330 MW机组锅炉结焦严重的原因分析及对策

2014-09-02张丙刚

机电信息 2014年30期

关键词：燃用吹灰煤种

张丙刚

(国华惠州热电分公司，广东惠州 516082)

330 MW机组锅炉结焦严重的原因分析及对策

张丙刚

(国华惠州热电分公司，广东惠州 516082)

针对锅炉水冷壁和燃烧器喷嘴上存在的严重结焦现象，分析了锅炉结焦的主要影响因素，并提出了具体解决措施，可作为解决锅炉结焦问题的参考。

锅炉；结焦；原因；对策

0 引言

某电厂锅炉为武汉锅炉厂生产的330 MW WGZ1100/17.45-3型亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的∏型汽包炉，设计煤种为神华集团石圪台煤，校核煤种为神府东胜煤(神华侏罗纪煤)，采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，配5台HP863型中速磨。燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，共设置5层煤粉喷嘴。机组投产后不久，在持续的高负荷运行过程中，锅炉水冷壁和燃烧器喷嘴上，尤其是#2、#4角出现了较为严重的结焦现象，严重的结焦不但导致水冷壁管道温度偏高，严重时还会出现爆管现象，而且结焦严重会导致排烟温度偏高，减温水用量偏大等情况，降低锅炉运行的经济性；当炉膛内的焦块落下时不仅会引起炉膛负压的较大波动、火检失去锅炉灭火保护动作，而且大块的焦还会堵塞冷灰斗喉口，影响炉底捞渣机和碎渣机的正常运行，从而严重妨碍锅炉的安全经济运行。

1 结焦影响因素分析

锅炉结焦是一个非常复杂的过程，涉及因素较多，它不仅与燃用煤种的成分和物理、化学特性有关，还与锅炉的设计参数有关(如燃烧器的布置方式、炉膛热负荷、炉内空气动力结构等)，同时受锅炉的运行工况影响(如运行氧量、煤粉细度、炉内温度水平、配风方式及炉内空气动力场的状况等)。这些因素总的来说可以分为两大类，一是先天因素，如燃用煤种的特性和锅炉的设计参数；二是后天因素，如锅炉的运行工况。因此，在分析解决锅炉结焦问题时就需要从这两个方面来考虑，以找出锅炉结焦的主要影响因素。

(1) 燃用煤种的影响。锅炉实际燃用煤种较好，实际燃用神混煤种收到基低位发热量变化范围20.94～23.10 MJ/kg，大多时候在21.84 MJ/kg左右波动，加上一个仓的掺烧石炭煤种(收到基低位发热量19.74～20.5 MJ/kg)，而设计煤种收到基低位发热量为21.88 MJ/kg，二者相近；实际燃用煤种收到基灰分变化范围10%～17%，大多时候在12%左右波动，而设计煤种收到基灰分为8.12%，二者相差近4个百分点；实际燃用煤种可燃基挥发分在35%左右波动，而设计煤种有35.27%；含硫量也有较大差异，实际燃煤的含硫量在0.6%左右，设计煤是0.71%。以上数据表明，燃用煤质基本接近设计煤种，但根据锅炉的实际运行情况，在锅炉负荷300 MW及以上时，炉膛实际测量的主燃烧器温度在1 300～1 500 ℃之间，特别是炉膛#2、#4角燃烧器附近的实测温度基本在1 400～1 500 ℃之间，该温度远远大于实际燃用的神混煤种(DT≤1 150 ℃，FT≤1 300 ℃)，导致锅炉燃烧器附近容易出现结焦。

(2) 磨出口煤粉分配特性和煤粉细度的影响。制粉系统试验表明，各台磨出口4根一次风管的风速偏差比较小，粉量分配偏差较大，例如A磨煤机的最大正偏差为50.47%，最小负偏差为-41.49%，粉量最大的管子与粉量最小的管子二者粉量差达到了2.6∶1。这种煤粉分配不均的问题在煤质变差、磨煤机煤量增大的情况下将变得更加严重。燃烧器同层4个角煤粉浓度不均匀会使局部热负荷过高，形成局部还原性气氛，降低灰熔点，导致结焦。

(3) 燃烧器的影响。锅炉的一次风火嘴采用的是所谓的百叶窗式浓淡燃烧器，其设计理念是通过安装在一次风管内的4块倾斜角度被固定了的挡板，将一次风进行浓淡分离，分离后的浓淡两相气流被隔板隔开，直至喷口。据介绍其设计的浓淡比达到了1∶4。这种结构的燃烧器很有可能导致一次风并不能被分成浓淡两相，却都从浓相侧喷口走了，结果使一次风速过高，对燃烧不利。另外，燃烧器安装角度与设计角度存在着不一致现象，其中#3角所有一次风喷口比设计角度大1.5°左右，其他3个角也比设计角度大。安装角度偏大会造成炉膛假想切圆偏大、燃烧火焰偏斜、刷墙等，对燃烧器区域有结焦的不利影响。

