330 MW四角切圆锅炉去除卫燃带后影响分析

冯文会，李彦龙，张海楠，程广立

(1.河北华电石家庄鹿华热电有限公司，河北 石家庄 050200；2.华电电力科学研究院有限公司，辽宁 沈阳 110180)

随着国内对于环保要求逐渐提高以及煤炭市场供应波动，越来越多的机组开始进行不同煤质掺烧，造成对原有机组产生不同程度的影响。某300 MW亚临界参数机组锅炉在进行煤质掺烧时，锅炉结焦严重，影响机组安全运行[1]。新疆宜化330 MW机组为亚临界参数、四角切圆锅炉，在燃用准东烟煤过程中，结焦严重，导致汽温、烟温等参数严重偏离设计值[2]。云南某电厂300 MW机组在燃用劣质煤时，偏离原来设计煤质，导致锅炉出现严重结焦，影响了机组安全稳定运行[3]。

1 设备概况

某电厂2×330 MW机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产制造的1170 t/h、亚临界压力、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、干式排渣、半露天布置、全钢构架的П型汽包锅炉。中储式制粉系统采用低速筒式钢球磨煤机，热风干燥送粉。采用水平浓淡宽调节比(WR)燃烧器，四角布置切向燃烧方式。燃烧器每角共装设16只喷嘴，由6只煤粉喷嘴，8只二次风喷嘴和2只三次风喷嘴组成。低氮燃烧器改造后在锅炉各燃烧器顶部标高33.3 m处布置2层下部燃尽风喷嘴(BAGP1、BAGP2)，标高37.5 m处布置2层上部燃尽风喷嘴(UAGP1、UAGP2)。本锅炉设计燃用无烟煤，为使着火稳定及低负荷稳燃，在炉膛下部燃烧器区域四周水冷壁处铺设卫燃带，分上、中、下3段，总面积98.8 m2，锅炉主要参数见表1。

表1 锅炉主要设计参数

2 存在问题

该电厂原炉内布置按照低挥发分煤(Vdaf为11.75%～13%)选型设计，目前运行燃煤的挥发分较高(Vdaf为18%～22%)，并且运行中的煤种来源广泛，实际入炉煤煤质成分差异较大，虽然混和后的煤质成分靠近低氮燃烧器改造后的煤质成分，但原有炉膛设计仍不能很好地适应目前这种变化。同时为适应国内煤炭市场变化，电厂采取提高锅炉烟煤掺烧比例的运行方式，导致卫燃带附近烟气温度过高。卫燃带附近过高的烟气温度不仅为结焦提供了有利条件，还为高温腐蚀提供了条件[4]，使得锅炉在运行过程中，出现如下一系列问题。

a.炉膛结焦

锅炉在运行过程中结焦现象非常严重，掉焦频率高，掉焦体积大，严重影响机组正常运行。停炉后检查发现炉内结焦位置主要集中在水冷壁卫燃带附近，焦块硬度大，为典型的高温硬焦形态(见图1)。锅炉长期大量掉落大焦块进一步导致锅炉水冷壁冷灰斗处四角斜坡段均存在不同程度的下凹变形，其中以2号锅炉出现的情况尤为明显，其2号角6.5 m锅炉灰斗处横向钢梁更是因下凹弯曲变形而撕裂(见图2)，影响了机组安全稳定运行。

b.水冷壁高温腐蚀

该电厂自进行低氮燃烧器改造后，锅炉水冷壁的高温腐蚀情况呈现逐年加剧的趋势。从检修期间水冷壁更换管段数量逐年增多的情况可以推断，发生高温腐蚀区域的面积逐渐扩大，且部分刚更换的管段也存在壁厚迅速减薄现象，最大减薄速率为0.15 cm/a。E、F层一次风喷口有明显烧损现象，三次风喷口烧损严重，整体高温腐蚀情况较为严重。

c.脱硝入口氮氧化物浓度偏高

低氮燃烧器改造后设计满负荷工况下脱硝入口氮氧化物浓度小于600 mg/Nm3，但近年来锅炉炉膛出口氮氧化物浓度一直保持在较高水平，机组负荷300 MW时平均浓度达到700 mg/Nm3，高峰时可达800 mg/Nm3。在165 MW低负荷时，浓度也保持在600 mg/Nm3左右，不仅增加了脱硝的运行材料费用，也加大了空预器堵塞概率，给环保安全运行带来压力。

