(duì)鍋爐結(jié)焦、高溫腐蝕、受熱面磨損等問(wèn)題進(jìn)行全面細(xì)致的檢查并加強(qiáng)監(jiān)視，尤其是中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，對(duì)因?yàn)槊嘿|(zhì)差引起的火檢跳動(dòng)、爐膛結(jié)焦、爐膛壓力異常波動(dòng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)整，降低煤質(zhì)原因帶來(lái)的不良影響。

2 摻燒經(jīng)濟(jì)煤種影響

2.1 摻燒高硫煤

摻燒高硫煤對(duì)鍋爐水冷壁都會(huì)造成高溫腐蝕，同時(shí)對(duì)空預(yù)器轉(zhuǎn)子、尾部受熱面、除塵器造成低溫腐蝕，特別是煙道膨脹節(jié)、人孔門(mén)等腐蝕較為嚴(yán)重，并且還會(huì)造成引風(fēng)機(jī)葉片積灰結(jié)酸露，導(dǎo)致葉片積灰、腐蝕以及動(dòng)葉根部積灰板結(jié)影響動(dòng)葉調(diào)節(jié)。燃煤的硫分高是形成腐蝕的主要影響因素，在還原性氣氛下腐蝕速率與硫含量成明顯的線性關(guān)系，硫分越大腐蝕速率越快，尤其是鍋爐采取低氮燃燒方式后，燃燒器區(qū)域煙氣還原性較強(qiáng)，導(dǎo)致?tīng)t膛高溫腐蝕的趨勢(shì)更加明顯。煙溫偏低時(shí)，煙氣中硫化物在尾部受熱面表面結(jié)露，形成酸腐蝕。此外，煙氣中SO2濃度高，需消耗大量石灰石進(jìn)行脫硫，制漿能力和脫水能力不足時(shí)，容易造成吸收塔內(nèi)部漿液“中毒”現(xiàn)象。

2.2 摻燒低揮發(fā)分煤種

某電廠摻燒低揮發(fā)分的貧煤甚至無(wú)煙煤，部分低揮發(fā)分煤種可磨性較低，難以磨細(xì)，同時(shí)著火溫度較高，燃燒穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生鍋爐燃燒脫火、熄火。此外，鍋爐在采用低氮燃燒方式下，對(duì)燃煤揮發(fā)分含量比較敏感，摻燒低揮發(fā)分后會(huì)造成爐膛出口NO濃度顯著升高，飛灰含碳量明顯增大。在超低排放的壓力下，煙氣脫硝長(zhǎng)期維持在高于90%以上的水平運(yùn)行，造成脫硝系統(tǒng)過(guò)噴氨運(yùn)行。

2.3 摻燒低熔點(diǎn)煤

摻燒低灰熔點(diǎn)煤種，普遍存在鍋爐結(jié)焦問(wèn)題，導(dǎo)致鍋爐熱效率下降，焦塊掉落對(duì)爐膛安全性也造成了較大影響。主要問(wèn)題包括：結(jié)焦時(shí)爐膛出現(xiàn)掉大焦，造成爐膛負(fù)壓大幅度波動(dòng)，遮住火檢探頭導(dǎo)致全爐膛滅火，結(jié)焦嚴(yán)重鍋爐無(wú)法維持運(yùn)行；燃用低灰熔點(diǎn)煤導(dǎo)致燃燒器內(nèi)部結(jié)焦，燃燒器結(jié)焦誘發(fā)回火，燒熔二次風(fēng)道內(nèi)煤粉管及風(fēng)道；結(jié)焦導(dǎo)致水冷壁結(jié)堅(jiān)硬密實(shí)焦塊，引起垢下腐蝕；部分煤種灰熔點(diǎn)軟化溫度（ST）、流動(dòng)溫度（FT）差別較小，容易在爐膛或屏式受熱面形成堅(jiān)固結(jié)焦；部分煤種變形溫度（DT）與軟化溫度（ST）相差較大，可能屬于極低熔點(diǎn)的煤與熔點(diǎn)較高的煤摻混。鍋爐燃燒器改造時(shí)一次風(fēng)射流切圓大、二次風(fēng)射流切圓小，以及旋流燃燒器旋流強(qiáng)度大，會(huì)引起煤粉刷邊，導(dǎo)致結(jié)焦加重，燃燒器噴嘴角度與設(shè)計(jì)偏差較大也會(huì)導(dǎo)致燃燒切圓組織不好，煤粉刷邊引起結(jié)焦。