(4) 炉膛吹灰器的影响。锅炉安装有76只墙式吹灰器，吹灰半径2 m左右，而二次大风箱燃烧器布置处和分隔屏过热器处没有安装吹灰器，所以锅炉吹灰对该两处的结焦清除效果不是很显著。

2 锅炉在性能试验及高负荷运行期间结焦严重的原因

(1) 锅炉性能考核试验中，共持续12 h没有进行吹灰。根据其他燃用神混煤电厂的经验，若不掺烧高灰熔点煤，锅炉吹灰必须保证每班(8 h)一次，有些电厂甚至保持连续吹灰状态。锅炉纯烧低灰熔点的神混二煤种连续长时间高负荷运行而不进行吹灰，必然导致燃烧器区水冷壁甚至屏区结焦形成，结焦在得不到及时清除的情况下只会呈现出加剧发展的态势。

(2) 锅炉长时间高负荷运行不进行吹灰，使燃烧器区和屏区烟温始终保持较高状态，如高再前烟温在试验期间始终维持在690 ℃左右的高位，对于低灰熔点的神混煤来说有些偏高，屏区结焦在形成并得不到及时清除的情况下并不会因负荷扰动等自动脱落，只会进一步被烧结并导致结焦恶化。

(3) 锅炉试验期间燃用煤种为神混二煤种，其灰熔点只有1 150 ℃，属于结焦严重煤种。锅炉性能考核试验期间表盘平均氧量为3.7%，实测值应为4.1%，接近设计值4.2%，对于烟煤锅炉来说，炉内壁面气氛应处于较好水平。但本厂锅炉由于采用了空气深度分级技术(SOFA风)，且试验期间将5上、5上上、SOFA上、中层开度均加大，导致燃烧器区容易产生还原性气氛，再加上高温环境、低灰熔点煤这两个因素，燃烧器区易发生结焦，进而导致炉膛出口烟温升高和屏区结焦加剧。

(4) 锅炉性能试验初期燃烧器摆角处于下倾10%的状态，使燃烧器火焰下冲到燃烧器区下部引起结焦，燃烧器区结焦对控制屏区结焦也无益处。运行过程中将摆角上仰7%后，高再前烟温下降约30 ℃(图1)。

图1 二号炉性能试验时锅炉高再前烟温和燃烧器摆角变化

3 解决措施

电厂燃用煤质较好，灰熔点较低，结焦温度是一个持续影响锅炉安全稳定运行的因素。在采取措施降低燃烧温度、缓解结焦的同时，还须保持机组持续高负荷运行时结焦情况在运行调整的可控范围内。在综合考虑锅炉现状后，为解决结焦问题，同时兼顾煤质变差时稳燃的需要，采取了以下措施：(1) 严格控制煤源，保证燃用煤种的发热量不低于4 800 kcal/kg，按1∶3的配煤方式采用石炭煤种对锅炉进煤进行掺烧。(2) 通过锅炉燃烧优化试验，合理调整磨煤机出口煤粉细度以接近锅炉煤粉细度的设计值(18%左右)，调整磨煤机出口粉管一次风速均匀并接近磨煤机设计出口风速(30 m/s左右)。(3) 调整锅炉燃烧器二次风周界风门偏置，提高燃烧器#2、#4角出口一次风粉的刚性(即设置燃烧器#2、#4角的周界风门开度高于燃烧器#1、#3角开度10%左右)，减缓燃烧器#2、#4角燃烧器出口煤粉对锅炉水冷壁管道的冲刷。通过调整锅炉顶部SOFA风门和二次风箱二次小风门的开度，提高和维持二次风箱压力在0.5 kPa以上，以保证燃烧器出口周界风有足够的刚度，提高燃烧器出口一次风粉的燃烧刚性。提高运行磨煤机的入口一次风量，保持运行中磨煤机入口一次风量不低于65 t/h，以提高运行磨煤机的入口一次风压，提高磨煤机出口一次风粉的刚性。降低运行磨煤机的出口温度至68～70 ℃，以适当延缓磨煤机出口煤粉的着火距离。(4) 增加对锅炉结焦的就地检查次数，并对锅炉看火孔可见的结焦严重处进行手动除焦。(5) 优化锅炉吹灰方式，控制锅炉结焦在可控范围内。