某660MW前后对冲锅炉结焦分析及处理

中电华创电力技术研究有限公司 刘忠轩 芜湖发电有限责任公司 金方舟 王 建

近年来，为了降低燃料成本，国内各电厂普遍燃用经济煤种，多次出现燃用低熔点煤导致锅炉结焦严重的事件[1-5]。锅炉结焦将影响受热面传热，降低锅炉效率，严重时会迫使机组降负荷运行乃至停机。影响锅炉结焦的因素较多，由于各电厂炉膛结构、燃用煤种、运行方式、设备状况的参数不同，结焦原因也不尽相同。某燃煤电厂煤源以市场煤为主，煤源较杂，煤质变动较大，先后出现两次结焦情况，影响了机组正常运行。通过对入炉煤的化验检测，分析了导致两次结焦的主要原因，并通过针对性的运行调整基本解决了结焦对于机组运行的影响，保证了机组的安全稳定运行。

1 设备概况

某机组锅炉型号为B&WB-2091/26.15-M，系北京B&W公司设计的超超临界参数、螺旋炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、露天布置的π型锅炉，锅炉配有带循环泵的内置式启动系统。锅炉设计煤种为淮南潘集烟煤，校核煤种为国投新集煤。锅炉尾部设置分烟道，采用烟气调温挡板调节再热器出口汽温。锅炉竖井下设置两台三分仓回转式空气预热器。锅炉采用中速磨直吹式制粉系统，前后墙对冲燃烧方式，锅炉配有六台HP1063型磨煤机，正常运行时投运五台磨煤机，一台作为备用，每台磨煤机供一层燃烧器；燃烧器分三层对称布置在锅炉的前后墙，每层6只燃烧器，前后墙各18只，共36只燃烧器，配置B&W公司DRB-XCL型燃烧器及NOx喷口（OFA）。

DRB-XCL型燃烧器上配有双层强化着火的调风机构，从开式环形大风箱来的二次风分两股进入到内层和外层调风器，少量的内层二次风作引燃煤粉用，而大量的外层二次风用来补充已燃烧煤粉燃尽所需的空气，并使之完全燃烧。内、外层二次风具有相同的旋转方向。二次风的旋流强度可以改变，其旋转气流能将炉膛内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，使煤粉得到点燃和稳定燃烧。锅炉设计煤种见表1。

表1 锅炉设计煤种参数

2 结焦事件一

2.1 事件经过

受煤炭市场影响，该电厂于某月购入低熔点煤两批次共约2万t，当月26日采用炉外掺混的方式，低熔点煤与常用动力煤采用1:1方式加两台锅炉的中层磨。次月1日发现#2炉#3渣井结焦严重，挤压头部位有一长约2m、宽约1.4m、厚约0.4m的大型焦块，不得不采用人工捣焦的方式进行清理。由于焦块硬度过高，在碎渣机处较多焦块无法破碎，导致碎渣机堵塞。捞渣机挤压头频繁动作，仍然无法确保顺利排渣，不得不频繁进行人工捣焦。

2.2 原因分析

对两批次低熔点煤分别进行了灰熔点和灰成分化验，结果见表2和表3。

表2 灰熔点化验结果

煤的灰熔点作为煤灰颗粒开始熔融、烧结的重要特征温度，通常被用作评价煤种沾污、结焦倾向的判定依据,此外用于判别煤结焦特性的指数主要有碱酸比、硅比、硅铝比、综合指数等。各判别指数的判断界限见表4。

表4 结焦判别指数的界限

根据灰分化验结果计算了两批次煤的判别指数，结果见表5。

表5 低熔点煤结焦判别指数

从表5可以看出除硅铝比以外，其他结渣特性判别指数均为严重。

2.3 运行调整

由煤质分析可知，此次结焦主要原因在于煤质灰熔点较低，远低于锅炉设计煤种（＞1500℃）。

避免结焦的关键在于降低燃用低熔点煤所处区域温度，进行了如下运行调整：一是后墙中、底层燃烧器的截面热负荷相对较低，后墙底层磨全部燃用低熔点煤，后墙中层磨采用1:1炉外预混加仓。二是增大两侧外二次风开度，降低燃烧烟气贴壁，减小侧墙壁面还原性氛围。三是加强锅炉受热面壁温监视，增大受热面的吹灰频次，保持受热面的清洁，降低受热面的黏结能力。

在进行运行调整后，锅炉结焦状况有明显改善，至两批次低熔点煤燃尽未发生大面积掉焦和生成大焦块事件，锅炉运行稳定，壁温未发生大的偏差。

3 结焦事件二

3.1 事件经过

电厂新进一批澳洲进口煤，从化验结果来看，该煤属于较为优质的烟煤。于当月18日1:40开始澳煤加#1、#2炉各仓。19日10:30发现#1炉有大块焦掉落至渣井内，落焦呈熔融状，挤压头反复挤压无法挤碎；其中#1渣井落焦数量多，焦块较小，#3渣井掉落一块大焦，焦块外部坚硬内部呈熔融状。19日12:00调整澳煤与煤场动力煤1:1加仓，对渣井进行人工清焦；20日9:50#1机组解列调停备用。

