锅炉改烧烟煤后遇到的结焦问题及改造措施分析

2013-10-16廖羽

机电信息 2013年6期

廖羽

1 工程概述

锅炉型号：DG420/13.7-Ⅱ2型，超高压中间再热自然循环汽包炉，单炉膛，燃烧器四角布置、切圆燃烧，平衡通风，固态排渣，采用管式空气预热器，露天布置，钢筋混凝土构架。炉膛为光管加焊扁钢组成的膜式水冷壁。炉膛断面尺寸为9584 mm（宽）×8 864 mm（深），宽深比为1.081。锅炉原设计煤种如表1所示。

表1 原设计煤种

2 拟实际燃烧煤种

电厂计划将锅炉燃煤改为内蒙烟煤和神华煤，提供的2种煤质如表2所示，灰熔点分析如表3所示。

表2 拟改烧煤种

通过以上3个表格对比可以看出，在锅炉改烧烟煤后的运行中可能出现以下一些问题：内蒙烟煤灰熔点与原设计接近，但神华煤灰熔点较低，为确保炉膛运行安全，应考虑炉膛出口温度、炉膛热负荷及改造设备如燃烧器的运行参数及喷口的布置等，并辅以防结渣和有效的吹灰设施。

表3 改烧煤种的灰熔点单位：℃

3 改造参数及安全性分析

（1）炉膛出口烟温通常受到燃料灰分结渣指标的限制，对于固体燃料，这一温度不应高于燃料灰分开始变形的温度DT。据计算一般在1 200～1 400℃。一般取等于或略低于灰分的变形温度DT。当灰分的软化温度ST与变形温度DT相差小于100℃，出口烟温应不超过ST-100℃，根据热力计算，神华烟煤炉膛出口烟温达1097℃，存在结焦倾向。（2）锅炉改烧烟煤炉膛热负荷安全性分析。影响结焦的因素很多，从炉膛结构来考虑，主要是温度的影响，尤其是燃烧区域的温度水平，主要结构因素有炉膛截面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷。燃烧器区域壁面热负荷qh值越大，说明火焰越集中，燃烧器区域的温度水平越高，这对燃料稳定着火是有利的，但容易引起结焦。对于烟煤，qh一般取1.28～1.40MW/m2。该电厂在改烧烟煤后的炉膛热力特性参数如表4所示。

表4 炉膛热力特性参数

现有锅炉改烧烟煤后炉膛qv仍属偏高值，而qf、qh均超过了推荐值的上限，因炉膛截面几何尺寸无改变的可行性，只有通过改变qh来满足对改烧烟煤的要求。

式中，B为燃煤量；Qnet，ar为燃料收到基低位发热量；a、b为炉膛深度、宽度；H为燃烧器区域高度。

4 改造措施

改造目的：增强燃烧器对烟煤的适应能力，提高燃烧烟煤的安全性和经济性，提高一次风管及喷口的使用寿命，降低NOx排放，降低燃烧器区域热负荷，减轻和防止结焦。

具体措施：（1）去除炉膛内原有的246 m2卫然带，来降低燃烧器区域热负荷。（2）调整喷口面积：根据烟煤的实际情况调整一、二、三次风喷口面积，使一、二、三次风速适应新煤种。（3）调整燃烧器层间距：适当调整燃烧器各层一、二次风之间的距离，降低燃烧器区域热负荷，特别是对灰熔点低的煤种尤其重要。（4）采用全炉膛分级燃烧技术：根据现场锅炉实际情况，在燃烧器上层5 150 mm位置处布置一组燃烬风OFA1、OFA2喷口，从而使炉膛分为3个区域：初始燃烧区、还原区、燃尽区，在下部缺氧燃烧控制NOx，上部富氧控制飞灰含碳量。（5）顶层燃烬风采用复合摆动机构：燃烬风OFA喷口上下、左右可摆，可有效地控制炉膛出口温度和调整炉内温度场。

5 影响结焦的原因分析

（1）炉膛的温度水平。当炉膛燃烧器区域的温度越高，煤灰越容易达到软化或熔融状态，结焦的可能性越大。影响燃烧器区域温度水平的因素很多。据一些研究分析：运行中的锅炉燃烧器区域壁面热负荷影响因素，按照权重排序为二次热风温度、炉膛总风量、总煤量、一次风量、烟气氧量。当二次风温升高时，带入炉膛的热量增加，加热二次风所需热量减少，可以显著增加qh；锅炉负荷增加，即总的煤量和风量增加时，qh也增加。一次风量增加，煤粉气流着火热增加，燃烧器区域温度水平会降低，qh也会降低；烟气氧量增加，即过量空气系数增大时，会增大炉内烟气量，同样会降低燃烧器区域壁面热负荷。运行中当燃用较高热量的煤种时，运行人员尤其要注意炉膛温度水平和结焦情况，注意采取吹灰等措施，降低温度水平，减轻结焦。（2）火焰贴墙。对于燃烧器采用的是四角切圆布置，煤粉气流由于受到气流刚度、补气条件和邻角气流的撞击等影响而引起火焰贴墙时，必然结焦。由于改烧烟煤，燃烧器的高宽比被加大，这对射流的弯曲变形是不利的，燃烧器的高宽比愈大，射流形状就愈宽而薄，其刚性就愈差，因而，射流就容易变形，火焰就容易贴墙，所以运行中要注意各燃烧器的射流情况，注意调整配风，提高射流刚度，防止火焰贴墙。（3）过量空气系数。当炉内区域过量空气系数过小且煤粉与空气混合不均时，可能产生还原性气氛，灰分中的Fe2O3被还原成FeO，FeO与SiO2等形成共晶体，其熔点温度会降很低，有时会降150～200℃，因而结焦趋势也会增加。（4）煤粉细度。根据经验公式：R90=4+0.5Vdaf。该电厂现燃煤空干基挥发分约为27%～30%左右，换算成干燥无灰基约为36.9%，所以R90=22%，实际运行中当煤粉细度过粗时，容易引起火焰延长，导致炉膛出口处受热面结焦，所以运行中要注意煤粉细度。（5）合理配煤，能有效地减轻结焦问题。当然用灰熔点低的神华煤时，建议内蒙煤与神华煤比例为2∶1。