600 MW超临界褐煤锅炉结焦原因分析及措施

2012-07-06马景斌宋大勇

东北电力技术 2012年8期

马景斌，高明，宋大勇

(1．齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161002;东北电力第三工程公司，辽宁锦州 121001;3．辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006)

1 设备及煤质

清河发电有限责任公司9号机组为国内首台燃用褐煤的超临界机组，锅炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造，型号为HG－1900/25.4－HM2，为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉。该锅炉采用П型布置、单炉膛、尾部双烟道、全钢架、悬吊结构、燃烧器前后墙布置、对冲燃烧。制粉系统采用中速磨正压直吹系统，每台炉配7台磨煤机，布置于前墙或后墙同一层的LNASB燃烧器，前墙4层，后墙3层，每层布置5只。在煤粉燃烧器的上方前、后墙各布置1层燃尽风喷口，每层各5个。燃烧器从内至外依次为中心风、一次风、二次风、四次风、三次风。锅炉主要设计参数及设计煤质特性如表1、表2所示。

2 结焦过程

清河发电有限责任公司9号机组于2010年3月投产，在试运行期间曾多次出现结焦现象。2010年1月19日，机组在300～360 MW负荷运行，在减负荷至停炉过程中，炉底排出大量焦块，其中有灰色质地的疏松焦块，但黑色光亮且质地坚硬的焦块占大多数，造成捞渣机和碎渣机无法正常工作;2010年2月11日，机组在500～580 MW负荷运行，炉底再次排出大量焦块，绝大多数仍为在熔融状态下形成的黑色且质地坚硬的焦块，同样造成捞渣机和碎渣机无法正常工作。

表1 锅炉主要设计参数

表2 设计煤质特性

3 锅炉结焦原因分析

炉内结焦既是复杂的物理化学过程，也是炉内含灰气流的流动和传热传质过程。影响锅炉结焦的因素较多，除了锅炉设计结构参数和煤质外，运行调整不当也会造成锅炉结焦［1］。当机组为300～360 MW负荷、燃煤量为200～250 t/h时，按照锅炉设计尺寸和实际输入热量计算，容积热负荷、截面热负荷等特征参数实际值均为额定负荷设计数据的50%左右［2］，在这种低负荷状态下出现结焦现象，说明结焦部位应该在火焰温度相对偏高的燃烧器区域，通过对炉内检查结果与其吻合。因此，造成燃烧区域结焦的主要原因有以下几方面。

3.1 煤质特性

弱还原性气氛下的软化温度 (ST)是作为煤种结渣性判别的主要指标之一，即ST＞1 390℃为轻微结渣煤;ST在1 260～1 390℃为中等结渣煤;ST＜1 260℃为严重结渣煤。9号锅炉燃用的设计煤质ST=1 290℃，属于中等结渣煤，校核煤质ST=1 250℃，属于严重结渣煤［3］。可见，9号锅炉燃用的煤种结渣性较强。

3.2 煤粉细度偏细

通过对多台磨煤机原始状态下的煤粉细度测量得知，在分离器挡板开度为50%时，煤粉细度R90平均值为22%，远低于设计值35%，煤粉细度偏细导致煤粉着火提前，燃烧器喷口附近火焰温度升高，由于褐煤着火温度较低、挥发分较高，过细的煤粉喷入炉膛后容易造成喷口附近水冷壁结焦［4］。

3.3 一次风速偏低

锅炉设计燃烧器喷口一次风速为27 m/s，折算到一次风管风速为29 m/s，机组在实际运行过程中，受磨煤机入口风量测量不准及运行中热一次风温、磨煤机出口风温控制等问题，磨煤机出口管道一次风速通常控制在25 m/s左右，相应一次风喷口风速比设计值低4 m/s左右，因此增加了燃烧器区域的烟气回流量，造成着火提前。

