燃用五彩湾地区煤种对红雁池电厂 #3， #4锅炉运行的影响

李鹏

(华电新疆发电有限公司红雁池发电厂，乌鲁木齐 830047)

1 问题的提出

近年来，由于煤电价格的脱节，使得新疆地区各电厂的经营压力加大。在国家宏观政策的调控下，电煤价格一路攀升，电煤供应呈现出“价高质低”的态势。为了缓解电厂的经营压力，各发电企业均开始多方采购发电用煤，这样一来，直接造成了电厂入炉煤品质偏离设计煤种。新疆准东五彩湾地区已探明的煤炭资源储量相当丰富，作为新疆地区四大煤源之一，准东五彩湾地区来煤已经成为乌昌地区各发电企业的主要用煤。五彩湾地区煤源具有价格低、挥发分高、热值高、灰熔点低和易结焦的特性。燃用五彩湾地区煤种普遍存在着锅炉结焦严重的现象，严重威胁着锅炉安全运行。对于燃料成本占发电成本70%的发电厂来说，如何最大限度保证燃煤储量和防止入炉煤结焦，采取科学有效的掺烧措施，是电厂运行人员重要的选择方式，同时，运行人员燃烧调整也是一个重要的技术问题。华电新疆发电有限公司红雁池发电厂(以下简称红雁池发电厂)为保证机组安全运行，降低发电成本，提高整体盈利能力，采用科学手段，对实际经验进行了总结。

2 #3， #4锅炉主要技术参数和设计煤质

红雁池发电厂#3，#4锅炉为超高压、为一次中间再热超高压自然循环汽包炉，П形布置、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、钢构架(双排柱)。制粉系统采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹方式，每台锅炉配用4台磨煤机(其中1台磨煤机备用)，磨煤机型号为ZGM-95N。煤粉燃烧器采用四角布置切向燃烧、喷嘴固定式直流燃烧器，假想切圆的直径为529 mm和830 mm。每角燃烧器喷口共布置有14层喷口，其中一次风喷口6层，顶二次风喷口1层，其余7层为二次风喷口，所有一次风喷口均采用百叶窗式水平浓淡燃烧器。在燃烧器顶部设置顶二次风喷口(即OFA喷口)，OFA喷口反切15°，形成逆向旋转气流，以降低炉内气流的残余旋转，减少炉膛出口处两侧烟温的偏差。周界风可以实现自动调节，燃烧器喷口为固定式。炉膛水冷壁为膜式壁结构，炉膛上部垂直分布辐射式全大屏过热器和辐射-对流式后屏过热器，水平烟道布置高温过热器和高温再热器。尾部竖井烟道由中隔墙分隔成前、后2部分，在前竖井中布置低温再热器，在后竖井中布置低温过热器。在低温再热器及低温过热器下方布置有省煤器管组，由省煤器垂直悬吊管悬吊低温再热器和低温过热器。锅炉的过热蒸汽温度调节采用2级喷水减温，第1级喷水减温器布置在全大屏和后屏之间，第2级布置在后屏和高温过热器之间，喷水水源取自给水泵出口。锅炉再热汽温采用烟气挡板作为主要调温手段，辅之以再热器事故喷水及再热器备用喷水减温。空气预热器一次风、二次风分开，均为单级管式布置。锅炉整体呈左右对称，锅炉本体部分为悬吊结构，全部悬吊在顶部大梁上，空气预热器由独立的构架支撑，炉膛及尾部包墙为敷管包墙。#3，#4锅炉主要技术参数见表1，#3，#4锅炉设计煤质见表2。

表1 #3， #4锅炉主要技术参数

表2 #3, #4锅炉设计煤质

3 燃用五彩湾地区煤种对锅炉运行的影响

3.1 五彩湾地区煤种的煤质特征

五彩湾地区典型煤种的煤质情况见表3。

表3 五彩湾地区典型煤种煤质

3.2 燃用五彩湾地区煤种对锅炉运行的影响

(1)制粉系统出口温度较低。因五彩湾地区来煤水分较大，磨煤机出口温度较低。导致煤粉推迟燃烧，着火点远，火焰中心上移，相应会带来炉膛出口烟温升高和锅炉结焦等问题。低负荷会影响锅炉着火的稳定性，严重时会使燃烧恶化。为提高磨煤机出口温度，必须提高一次风压，在低负荷时需运行3 台磨煤机。