2.4 摻燒低熱值煤

隨著鍋爐摻燒低熱值經(jīng)濟(jì)煤種的比例越來(lái)越高，相同負(fù)荷時(shí)鍋爐煙氣量明顯增大，帶來(lái)的問(wèn)題主要有：尾部受熱面磨損，磨損嚴(yán)重的受熱面為低溫省煤器，其他部位有低再、低過(guò)、省煤器；鍋爐排煙溫度升高，鍋爐效率下降；引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在高負(fù)荷區(qū)域，失速風(fēng)險(xiǎn)增大；此外，大量摻燒低熱值煤種，備用磨組減少或無(wú)備用，制粉系統(tǒng)可調(diào)整裕量降低。

3 空預(yù)器堵塞

鍋爐空預(yù)器堵塞導(dǎo)致煙風(fēng)阻力過(guò)大的狀況仍比較普遍?？疹A(yù)器發(fā)生堵塞后造成阻力快速增加，風(fēng)機(jī)全壓裕量顯著降低，嚴(yán)重時(shí)出力不足導(dǎo)致鍋爐低氧量運(yùn)行，影響燃燒效果與穩(wěn)定性，限制機(jī)組出力，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在失速區(qū)附近，動(dòng)葉容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。空預(yù)器兩側(cè)堵塞程度不一致時(shí)，引起兩側(cè)出口排煙溫度偏差較大?？疹A(yù)器堵塞后，一般采取在線水沖洗、增加吹灰頻次的措施控制堵塞發(fā)展，并且還會(huì)造成了空預(yù)器換熱元件吹損脫落。某電廠1000MW機(jī)組鍋爐空預(yù)器換熱元件分三段布置，鍋爐空預(yù)器發(fā)生了嚴(yán)重堵塞。堵塞嚴(yán)重時(shí)，中溫段換熱元件必須吊出解包進(jìn)行沖洗，否則無(wú)法保證沖洗效果。目前，防止空預(yù)器換熱元件發(fā)生NH4HSO4越界沉積的較好方法是采用暖風(fēng)器或熱風(fēng)再循環(huán)等措施，提高空預(yù)器進(jìn)口冷風(fēng)溫度，改善換熱元件壁溫分布，避免發(fā)生NH4HSO4越界沉積，沉積的NH4HSO4利用蒸汽吹灰及時(shí)清除，但熱風(fēng)再循環(huán)提高風(fēng)溫幅度有限，且可能導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)葉片磨損，效果不如暖風(fēng)器[1]。

4 高溫腐蝕

高溫腐蝕與燃用高硫煤有著直接關(guān)系，某電廠鍋爐水冷壁因高溫腐蝕導(dǎo)致管壁大面積減薄，主要問(wèn)題包括：為降低鍋爐燃燒生成的NOn濃度，采取了低氧量和高比例風(fēng)粉分級(jí)的燃燒技術(shù)，使得燃燒器區(qū)域的供氧量嚴(yán)重不足，還原性較強(qiáng)，導(dǎo)致?tīng)t膛上部出現(xiàn)高溫腐蝕。受煤炭供應(yīng)影響，鍋爐摻燒較大比例的硫分偏高煤種，有的高硫煤?jiǎn)为?dú)加倉(cāng)摻燒，加速了高溫腐蝕的速率。在吹灰器區(qū)域，由于腐蝕與吹損的相互促進(jìn)，產(chǎn)生過(guò)快的腐蝕減薄，鍋爐存在蒸汽帶水現(xiàn)象，加快吹損速率，有的產(chǎn)生橫向裂紋。

四墻燃燒器布置的鍋爐，存在高溫腐蝕的共性問(wèn)題，主要原因與切圓過(guò)大，煤粉刷邊，粉中的硫、堿金屬等對(duì)水冷壁管形成腐蝕。旋流燃燒器鍋爐前后側(cè)旋流強(qiáng)度相差較大，導(dǎo)致有的燃燒器火焰刷墻，對(duì)側(cè)火焰前沖動(dòng)量較大，加重燃燒器刷墻現(xiàn)象，在下層燃燒器更突出，引起冷灰斗區(qū)域腐蝕嚴(yán)重；存在高溫腐蝕的區(qū)域主要在上部燃燒器至SOFA風(fēng)噴嘴區(qū)域。

