一次风压变化对准东煤燃烧的影响

王义，李鹏，曾琦，张大德，俞立洋

(1.新疆华电发电有限公司乌鲁木齐热电厂，乌鲁木齐 830017；2.新疆新特能源股份公司自备电厂，乌鲁木齐 830011)

1 问题的提出

新疆新特能源股份公司自备电厂(以下简称自备电厂)2×350 MW机组设计燃用准东煤。准东煤具有挥发分高、热值高的特点，其燃烧性能优异，但由于煤灰中钠的质量分数高，它具有严重的结渣和沾污特性，导致电厂锅炉在燃用准东煤时出现炉膛结渣严重、受热面沾污、积灰严重。为实现准东煤掺烧后锅炉稳定运行，各相关单位和部门都做了大量的工作。西安热工研究院有限公司提供的该煤种资料表明，该设计煤种水分高、中等发热值、灰中碱金属质量分数高(尤其是氧化钠)。锅炉正式投运后，燃用准东煤结焦严重。为了缓解锅炉的结焦，从一次风压入手，作者对准东煤做了一些燃烧试验。初步摸清了一次风压对准东煤结渣、沾污和积灰的规律。

2 锅炉概况

自备电厂2台锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公的超临界锅炉，锅炉型号为HG-1176/25.4-HM2。锅炉为一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、 ∏型、紧身封闭布置类型。采用不带再循环泵的大气扩容式启动系统的直流锅炉，中速磨煤机采用直吹式制粉系统。每台锅炉配6台MPS160HP-II磨煤机(5运1备)。锅炉采用四角切圆燃烧方式，每层4个喷口对应1台磨煤机。锅炉分离燃尽风(SOFA)在主燃烧器区上方水冷壁的四角，以实现分级燃烧，降低NOx排放。锅炉以最大连续出力工况(BMCR)为设计参数。自备电厂锅炉的主要参数见表1；设计煤种参数见表2。

表1 锅炉主要设计参数

表2 设计煤种参数

3 试验方案

3.1 试验思路

由于准东煤灰渣融化沾污的特性与温度密切相关，炉内各处温度变化直接关系到炉内结焦和沾污程度。燃烧准东煤的锅炉出现结焦是炉内温度导致，因此，在试验过程中，通过观火孔观察和实测炉内各处温度来判断锅炉整体结焦趋势。

在准东煤掺烧比例为50%且稳定的前提下，锅炉蒸发量维持在1 130 t/h，进行了变一次风压试验。改变一次风压后，测量不同工况下炉内各层温度，分析试验结果，找出一次风压对结焦的影响规律，然后确定燃烧准东煤较为合理的一次风压，为减缓燃用准东煤结焦提供参考。

3.2 试验的准备工作

(1)在附加(AA)风之下、AB层喷燃器之间、CD层喷燃器之间、EF层喷燃器之间、锅炉燃尽风(OFA)之下、OFA之上共选取24个看火孔位置作为炉膛烟温测量点，具体看火孔的标高见表3。

表3 看火孔的具体标高 mm

(2)购置炉膛高温红外测温仪一部。

(3)为了使试验结果具有可对比性和可分析性，应尽量保持每个工况在同一负荷下(锅炉蒸发量在1 130 t/h)，每个工况调整后稳定2 h再进行测温。

3.3 一次风压的变化对炉膛烟温的影响

3.3.1 试验数据整理

一次风压变化试验温度记录见表4。在表4中，工况1：基准氧量4.0%，一次风压9.0～9.2 kPa；工况2：基准氧量4.0%，一次风压8.6～8.7 kPa；工况3：基准氧量4.0%，一次风母管风压8.3 kPa。

