330 MW锅炉严重结渣原因分析与改造

陈 伟

(广东粤电博贺煤电有限公司， 广东茂名 525000)

锅炉结渣给电厂安全运行带来很大的安全隐患，对于造成结渣的各种原因，国内研究者开展了大量的基于锅炉受热面结渣的研究，提出了很多完善措施，包括现场运行优化措施、锅炉结构设计改进等。闫顺林等[1]进行了锅炉卫燃带改造对锅炉影响的数值模拟研究；杨帆等[2]进行了W形火焰锅炉卫燃带改造与结渣分析研究，提出了防止锅炉结渣的技术措施；邓念念等[3]进行了旋流对冲锅炉结渣过程数值模拟研究；谭厚章等[4]针对高碱煤燃烧过程中屏式过热器结渣问题进行了机理研究。在灰熔点预测方面，潘文静[5]基于支持向量机方法进行了灰熔点预测研究；党林贵等[6]进行了某前后墙对冲旋流燃烧锅炉炉膛结渣试验研究和改造实践。研究者通过冷态试验结果表明燃烧器出口气流发散直接导致燃烧器附近区域结渣。李德波等[7]进行了1 045 MW超超临界贫煤锅炉燃用高挥发分烟煤燃烧调整研究，并采用数值模拟方法，对锅炉炉内传热和燃烧过程进行了研究[8-9]，获得了传统试验手段无法获取的信息，给调整现场燃烧及防止锅炉结渣等提供了重要的理论基础。

某电厂1、2号机组锅炉从开始烧印尼煤后发生结渣，经现场检查，发现在屏式过热器、前后墙水冷壁均发生结渣。笔者针对该结渣问题进行了分析，提出了相应的措施。

1 锅炉设备

该电厂2台330 MW燃煤发电机组， 锅炉为亚临界参数、自然循环、四角切圆燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、采用露天布置、全钢构架的П形汽包炉，三分仓回转式空气预热器，其型号为SG1100-17.5/540M。

主蒸汽和再热蒸汽的压力、温度、流量等要求与汽轮机的参数相匹配，主蒸汽温度为541 ℃，最大连续蒸发量(BMCR)为1 100 t/h，与汽轮机的调节阀全开(VWO)工况相匹配。锅炉容量和主要参数见表1(TRL为汽轮机最大连续工况)。

表1 锅炉主要参数

锅炉设计煤种为晋北烟煤，校核煤种为内蒙古准格尔烟煤，表2为煤种分析。

表2 煤种分析

2 锅炉结渣

锅炉开始烧易结焦的印尼煤后就发生结渣，经现场检查，在屏式过热器部位看火孔、37 m燃尽风上部看火孔、燃烧器上部看火孔、1层和2层燃烧器之间的看火孔分别观察，发现在屏式过热器、前后墙水冷壁均发生结渣且分布均匀。锅炉因结渣导致蒸汽温度偏高，减温水已全开，因超温限制升负荷。锅炉O2体积分数在4%左右，因蒸汽温度超温无法进一步提高O2体积分数。曾在160～200 MW负荷时促使渣块脱落，但因受到调度负荷限制及蒸汽温度超温限制，无法进一步提高变负荷幅度。1号、2号机组在燃烧器下部加入液态结焦剂后有细碎的渣脱落，但未达到预想效果，锅炉结渣仍然很严重。

3 原因分析

为了深入分析电厂燃用的煤种的结渣特性，对燃用的煤种(见表3)进行了计算，结果见表4，煤种1、2、3、4、5分别为森科煤、科瑞娜煤、莫尼卡煤、埃诺克煤、印尼煤。硅比越大表示煤灰结渣的可能性就越小。硅铝比中SiO2和Al2O3是煤中主要酸性氧化物，w(Al2O3)的提高总是使灰熔点上升，而SiO2的影响则具有双重性，一方面SiO2较容易与碱性成分形成低熔点化合物，降低煤灰熔点，另一方面w(SiO2)高会使灰熔点上升[10]。

表3 煤种分析

表4 结渣特性计算结果

表5为结渣特性程度判断指标。

表5 结渣特性程度判断指标

从表4、表5可以得出：硅比越大，煤灰结渣的可能性就越小；煤种1、2、3、4都属于易严重结渣的煤种，煤种5属于较易严重结渣的煤种；SiO2和Al2O3是煤中的主要酸性氧化物，碱酸比过高或者过低都会使得灰熔点提高。

不应燃用易严重结渣的煤；煤种3、4的综合结渣判断指数接近临界值，在燃用时，要与抗结渣特性好的煤混烧，从而降低锅炉结渣的风险；煤种5的综合结渣判断指数为2.08，属于较易严重结渣的煤，应该与结渣特性好的煤混烧。