3.4 燃烧器旋流强度偏大

9号锅炉燃烧器为英国Babcock公司设计的低NOx型燃烧器，为得到较好的着火稳定性，建议内二次风旋流强度处于最大位置，内二次风量在25%左右。旋流强度大小不但对NOx的产生有一定影响，而且影响火焰的着火点及燃烧器区域的热负荷，旋流强度越大，烟气回流区越靠近燃烧器，着火越提前，燃烧器区域的水冷壁热负荷越高。可见，旋流强度处于最大位置虽然对煤粉燃尽和低负荷稳燃有利，但是对防止锅炉燃烧器区域水冷壁结焦是不利的［5］。

3.5 一次风速偏差大

根据磨煤机试验规程［6］，各喷口一次风速偏差不能大于5%。通过试验数据分析，各层一次风速偏差较大，A磨最大偏差达到6%左右，B磨最大偏差达到11%左右，F磨最大偏差达到15%左右，G磨最大偏差达到24%左右，当磨煤机通风量一定时，风速偏差必然造成有的喷口一次风速过低或过高，风速偏低不仅造成携带的煤粉偏细，而且造成一、二次风动量比降低，烟气回流区增大，两者共同使用下致使风速偏低的喷口着火提前。可见，一次风速偏差过大也容易造成风速偏低的喷口结焦［7］。

4 改善锅炉结焦的运行措施

4.1 提高煤粉细度

通过不同分离器开度下煤粉细度测试结果，挡板开度对煤粉细度影响较大。在500 MW负荷下，当挡板开度在50%左右时，7台磨煤机未调整前煤粉细度R90平均值在22%左右;当分离器挡板开到40%时，煤粉细度R90变化到28%左右;当分离器挡板开度变化到35%时，煤粉细度R90为32.4%，不同分离器挡板开度下煤粉细度变化情况如表3所示。通过将挡板开度调整至35%，煤粉细度明显提高，将煤粉着火点推向炉膛中心，降低了燃烧器喷口附近的火焰温度。

表3 不同分离器挡板开度下煤粉细度变化情况

4.2 提高一次风速

以F磨煤机为代表进行了一次风速变化对喷口温度的影响试验，在给煤量为69 t/h的情况下，通风量为139.7 t/h时，一次风管风速为31.18 m/s，喷口温度为818.4℃;当通风量降至123.6 t/h时，一次风管风速为27.54 m/s，喷口温度升至1 000℃以上，超出仪表测量范围，一次风速变化对喷口温度的影响如表4所示。一次风喷口风速降低后，煤粉着火提前，容易造成燃烧器喷口附近结焦，严重时喷口烧损。机组在60%负荷以上运行时，将一次风速从24～27 m/s升至27～32 m/s是避免燃烧器区域结焦的有效手段之一。

4.3 降低燃烧器旋流强度

二次风旋流强度调整范围为0～240 mm，最小值对应旋流强度最大，最大值对应旋流强度最小，二次风量调整范围为0～160 mm，最小值对应二次风量最小，最大值对应二次风量最大。在试烧过程中主要考虑燃烧器的NOx生成量和稳燃特性，英国Babcock公司推荐二次风旋流强度为最大，二次风量拉杆位置在50 mm处。通过试验分析，燃用褐煤前后墙对冲旋流燃烧器的设计不但要考虑NOx生成量和稳燃特性，还要考虑褐煤易燃特性对燃烧区域结焦和燃烧器烧损等问题。根据锅炉燃烧器区域的结焦问题。将二次风量定在100 mm位置，旋流强度拉杆从最强拉到140 mm位置。调整后的实际位置见表5。

表4 一次风速变化对喷口温度的影响

表5 燃烧器调整后的实际位置

4.4 冷热态一次风速调平试验

受现场布置条件的影响，各磨煤机出口一次风管长度和弯头数量不同，5根一次风管阻力各不相同，所以会出现同一台磨煤机各喷口风速不相同的情况。当风速偏差较大时，即使磨煤机通风量充足，也会出现个别喷口风速偏低，造成结焦。对所有磨煤机进行了冷态和热态一次风速调平试验，使同台磨煤机5根一次风管风速偏差在±5%范围内［8］。一次风速偏差情况如表6所示。