燃燒器前后墻布置的鍋爐高溫腐蝕主要發(fā)生在燃燒器側(cè)墻，至OFA風(fēng)燃燒器之上的低氧、高熱負(fù)荷區(qū)域，個(gè)別發(fā)生在冷灰斗上部，腐蝕速率較快；前墻布置的在高溫腐蝕主要發(fā)生在后墻及側(cè)墻后部；四角切圓燃燒鍋爐主要發(fā)生在上層燃燒器至SOFA風(fēng)之間與最下層燃燒器區(qū)域，尤其是角部區(qū)域高溫腐蝕嚴(yán)重。雙爐膛燃燒的在前墻二個(gè)燃燒器之間爐墻區(qū)域較突出；四墻燃燒器布置的鍋爐，腐蝕嚴(yán)重部位通常發(fā)生在背離燃燒器射流方向的低氧區(qū)；結(jié)焦引起的垢下腐蝕，腐蝕發(fā)生在主燃燒器及鄰近上部區(qū)域；機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行對(duì)鍋爐高溫腐蝕也存在一定影響。

由于深度調(diào)峰的需要，機(jī)組運(yùn)行于低負(fù)荷段的次數(shù)增加，低負(fù)荷段爐膛熱負(fù)荷均勻性、水動(dòng)力穩(wěn)定性均降低，水冷壁金屬亦會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象，尤其是對(duì)于下部水冷壁影響較大。雖然低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氧量較高，但由于爐膛溫度較低，煤粉的著火能力變差，導(dǎo)致著火點(diǎn)滯后、燃盡度降低，未燃盡的煤粉易被甩到水冷壁上，燃煤灰分中的堿金屬在爐內(nèi)高溫狀態(tài)下呈氣態(tài)，氣態(tài)鈉、鉀成分在管子表面凝結(jié)，形成堿金屬化合物沉淀層，一些帶有其他成分的灰粒也同時(shí)黏附在管子表面。含硫燃料燃燒時(shí)生成的SO2、SO氣體與堿金屬成分接觸發(fā)生反應(yīng)，形成熔融狀態(tài)的復(fù)合硫酸鹽，當(dāng)管壁溫度較高時(shí)，對(duì)管材腐蝕性較強(qiáng)，存在高溫腐蝕時(shí)宜在爐膛噴涂防磨防腐蝕的防護(hù)層，抵御爐膛的高溫腐蝕，進(jìn)行防腐防磨噴涂時(shí)，應(yīng)注意噴涂材料、噴涂工藝及噴涂過(guò)程質(zhì)量的監(jiān)督[2]。

5 鍋爐結(jié)焦

鍋爐結(jié)焦的主要原因?yàn)槿加玫突胰埸c(diǎn)煤種，主要問(wèn)題包括：結(jié)焦時(shí)爐膛出現(xiàn)掉大焦，導(dǎo)致全爐膛滅火或爐膛壓力高動(dòng)作。對(duì)干渣機(jī)形成卡澀、被迫人工碎渣，形成堵塞，清理過(guò)程在冷灰斗形成積渣再熔化搭橋堵塞，有的焦渣掉落量大，在冷灰斗排渣口形成搭橋堵塞焦。燃用易結(jié)焦煤種，應(yīng)具備專(zhuān)項(xiàng)預(yù)案，加強(qiáng)運(yùn)行期間的參數(shù)監(jiān)視，對(duì)火檢不穩(wěn)，掉焦頻繁現(xiàn)象引起足夠重視，對(duì)爐膛結(jié)焦現(xiàn)象定期觀察，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦較嚴(yán)重時(shí)應(yīng)加強(qiáng)爐膛吹灰。

6 風(fēng)機(jī)缺陷

因摻燒經(jīng)濟(jì)煤種比例增大，入爐煤量高，煙氣量、一次風(fēng)壓均偏高，空預(yù)器堵塞、低溫省煤器腐蝕積灰，造成煙風(fēng)道阻力升高，不僅風(fēng)機(jī)出力難以滿足負(fù)荷要求，并且風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在失速風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)機(jī)本身存在的問(wèn)題有：風(fēng)機(jī)動(dòng)葉葉片積灰以及存在裂紋問(wèn)題，動(dòng)葉調(diào)節(jié)存在卡澀問(wèn)題，停機(jī)后出現(xiàn)葉片卡死狀況；引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期停運(yùn)，動(dòng)調(diào)機(jī)構(gòu)不活動(dòng)，且實(shí)際開(kāi)度與表盤(pán)顯示不一致，再起啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)芯軸斷裂，一級(jí)動(dòng)調(diào)無(wú)法動(dòng)作，風(fēng)機(jī)出力異常；引風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)道采用普通碳鋼，存在煙氣腐蝕，個(gè)別風(fēng)機(jī)冷卻風(fēng)道腐蝕漏風(fēng)，影響軸承冷卻與密封效果；風(fēng)機(jī)振動(dòng)偏大，無(wú)法降至正常范圍；污泥干化乏氣排入送風(fēng)機(jī)入口風(fēng)道，使得送風(fēng)機(jī)表面及動(dòng)葉根部積灰嚴(yán)重，檢查中發(fā)現(xiàn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中存在明顯卡頓現(xiàn)象[3]。