3 原因分析及措施

影响锅炉结焦的因素很多，主要有燃煤特性、炉膛结构、炉内空气动力场、炉膛卫燃带布置等[5]。对于四角切圆燃烧类型锅炉，炉膛截面热负荷是非常重要的设计参数，直接关系到炉膛的燃烧状况和受热面布置[6]，该电厂采用瘦高型炉膛(炉膛断面近似正方形，宽度14.14 m，深度13.23 m，炉顶管中心标高62.5 m)，燃烧器区域热负荷高，水冷壁管壁区域温度较高。同时，为保持燃烧稳定，布置了一定量的卫燃带，以提高炉膛温度，保持燃烧稳定，但卫燃带使水冷壁主燃烧区域温度升高，为高温腐蚀创造了条件。

当水冷壁壁面有一定结积物，周围有还原性气体，管壁处于相当高的温度时，水冷壁就容易发生管外腐蚀。主要影响因素有：燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可产生高温腐蚀的物质；水冷壁附近出现还原性气氛和腐蚀性气体；水冷壁附近存在高温区域；腐蚀产物剥落，使得腐蚀不断地渗透内层。

由锅炉结焦产生的原理可以看出，卫燃带为炉内结渣提供了温度条件，对于已投运的布置有卫燃带的锅炉，减少卫燃带面积，特别是减少向火侧易结渣区域的卫燃带面积是缓解炉内结渣程度的技术措施之一[7]。去除炉膛内卫燃带，锅炉热负荷下降，有利于降低燃烧区域氮氧化物生成，也有利于避免发生高温腐蚀。但在去除卫燃带后，主燃烧区域与烟气的直接接触面积增加，因此需要在此区域进行防高温腐蚀喷涂，作为防高温腐蚀的辅助手段。

4 锅炉去除卫燃带后运行参数变化

通过卫燃带改造，可以发现主燃烧区域的温度明显下降，其中以上层炉膛温度下降最为明显，且负荷越高，温度下降越明显。在230 MW负荷下，炉膛平均温度下降了88.2 ℃，较改造前下降6.57%。温度降幅最大为F层，高达151 ℃。在300 MW负荷下，炉膛平均温度下降了131.2 ℃，较改造前下降9.87%。温度降幅最大为E层，温度降幅达到了207 ℃。整体炉膛温度在锅炉稳定燃烧范围内，满足机组稳定运行要求。改造后不同负荷下，炉膛温度对比见图3、图4。

由图5、图6可以看出，经过锅炉水冷壁去除卫燃带改造后，各主要参数指标发生明显改变。在相同负荷情况下，炉膛出口氮氧化物浓度大幅下降。在300 MW负荷下，排放的烟气中氮氧化物浓度同比下降9.52%；165 MW负荷下，排放的烟气中氮氧化物浓度同比下降超过23%。氮氧化物浓度降至燃烧器改造的设计范围内，有效缓解了脱硝系统运行压力，降低了液氨耗量，机组减温水量也大幅下降。在300 MW负荷下，减温水下降为47.5%；165 MW负荷下，减温水量下降为36.2%，机组经济性明显提高。

锅炉主蒸汽温度较改造前无明显变化，再热汽温较去除卫燃带前有所降低，可以通过调节尾部烟气挡板，如关小低温过热器侧的烟气挡板增强低温再热器侧吸热，以弥补炉内吸热增加导致炉膛出口烟温降低及再热器换热温差降低。同时可以根据实际运行情况，适度降低炉内、过热器侧的吹灰频次，增强再热器侧吸热，对机组经济安全运行无不良影响。

5 结束语

锅炉去除卫燃带后，炉膛主燃烧区域温度有了大幅下降，特别是上层炉膛温度下降最为明显。机组负荷越高，炉膛温度下降幅度越明显。在300 MW负荷下，炉膛平均温度下降9.87%；在230 MW负荷下，炉膛平均温度下降6.57%。去除卫燃带后，机组各项参数也得到了优化。氮氧化物排放量、机组减温水量都大幅下降。但由于炉膛区域卫燃带去除后，水冷壁区域与烟气的直接接触面积增加，因此此区域仍需进行防高温腐蚀喷涂，同时进行锅炉燃烧优化调整。此外，去除卫燃带后，机组再热汽温会有所降低，需采取相应手段进行运行调整。综上可知，去除卫燃带后，炉膛热负荷降低，可有效治理锅炉高温腐蚀、结焦、炉膛出口氮氧化物浓度偏高问题。对于因燃烧较高挥发分混煤而导致炉内温度过高的机组，去除卫燃带是有效解决锅炉结焦的方法。