氧量变化对准东煤燃烧的影响

2014-09-11王义李鹏曾琦张大德俞立洋

综合智慧能源 2014年12期

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)

0 引言

某电厂2×350 MW机组，设计燃用准东煤。西安热工研究院有限公司提供的相关资料表明，准东煤水分高、中等热值、灰中氧化钠质量分数高。运行中氧量对锅炉结焦有重要的影响,氧量是表征炉内整体燃烧的参数，代表炉内配风情况，决定炉内气氛，影响炉膛出口温度。从控制参数氧量入手，对准东煤进行变氧量试验。通过试验确定合适的氧量，可有效改善炉膛温度场均匀性，有利于减缓结焦。准东煤有着价格低、挥发分高、热值高、灰熔点低、易结焦等特性，燃用后普遍出现严重结焦现象，威胁锅炉安全运行。因此，如何提高准东煤的掺配量，尽量多燃用准东煤而又能保证锅炉的安全运行、降低发电成本，已成为新疆有关发电企业急需解决的问题。

1 锅炉主要设计参数

某电厂2台锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的超临界锅炉，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、Π型、紧身封闭布置，采用不带再循环泵的大气扩容式启动系统的直流锅炉，中速磨煤机配置直吹式制粉系统。每炉配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。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排放量。锅炉以最大连续出力工况(BMCR)为设计参数。该电厂锅炉的主要参数见表1，设计煤种成分分析见表2。

表1 锅炉主要设计参数

表2 锅炉设计煤种及灰成分分析

从表2可以看出，设计煤种氧化钙质量分数达到了35.3%，三氧化硫质量分数达到了33.95%，二氧化硅质量分数为1.07%，三氧化二铝质量分数为5.57%，氧化镁质量分数为12.16%，氧化钠质量分数为5.38%，说明大量燃用准东煤的锅炉通常会有结焦问题。

2 试验方案

2.1 试验思路

由于准东煤灰渣熔融、沾污特性与炉内温度密切相关，炉内各处温度变化会直接关系到炉内结焦和沾污程度。因此，在试验过程中，通过观察火孔实测炉内各处温度来判断锅炉整体结焦趋势。

试验是在准东煤掺烧比例为50%的前提下，保证锅炉蒸发量维持在1 130 t/h而进行的变氧量试验。改变氧量后，测量不同氧量下炉内各层温度，分析试验结果，找出氧量变化对结焦的影响规律。

2.2 试验前的准备工作

(1)在底层(AA)辅助风之下、AB层喷燃器之间、CD层喷燃器之间、EF层喷燃器之间、锅炉分离燃尽风(SOFA)之下、SOFA风之上总共选取24个看火孔位置作为炉膛烟温测量点。具体看火孔标高见表3。

表3 看火孔标高 mm

(2)购置1台炉膛高温红外测温仪。

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

2.3 氧量变化对炉温影响试验

2.3.1 试验数据整理

氧量变化试验温度记录见表4。

表4 氧量变化试验数据

2.3.2 试验数据分析

试验的主要目的是分析氧量的变化对炉膛烟温分布的影响。与AA层以下、AB喷燃器之间、CD喷燃器之间3个高度氧量为6.0%时温度相比，氧量为4%和4.5%时，工况3温度最低；在EF喷燃器之间高度氧量为4.5%，工况2温度最低；在SOFA风之上位置氧量6.0%，工况3温度最低，氧量对炉内温度的影响如图1所示。

图1 氧量对设计煤炉内各高度平均温度的影响

在图1中，横坐标数字刻度1～6与表3中看火孔位置高度相对应。位置1为SOFA风之上垂直水冷壁之下温度平均值；位置2为SOFA风之下温度平均值；位置3为EF喷燃器之间温度平均值；位置4为CD喷燃器之间温度平均值；位置5为AB喷燃器之间温度平均值；位置6为AA风以下温度平均值。

对炉膛温度平均值整体进行了对比，氧量4.0%的整体温度最高。工况2总体温度高于工况3，工况3在EF喷燃器以上和AB喷燃器以下的范围温度略高于工况2，AB喷燃器和EF喷燃器之间工况2温度略高于工况1。

根据氧量4.0%，4.5%，6.0% 3种工况的实际结焦情况，对试验数据图表进行了分析：氧量由4.0%提高至6.0%后，主燃烧区温度下降明显，在AB喷燃器之间温度平均值下降79 ℃；在SOFA风上下相邻区域氧量升高对温度的影响不明显。

由温度整体对比图可知，对于位于SOFA风之上高度，氧量为4.5%的炉膛烟温最低，而其他氧量下炉膛烟温水平均会升高，其原因分析如下：在试验过程中，对末级再热器处人孔门的火焰状况进行了观察，依然有燃烧中的炭粒飘到受热面上，若氧量偏低，煤粉到了SOFA风高度不能燃尽，火焰中心抬高，造成炉膛出口烟温提升；若氧量偏高，会使煤粉在炉膛主燃烧区内燃烧过于剧烈，增强辐射放热造成燃烧温度升高，也会使炉膛出口温度升高。因此，对于燃烧准东煤的锅炉，应该存在一个最佳氧量区间，氧量在此区间外锅炉平均温度都会升高，增加结焦趋势。在已有3个工况下判断氧量在4.5% 时为最优氧量。从另一方面看，对于高挥发分的准东煤来说，4.0%氧量应该可以保证煤粉颗粒达到较好的燃尽程度，但在试验中发现，氧量增大到6.0%，能明显促进燃烧，说明煤粉颗粒比较粗或者四角煤粉进入炉膛，出现煤粉不均匀现象。

锅炉运行需要选择合理的运行氧量，调整后锅炉氧量应满足燃烧相应煤种，并且防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛。当炉内局部氧量小且煤粉与空气混合不均时，该区域产生还原性气氛，煤粉在还原性气氛中不能完全氧化。灰中Fe2O3被还原成FeO，生成的FeO与SiO2等会形成共晶体，其灰熔点仅为1 065 ℃，会使灰熔点下降150～200 ℃。增加锅炉结焦趋势，威胁运行安全。

当煤质有波动时，运行人员没办法根据实际情况进行调整，造成锅炉燃烧配风方式不能处于最佳状态，特别是上层喷嘴煤粉颗粒燃尽性变差，有一部分大颗粒煤粉在炉膛出口处未燃尽。未燃尽的煤粉结焦主要在分隔屏底部和水平烟道，结焦后容易堵塞烟道，增加烟气阻力，引风机出力增大。可适当提高锅炉运行氧量，避免炉内出现还原性气氛。