動(dòng)葉根部進(jìn)灰致使轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大較多，引發(fā)多片葉片發(fā)生卡澀，運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)葉調(diào)節(jié)反饋不跟隨指令，動(dòng)葉角度偏差大，導(dǎo)致葉片間氣流存在較大湍動(dòng)，葉片抖動(dòng)以及轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大，嚴(yán)重影響送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)與運(yùn)行安全；動(dòng)葉調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)返廠檢修過(guò)程質(zhì)量控制差，存在檢修不當(dāng)工藝以及漏檢漏修的問(wèn)題；上鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)輪轂螺栓易松動(dòng)，運(yùn)行時(shí)存在螺栓脫落打壞葉片的風(fēng)險(xiǎn)，引風(fēng)機(jī)輪轂材質(zhì)偏軟，運(yùn)行過(guò)程中由于振動(dòng)原因，輪轂與軸裝配間隙嚴(yán)重超標(biāo)。

風(fēng)機(jī)油管路、測(cè)量電纜管架固定在風(fēng)機(jī)殼體上，風(fēng)機(jī)振動(dòng)時(shí)導(dǎo)致管路產(chǎn)生較大的振動(dòng)，容易引起管道焊縫開(kāi)裂、接頭松動(dòng)，擴(kuò)大故障損失。采用熱風(fēng)再循環(huán)的鍋爐，送風(fēng)機(jī)葉片易發(fā)生磨損，原因是投用熱風(fēng)再循環(huán)，二次風(fēng)帶灰引起葉片磨損，如熱風(fēng)再循環(huán)取風(fēng)口在水平風(fēng)道底部，風(fēng)源中灰粒子濃度更高，會(huì)導(dǎo)致磨損加快。風(fēng)機(jī)停運(yùn)期間，應(yīng)定期進(jìn)行油泵切換試驗(yàn)及動(dòng)調(diào)全行程活動(dòng)，防止灰漿產(chǎn)生結(jié)垢后，造成葉片與輪轂黏結(jié)卡澀。檢修期間加強(qiáng)風(fēng)機(jī)輪轂的檢查，摻燒高硫煤、長(zhǎng)期調(diào)峰機(jī)組，應(yīng)縮短引風(fēng)機(jī)葉片、冷卻風(fēng)道等的檢查周期[4]。

7 制粉系統(tǒng)問(wèn)題

制粉系統(tǒng)中磨煤機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題較多，由于煤質(zhì)水分高，附著性強(qiáng)，堵煤、斷煤現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，主要問(wèn)題包括：部分磨煤機(jī)出口管一次風(fēng)速偏低，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫測(cè)點(diǎn)間偏差大；磨輥襯板堆焊次數(shù)過(guò)多，加速設(shè)備磨損。磨煤機(jī)本體、部分煤粉管道和彎頭、煤粉分配器等部位磨損嚴(yán)重，多次出現(xiàn)磨穿泄漏。磨煤機(jī)出口細(xì)度與煤粉濃度分布偏差大且一次風(fēng)管沒(méi)有設(shè)置可調(diào)縮孔，或可調(diào)縮孔長(zhǎng)時(shí)間未用已卡澀，無(wú)法進(jìn)行風(fēng)速調(diào)勻，雙切圓燃燒的鍋爐出現(xiàn)左右爐膛煤粉輸入量偏差比較大，導(dǎo)致熱負(fù)荷偏差，通過(guò)磨煤機(jī)風(fēng)量為主要調(diào)整手段，再以可調(diào)縮孔輔助調(diào)整，把熱態(tài)風(fēng)速偏差控制在小范圍內(nèi)，可以保證煤粉輸入量基本一致[5]。

8 結(jié)論

針對(duì)1000MW機(jī)組投產(chǎn)至今，隨著煤質(zhì)改變和燃煤鍋爐本身特點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)中還存在若干困難，通過(guò)采用了上述的燃燒調(diào)節(jié)措施，已經(jīng)達(dá)到了較高的目標(biāo)，在整個(gè)機(jī)組的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，根據(jù)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)制作粉絲系統(tǒng)用煤量比例、蓄熱燃燒器的擺角、調(diào)節(jié)煤倉(cāng)風(fēng)速、調(diào)整第一二次風(fēng)機(jī)擋板等方法，就可以確保設(shè)備的安全穩(wěn)定和正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。