19日19:00发现#2炉捞渣机大量落渣堵塞，落渣呈熔融状，开启挤压头反复挤压清理，20日14:00开始停止澳煤上仓，改全衮矿动力煤上#2炉各仓；20日15:40大块焦块脱落至#2炉渣井，挤压头来回挤压清理，之后#2炉结焦情况有所缓解。24～25日配合盘煤，煤场堆澳煤削顶加#2炉E、F仓，25～26日#2炉再次出现较大焦块脱落至渣井。

3.2 炉内检查

#1机组调停后，28日对#1炉内结焦情况进行检查，前屏、后屏过热器下方未见挂焦，前后墙水冷壁未见挂焦及结焦痕迹；A侧水冷壁冷灰斗区域残余少量结焦，有多处小块结焦脱落后残余痕迹，与停炉前#1渣井频繁掉落小块结焦相符；B侧水冷壁上层燃烧器至燃烬风喷口区域残余大块结焦，焦块较薄，中层燃烧器至上层燃烧器区域有大块结焦脱落后残余痕迹，与停炉前#3渣井掉落的大块结焦相符。

3.3 原因分析

出现结焦状况后，怀疑此批澳煤灰熔点偏低导致炉膛结焦。根据上述掺烧低熔点煤的经验，采取的调整措施如下：一是仅在底层磨一仓燃用澳煤，暂停其他仓澳煤加仓。二是降低两侧燃烧器二次风旋流强度。三是调整二次风门开度，开大靠近侧墙燃烧器二次风门。

次月10日6:00，#1炉底层磨一仓上澳煤，11日9:30观察螺旋水冷壁壁温测点出现偏差，判断有可能出现结焦情况，随后渣井开始出现焦块，验证了结焦的判断。通过上述调整，未能解决结焦问题。

此次掺烧澳煤的结焦原因与掺烧低熔点煤不同。为寻找燃用澳煤结焦的原因，对澳煤进行了煤质分析和灰成分分析，同时化验了燃用澳煤前的衮矿动力煤以及焦块作为对比。煤质分析结果见表6，灰成分分析结果见表7。

表6 煤质分析结果

表7 灰成分分析结果

从表6数据来看，澳煤为较为优质的烟煤，澳煤灰熔点稍低于衮矿动力煤，渣样灰熔点更低一些。尽管澳煤灰熔点稍低于设计煤种，但从前文叙述中可知，该机组采用底层磨燃用低熔点煤的方式顺利燃用了ST温度仅有1100℃左右的低熔点煤，因此判断灰熔点并不是本次燃用澳煤结焦的主要原因。

根据表3和表7数据，计算了澳煤的各结焦判别指数，结果见表8。

表8 澳煤结焦判别结果

从判别结果来看，各判别指数之间存在显著差异。澳煤仅有硅铝比（Nsio2/Nal2O3）一项判别结果为严重，其余均为轻微。衮矿动力煤仅有硅比（G）一项为中度，其余均为轻微。渣样灰熔点为中度，但已达到中度判断的边界接近轻微区间，硅铝比为中度但达到边界接近严重，其余均为轻微。

从化验结果来看，灰熔点并不是导致结焦的主要原因，因此采用底层磨燃用澳煤未能解决结焦问题。为顺利燃用此批次澳煤，需要根据燃烧状况进一步进行运行调整，避免结焦影响机组正常运行。

3.4 运行对策

从上文分析可知，采用燃用低熔点煤的运行方式无法避免机组在燃用澳煤时结焦，煤质化验结果显示各结焦判别指数之间存在显著差异。为保证机组安全稳定运行，需将机组的结焦情况控制在一定范围内，防止生成过大的焦块影响机组正常运行，故制定如下运行策略：一是机组上层磨仅在高负荷时投运，采用澳煤仅加仓上层磨的方式避免澳煤连续燃用。二是定期进行磨煤机组合切换。三是通过改变炉膛负压、改变配风方式、调整炉膛氧量等方式增加扰动。

在采用新的运行策略后，未再有大的焦块脱落，机组壁温未出现长时间大幅度的偏差，说明通过间歇性燃用澳煤、增加机组扰动的形式有效避免了大焦块的生成，保证了机组安全稳定运行。

4 结论

一是由于中下层燃烧器区域热负荷较低，后墙燃烧器烟气行程较远，采用后墙中下层磨燃用低熔点煤的可有效控制锅炉结焦。

二是通过间歇性燃用、增大炉膛扰动的方式，有效控制了机组在燃用澳煤时的结焦状况，保证了机组安全稳定运行。

三是在燃用陌生煤种时要加强对于锅炉受热面、渣井等处的监视，通过水冷壁壁温和渣井落焦情况判断炉内结焦状况，及时发现问题避免出现严重事故。

四是煤的结渣特性难以判断，各判别指数之间也会存在较大差异，电厂一般仅具备化验灰熔点的能力，仅从灰熔点判断结焦特性可能会与实际情况出现较大偏差。

五是影响锅炉结焦的因素较为复杂，对于不同煤质引起的结焦并无通用的解决方法，需要根据实际情况采用合适的解决方案。