(2)炉膛出口烟温升高，与同工况相比，锅炉低温过热器入口烟温上升约20 ℃。这样会使锅炉结焦，运行中减温水量增大，受热面管壁温度上升。

(3)锅炉负荷在170 MW以上时，就地实测锅炉本体47 m 屏式过热器后两侧烟温达到1 050～1 100 ℃，在检查锅炉水平烟道时，发现积灰、结焦情况比以前严重，高温过热器管排间有明显大焦块，这种焦块不易掉落，每班都需人工清理1次。

(4)在检查中发现捞渣机刮板上黑焦块明显增多，说明炉膛结焦量大。

4 燃煤掺烧原则和依据

针对红雁池发电厂实际来煤煤源及锅炉结焦的实际状况，对来煤煤质要根据以下原则进行掺配。

(1)按照红雁池发电厂#3，#4锅炉设计煤种的变形温度为1 150 ℃、软化温度为1 260 ℃的要求选取煤种，1 150-100=1 050 (℃)，1 260-150=1 110 (℃)，二者选取低者作为入选煤种。

(2)根据红雁池发电厂锅炉对各煤种燃烧的实际情况，灰熔点的软化温度高于1 250 ℃和二氧化硅质量分数大于50%作为主要判断依据，氧化钙质量分数可作为辅助判断依据来选取煤种。

1)灰熔点温度高于1 250 ℃且二氧化硅质量分数超过50%视为不易结焦煤，可作为掺配煤种，它与结焦煤以1∶2比例掺配。

2)灰熔点温度为1 210～1 250 ℃且二氧化硅质量分数为40%～50%视为弱结焦煤，锅炉负荷为170 MW以下可作为掺配煤种，它与结焦煤以1∶1比例可掺配。锅炉负荷为170 MW以上可作为单独燃烧煤种。

3)灰熔点小于1 250 ℃且二氧化硅质量分数小于40%即认为是结焦煤种。

(3)无论二氧化硅质量分数或氧化钙质量分数高低如何，只要灰熔点温度低于1 210 ℃就视为结焦煤，则必须燃用掺配煤种。

(4)在燃用搀配煤种时，对各台锅炉的炉膛出口烟温进行了测量，发现在燃用该煤种时，#3锅炉负荷不得高于180 MW，#4锅炉负荷不得高于170 MW。当负荷高于此限时，炉膛出口烟温会大幅升高，锅炉容易结焦。

5 分仓上煤和掺配、掺烧试验

(1)由于原煤紧张，红雁池发电厂进行了原煤仓分仓上煤的试验(红雁池发电厂制粉系统为正压直吹式中速磨煤机，每台锅炉配置4台磨煤机)，根据各台锅炉长期采用3台磨煤机运行的情况，在燃用易结焦煤种无法改变的前提下，应尽量缩短飞灰在锅炉内的停留时间，以防止飞灰被熔融黏结在受热面上而加剧炉膛结焦。因此，参照各矿点原煤的特性，在#4原煤仓内上易结焦的煤种，在#3，#2，#1原煤仓依次上灰熔点较高且不容易结焦的煤种。在配煤过程中，按照灰熔点高的原煤可以上到上层磨煤机的原煤仓中且灰熔点低的原煤禁止上到下层磨煤机的原煤斗中的原则，在掺配、掺烧方案实施中，将不易结焦的煤种作为种子煤，掺烧五彩湾地区煤种，掺烧比例从1∶1提升至1∶2，然后将配煤上到各机组#4原煤仓中。红雁池发电厂#3，#4锅炉炉型相同，因此，以#3锅炉为例进行了掺配、掺烧试验，试验结果见表4。

表4 #3锅炉(负荷200 MW)掺配、掺烧试验

通过试验可知，#4原煤仓上易结焦煤种掺配比例达到1∶2后，管壁经常出现超温问题，排烟温度升高，减温水量增大，水平烟道以及过热器、再热器管屏有结焦现象，需要每班对以上部位进行人工清灰。采取相应措施后，结焦程度仍在控制范围以内，不影响锅炉安全运行。

(2)针对来煤量最大的A矿点单独进行了试验。A矿点每天的进煤量为3 000～4 000 t，占每日进煤量的一半左右。根据新疆发电用煤质量监督检验中心对A矿点原煤种化验结可知，该煤种灰熔点温度为1 200～1 300 ℃，氧化钙含量偏高，属于易结焦煤种。红雁池发电厂专门对A矿点来煤进行了分仓掺烧试验，遵循缩短飞灰在炉内的停留时间、防止飞灰被熔融黏结在受热面上造成炉膛结焦加剧的原则，制订了试验方案，将#1，#2，#3原煤仓上可掺配煤与结焦煤进行掺配试验，其比例为1.0∶1.5，#4原煤仓单独上A矿点的原煤，试验结果见表5。