表4 试验数据整理 ℃

3.3.2 试验数据分析

根据实测炉膛温度的数据，绘制出炉内温度分布图，如图1所示。

图1 炉内温度分布图

在图1中，编号1对应炉#1角位置，编号2对应炉#2角位置，编号3对应炉#3角位置，编号4对应炉#4角位置。从图1的 AB层炉膛温度对比中可以看出，工况3的温度最低，其次是工况2，工况1温度最高。由此可知AB层炉膛温度随一次风压降低而降低，有利于减少炉内结焦。从表4的SOFA上层的炉膛温度对比数据中可以看出，工况3的温度最低，其次是工况2，工况1总体温度最高，试验结果为炉膛温度随一次风压降低而降低。一次风压变化对炉内温度的影响如图2所示。

图2 一次风压变化对炉内温度的影响

从图2可以看出，工况3(一次风压8.3 kPa)的整体温度最低。对比工况1和工况2，工况1在EF层以上和AB层以下的温度略高于工况2，在AB层和EF层之间工况2的温度略高于工况1的温度。从试验结果可以看出，随着一次风压的降低(工况1>工况2>工况3)，在AB层之间、CD层之间、SOFA之上高度的炉膛烟温均有明显下降。EF层之间的温度变化趋势不明显。这是炉膛下部燃烧剧烈而相应降低了燃料燃尽高度的体现，可见炉膛烟温降低可以减缓燃料的结焦速度。锅炉在工况3时，炉内整体温度较低，可继续加大锅炉出力，长时间运行也未出现结焦。

3.3.3 一次风压对燃烧的影响

在燃烧器结构和燃用煤种一定时，确定了一次风压就等于确定了一次风速。一次风速不但决定着火燃烧的稳定性，而且还影响着一次风气流的刚度。

任何一种燃料着火后，当氧的质量浓度和温度一定时，具有一定的火焰传播速度。当一次风速过高且大于火焰传播速度时，就会吹灭火焰，即便能着火，也可能会产生其他问题。提高一次风压会产生一些颗粒粗的煤粉，较粗的煤粉惯性大，容易穿过剧烈燃烧区而落下，形成不完全燃烧，甚至使煤粉气流直冲对面炉墙，进而引起结渣。

一次风速过低，对稳定燃烧和预防结渣也是不利的，原因如下。

(1)煤粉气流刚性减弱，易弯曲变形，偏斜贴墙，切圆组织不好，扰动不强烈，燃烧缓慢。

(2)煤粉气流的卷吸能力减弱，加热速度缓慢，着火延迟。

(3)当气流速度小于火焰传播速度时，可能会出现“回火”现象，或因着火位置距离喷口太近，将喷口烧坏。

(4)容易发生空气、煤粉分层，甚至会出现煤粉沉积和堵管现象。

(5)引起一次风管内煤粉分布不均，当一次风射出喷口时，在喷口附近出现煤粉分布不均的现象，对燃烧也是十分不利的。

3.3.4 一次风压调整

在机组投运初期，一次风压在9～10 kPa长期运行，会造成引风机、送风机出力较大，炉内长期处于过氧气氛。一次风压提高，则进入炉膛的煤粉过粗，着火推后，火焰中心上移，导致炉膛出口烟温居高不下，同时分隔屏底部易出现挂焦和流焦现象。较粗的煤粉不但降低了燃烧效率，导致飞灰可燃物温度偏高，还加剧了炉内结渣倾向。

研究成果表明，对于高钾、高钠的准东煤而言，其结焦与一次风压紧密相关。在实际运行调整过程中，确定合适的一次风压并使炉膛出口烟温保持在较低的范围之内，可有效控制并缓解炉膛内部结焦。长期运行实践证明，自备电厂一次风压在8.0 kPa左右，炉内燃烧稳定，可满足锅炉50%掺烧准东煤满负荷稳定运行的需要。

4 结论

通过试验，找到了一次风压变化对燃用准东煤炉内温度影响的一般规律。根据实际情况，适当降低一次风压(一般维持在8.0 kPa左右)有利于降低锅炉整体内部温度，以减缓锅炉结焦。需要保证输送煤粉的最小压力，这样不至于导致煤粉管堵塞，从而引起堵磨事故。在启、停磨煤机过程中，必须缓慢操作，维持一次风压相对稳定，以减少对炉内燃烧的干扰，避免一次风压剧烈变化造成炉内结焦。

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