4 改造措施

4.1 混煤掺烧

4.1.1 研究内容

为避免燃煤引起锅炉严重结渣，进行了两种煤样进行配比掺烧试验研究。通过分析各掺烧煤样燃煤结渣特性，从而确定科学的掺烧配比方案，降低锅炉结渣的风险。混煤掺烧结渣特性分析内容包括混煤的制备、混煤煤灰成分分析、混煤灰熔融性分析、结渣判断指标分析。

4.1.2 结果分析

对大友煤和印尼煤按照GB 474—2008 《煤样制备方法》制备煤样后，按照表6中的配比掺配成7种不同配比的混煤并混合均匀，其中1∶0和0∶1配比分别为纯大友煤和纯印尼煤。采用德国布鲁克X荧光光谱分析(XRF)仪分析得出表7中的7种不同配比混煤煤灰成分(见表6)。按照GB/T 219—2008 《煤灰熔融性的测定方法》采用开元智能灰熔点测试仪测定7种混煤的灰熔融性(见表7)。

表6 不同配比混煤煤灰成分分析 %

表7 不同配比混煤煤灰熔融性分析结果 ℃

从表7可以看出：大友煤灰熔融点很高，变形温度大于1 500 ℃，属于难熔融灰；印尼煤则相反，1 218 ℃开始变形，1 228 ℃则已经处于流动状态，属于极易熔融灰。将两者按照不同比例掺烧后，灰熔融性有明显变化。以大友煤和印尼煤质量掺混比例1∶1为分界线，比例大于1∶1，混煤灰熔融点高，灰变形温度均大于1 500 ℃，随着掺混比例的降低，煤灰变形温度、软化温度、半球温度、流动温度均显著下降。

采用目前煤粉燃烧领域常用的结渣判断指标，分析大友煤和印尼煤及不同配比混煤的结渣特性，结渣特性程度判断指标见表8。

表8 结渣特性计算结果

从表8可以看出：印尼煤属于易严重结渣的煤，综合结渣判断指数达到了3.81，高于临界值(2.5)，此外该煤种的酸碱比、硅比等指标也属于易严重结渣煤种；大友煤属于难结渣煤种。从混煤配比掺烧后煤灰的计算结果看：两种煤混煤掺烧效果较好，随着大友煤掺烧比例增大，混煤结渣程度也从严重逐渐改善至轻微。为保证不出现较重的结渣情况，大友煤和印尼煤的掺烧配比大于2∶3，降低锅炉结渣的风险。

4.2 优化调整

为了防止锅炉结渣，在运行中采用如下调整措施：

(1) 更换抗结渣特性好的煤种，要注意的是要提前将煤的灰分分析数据进行结渣特性的计算，不能简单根据灰熔点、软化温度等单一参数来判断是否结渣。

(2) 增加一次风风量，提高一次风射流的刚性，从而将煤粉着火点远离燃烧器喷口，降低燃烧器喷口结渣的可能性。减少切圆半径，将火焰中心尽量保持在炉膛中心位置区域，防止切圆半径过大，火焰冲刷水冷壁造成进一步结渣。

(3) 适当增加炉内送风量，提高燃烧器区域的过量空气系数，防止出现还原性气氛。

(4) 适当提高煤粉的细度。由于印尼煤挥发分含量很高，煤粉着火比较容易，同时炉膛温度水平较高，可以将煤粉细度提高，将煤粉着火点推迟，降低炉膛的温度水平。

(5) 通过增减负荷除掉水冷壁的结渣，但是要注意增减负荷速度；必要时利用停炉检修的机会进行清渣处理。

(6) 将磨煤机投入位置适当拉开，防止火焰过于集中，造成结渣程度增强。

(7) 密切监视水冷壁壁温、屏式过热器壁温。

4.3 渣块处理

掺烧高熔点的煤，如果无法找到高熔点煤可以考虑均匀添加高岭土。在1号机组掺烧了质量分数为60%的高栏港煤，燃烧后含灰量接近设计煤种，同时进行了深度变负荷扰动试验，2号机组掺烧质量分数为30%的高栏港煤，并在2台机组上都掺烧了少量高岭土。发现2号机组在掺烧后渣量大幅增加，1号机组在大幅变负荷后落下大量渣块，说明通过深度变负荷可以促进渣块脱落。

5 结语

笔者系统分析了锅炉结渣的原因，并提出了现场配煤掺烧、燃烧优化调整等措施，得出如下结论：

(1) 不要燃用易严重结渣的煤种，如煤种1、2；煤种3、4的综合结渣判断指数接近临界值，在燃用时，与抗结渣特性好的煤混烧，从而降低锅炉结渣的风险。

(2) 大友煤和印尼煤的掺烧配比大于2∶3，降低锅炉结渣的风险。

(3) 运行中应采取更换抗结渣特性好的煤种、增加一次风量、提高煤粉细度、磨煤机投入位置适当拉开、运行中监视壁温等措施。

(4) 实践表明添加高岭土在缓解结渣方面具有较好的效果。