某煤粉锅炉大渣可燃物异常原因分析

柴成林，倪何军

(浙能兰溪发电有限责任公司，浙江 金华 321100)

截至2018年底，我国发电装机容量达到19亿kW，其中，煤电累计装机容量为10.1亿kW，占比53.2%，全国发电量6.99万亿kWh，其中煤电发电量占比为63%[1-2]。锅炉作为火电厂重要设备之一，提高其热效率是整个火电厂节能减排最重要的手段之一[3-4]。大渣可燃物是煤炭在锅炉中未燃尽部分，随大渣由锅炉炉底排出，大渣中可燃物含量过高是导致锅炉效率降低的重要原因之一[5]。锅炉燃烧过程中大渣可燃物含量高的原因较多，主要有煤质、煤粉细度、燃烧器、运行方式等[6]。

中速磨煤机是燃煤电厂常用的磨煤设备之一，其运行状态与锅炉的运行效果关系密切，国内对中速磨煤机的研究较多[7-10]。由中速磨煤机故障导致锅炉燃烧出现问题是电厂常见的问题。某电厂两台300 MW亚临界机组运行过程中，先后在炉底出现烟花状落渣，且大渣可燃物含量异常偏高，严重影响了锅炉运行的安全性及经济性。本文针对该现象出现的原因进行分析讨论，并提出解决办法，为国内其他锅炉同类型问题解决提供借鉴。

1 锅炉存在问题描述

1.1 设备及煤质

该厂锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1038/18.34-HM35亚临界参数自然循环汽包锅炉，采用固态排渣，中速磨正压一次风直吹式制粉系统，配备5台ZGM-113G-Ⅰ型中速磨煤机，对应5层燃烧器，在炉内组织切圆燃烧[11]。电厂常用燃煤为大南湖煤，煤质见表1[12]。

表1 电厂常用煤质数据

1.2 存在问题

电厂运行过程中，两台锅炉先后出现炉底烟花状落渣，且该现象在锅炉各个负荷段均存在，如图1所示。

图1 烟花状落渣

烟花状落渣持续燃烧，甚至在干渣机钢带顶端，仍有未燃尽的碳粒，见图2。

图2 干渣机顶部未燃碳轨迹

对大渣进行取样分析，其可燃物含量见表2。5个样品取自不同日期、不同负荷段，但均在15%以上，个别样品的大渣可燃物含量甚至超过20%。

表2 电厂常用煤质数据 %

2 原因分析

2.1 锅炉运行方式调整

对锅炉进行调整，适当加大二次风箱压力，并增加底层二次风风量，以提高二次风刚性，增强其带粉能力，防止由于二次风刚性不足造成托粉能力下降。同时对锅炉炉底干渣机封门进行检修处理，减少炉底漏风率，防止温度较低的空气由炉底进入炉膛中，造成煤粉燃烧恶化。

调整后，锅炉不同工况下大渣可燃物含量降低到18%左右，这表明，二次风托粉能力及炉底漏风不是引起大渣可燃物含量高的主要原因。

2.2 大渣中未燃碳的分布

对大渣取样，并进行了筛分，分别对各个粒径范围内的大渣可燃物含量进行分析。发现大渣中肉眼可见碳粒较多，大部分分布在3～6 mm，见图3。碳粒尺寸大于6 mm的数量也较多，图4为某次取样挑选出的尺寸大于6 mm的碳粒。

图3 3～6 mm大渣中的碳粒

图4 大于6 mm的碳粒

对不同粒径的大渣进行可燃物含量分析，结果见表3。

表3 不同粒径大渣可燃物含量 %

根据化验结果，3～6 mm的渣中，可燃物含量达到29.81%，小于200 μm的渣中，含碳量仅占2.20%，尺寸大于6 mm的大渣可燃物含量为7.75%，这表明大渣中的未燃碳主要分布在3～6 mm。由于煤粉颗粒在炉内燃烧过程中，无法由小尺寸颗粒凝聚为大颗粒的未燃碳，因此大渣中尺寸较大的未燃碳可能是大尺寸煤粒从中速磨出口一次粉管送入锅炉中，由于颗粒较大，二次风无法托住大尺寸煤粒，煤粒在炉膛内下落过程中部分燃烧，形成烟花状落渣。

2.3 制粉系统试验

从五台中速磨中分别取出煤粉，进行了粒度筛分，结果见表4。

表4 煤粉细度 %

根据煤粉细度结果，各磨煤机煤粉细度R90均满足磨煤机设计参数，但是煤粉中粗颗粒较多，R1000较大，煤粉中甚至有5 mm以上尺寸的煤粒(见图5)。

图5 煤粉中的大颗粒

试验过程中，对磨煤机的风煤比、加载力、分离器开度等进行调整，煤粉细度有相应变化，但煤粉样品中的大尺寸煤粒始终存在。这表明，磨煤机运行参数不是导致煤粉中出现大的煤颗粒的主要原因。

2.4 磨煤机检查

停磨后对磨煤机内进行了检查，发现每台中速磨中央落煤管处均出现约10 cm×10 cm的破损(见图6)。

图6 中央落煤管处破损

待磨制的原煤，由给煤机送到中央落煤管入口，经中央落煤管落入中速磨中，在磨内由磨辊研磨后，随气流向上运动，经煤粉分离器分离，细度合格的煤粉进入一次风粉管，送入锅炉炉膛燃烧，细度不合格的煤粉落入磨煤机内重新磨制。中央落煤管处出现破损，则落煤管内的部分原煤有较大概率未落入中速磨中，而是经破损处被携带煤粉的气流带走进入一次风粉管，送入炉内(见图7)。大颗粒煤块在炉内燃烧过程中，无法被二次风托起，形成了锅炉炉底烟花状落渣的现象。

图7 部分煤粒行程示意图

2.5 处理措施及效果

对各磨煤机中央落煤管破损处进行焊接修补后，抽取各磨煤机煤粉并筛分细度，结果见表5。

表5 煤粉细度 %

煤粉细度正常，且煤粉样品中无大颗粒煤块。此时锅炉炉底烟花状落渣现象消失，锅炉大渣可燃物含量也降低到1.00%左右，锅炉运行恢复正常。

3 结论与建议

本文描述了一起由于中速磨中央落煤管破损导致的锅炉运行中大渣可燃物含量过高的现象。通过对磨煤机检查并修补中央落煤管处破损，解决了炉底烟花状大渣的现象。该电厂燃煤冲刷磨损指数为2.4，但该煤依然将中央落煤管磨穿，因此建议电厂在中速磨的日常维护中，除了要对磨辊、分离器挡板、风环等部件进行检查维护，还应定期检查中央落煤管磨损情况。当电厂燃用磨损性较强的煤种时，应提高中速磨中央落煤管钢材耐磨等级或贴耐磨瓷片等，以避免中央落煤管的磨损。本文的研究结果可为国内其他锅炉同类问题解决提供参考。