表5 #3锅炉(负荷170 MW)掺配、掺烧试验

通过试验可知，在#4原煤仓单独上A矿点煤种，其他原煤仓上可掺配煤与结焦煤掺配的煤种，其比例为1.0∶1.5，锅炉负荷加至170 MW时，锅炉已有明显结焦，低温过热器入口烟温及排烟温度均有上升，通过及时吹灰打焦、人工清焦的方式可维持锅炉安全运行。因此，在采用此种方式配煤时，应尽量使锅炉带低负荷，单台机组负荷不得高于170 MW。

6 防结焦措施

(1)锅炉主蒸汽流量在50%额定容量以上时,必须坚持连续投入蒸汽吹灰。吹灰时,母管蒸汽保持较高压力。夜间低负荷吹灰压力不满足时,值长应与调度积极沟通和联系，增加带母管机组负荷，以提高吹灰压力，满足锅炉全面吹灰1次的要求。

(2)加强设备巡检次数。每班2次检查管屏和迎火面结焦、积灰的情况，同时严密监视引风机电流、低温过热器入口或低温再热器入口烟温。当参数异常时，立即就地检查水冷壁结焦是否严重，此时应加强炉膛吹灰次数。从人孔和打焦孔观察(每小时观察1次)是否有熔融态焦落下，并开启液压关断门对渣井底部进行检查，若发现人孔火焰颜色发亮、刺眼且有液态熔融焦及底部有结焦情况时，应及时汇报并联系清焦，同时应迅速减负荷，并联系燃料运行人员尽快换煤。

(3)正常炉渣的颜色应为黄色，当某种元素超标以及炉内工况变化时，会产生不同颜色的焦。低温焦很酥松，密度小。中温焦呈半琉璃状和琉璃状。高温焦就是煤粉几乎完全熔化，也有琉璃状的结焦，甚至可以形成花岗岩状的结焦，质地非常坚硬，偏黑有高温熔化的小孔且很硬。可以推断当班的煤质情况，以此作为炉膛是否结焦的辅助判断手段。

(4)当燃用煤种的灰分变形温度、软化温度、半球温度、融化温度接近且熔点较低时，煤种的灰分会迅速变成熔融状态的流体，黏附在受热面上，严重时会将落渣井慢慢堵死，使锅炉被迫停运。当发现捞渣机刮板上较长时间无渣及经常落下大块熔融状无法破碎的黑焦时，应特别注意检查渣井落渣情况。

(5)在炉膛燃用易结焦煤种时，应适当增加风量和提高一次风压，尽量减少煤粉在炉内的停留时间。在适当提高风量的同时，应提高送风风压(即提高风速)，提高一次风压也是提高一次风速。氧量应控制在高限。

(6)在燃用煤质较差的煤种时，在总负荷允许的情况下，应采取轮流带低负荷的方式进行掉焦，红雁池发电厂采取了投入微油枪带#1磨煤机低负荷的掉焦方式。负荷降低至50 MW以下，主蒸汽、再热蒸汽汽温由535 ℃滑至450 ℃。由于负荷降低，炉温迅速降低，使得附着在受热面上的焦迅速冷却，且与管壁接触面积发生变化，附着力随之变化，焦块也就掉落下来。经统计，2012年上半年，红雁池发电厂共发生结焦18次并及时采取低负荷掉焦措施，避免了锅炉停运。

(7)采用倒停磨煤机改变燃烧中心的扰动方式进行扰动掉焦。通过对燃烧中心的改变，改变了炉膛内的温度分布，使高温区温度下降，结焦块掉落。2012年，在#1锅炉10 m处#2，#3角水冷壁斜坡上发生大面积堆焦。红雁池发电厂运行人员及时将磨煤机切换为上层磨煤机运行，同时稍开炉底液压关断门，使水冷壁底部温度下降，红焦硬化后掉落。

7 结束语

基于目前的燃煤形势，对于燃料成本占发电成本70%的发电厂来说，随着锅炉燃烧成本加大，燃料成本对红雁池发电厂带来了极大的压力。在这种状况下，红雁池发电厂采用掺配、掺烧的方式势在必行， 在采取有效的掺配方式和掺配比例下，运行人员积极采取检查和防范措施，采用正确的掉焦手段可避免因结焦造成的锅炉被迫停运事故。红雁池发电厂对发电燃煤进行了掺配、掺烧后，降低了锅炉结焦，提高了锅炉的安全运行。