330 MW機組鍋爐結焦嚴重的原因分析及對策

張丙剛

(國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

330 MW機組鍋爐結焦嚴重的原因分析及對策

張丙剛

(國華惠州熱電分公司，廣東 惠州 516082)

針對鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上存在的嚴重結焦現象，分析了鍋爐結焦的主要影響因素，并提出了具體解決措施，可作為解決鍋爐結焦問題的參考。

鍋爐；結焦；原因；對策

0 引言

某電廠鍋爐為武漢鍋爐廠生產的330 MW WGZ1100/17.45-3型亞臨界參數、自然循環、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、露天布置、全鋼構架的∏型汽包爐，設計煤種為神華集團石圪臺煤，校核煤種為神府東勝煤(神華侏羅紀煤)，采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，配5臺HP863型中速磨。燃燒器采用四角布置切向燃燒方式，共設置5層煤粉噴嘴。機組投產后不久，在持續的高負荷運行過程中，鍋爐水冷壁和燃燒器噴嘴上，尤其是#2、#4角出現了較為嚴重的結焦現象，嚴重的結焦不但導致水冷壁管道溫度偏高，嚴重時還會出現爆管現象，而且結焦嚴重會導致排煙溫度偏高，減溫水用量偏大等情況，降低鍋爐運行的經濟性；當爐膛內的焦塊落下時不僅會引起爐膛負壓的較大波動、火檢失去鍋爐滅火保護動作，而且大塊的焦還會堵塞冷灰斗喉口，影響爐底撈渣機和碎渣機的正常運行，從而嚴重妨礙鍋爐的安全經濟運行。

1 結焦影響因素分析

鍋爐結焦是一個非常復雜的過程，涉及因素較多，它不僅與燃用煤種的成分和物理、化學特性有關，還與鍋爐的設計參數有關(如燃燒器的布置方式、爐膛熱負荷、爐內空氣動力結構等)，同時受鍋爐的運行工況影響(如運行氧量、煤粉細度、爐內溫度水平、配風方式及爐內空氣動力場的狀況等)。這些因素總的來說可以分為兩大類，一是先天因素，如燃用煤種的特性和鍋爐的設計參數；二是后天因素，如鍋爐的運行工況。因此，在分析解決鍋爐結焦問題時就需要從這兩個方面來考慮，以找出鍋爐結焦的主要影響因素。

(1) 燃用煤種的影響。鍋爐實際燃用煤種較好，實際燃用神混煤種收到基低位發熱量變化范圍20.94～23.10 MJ/kg，大多時候在21.84 MJ/kg左右波動，加上一個倉的摻燒石炭煤種(收到基低位發熱量19.74～20.5 MJ/kg)，而設計煤種收到基低位發熱量為21.88 MJ/kg，二者相近；實際燃用煤種收到基灰分變化范圍10%～17%，大多時候在12%左右波動，而設計煤種收到基灰分為8.12%，二者相差近4個百分點；實際燃用煤種可燃基揮發分在35%左右波動，而設計煤種有35.27%；含硫量也有較大差異，實際燃煤的含硫量在0.6%左右，設計煤是0.71%。以上數據表明，燃用煤質基本接近設計煤種，但根據鍋爐的實際運行情況，在鍋爐負荷300 MW及以上時，爐膛實際測量的主燃燒器溫度在1 300～1 500 ℃之間，特別是爐膛#2、#4角燃燒器附近的實測溫度基本在1 400～1 500 ℃之間，該溫度遠遠大于實際燃用的神混煤種(DT≤1 150 ℃，FT≤1 300 ℃)，導致鍋爐燃燒器附近容易出現結焦。

(2) 磨出口煤粉分配特性和煤粉細度的影響。制粉系統試驗表明，各臺磨出口4根一次風管的風速偏差比較小，粉量分配偏差較大，例如A磨煤機的最大正偏差為50.47%，最小負偏差為-41.49%，粉量最大的管子與粉量最小的管子二者粉量差達到了2.6∶1。這種煤粉分配不均的問題在煤質變差、磨煤機煤量增大的情況下將變得更加嚴重。燃燒器同層4個角煤粉濃度不均勻會使局部熱負荷過高，形成局部還原性氣氛，降低灰熔點，導致結焦。

(3) 燃燒器的影響。鍋爐的一次風火嘴采用的是所謂的百葉窗式濃淡燃燒器，其設計理念是通過安裝在一次風管內的4塊傾斜角度被固定了的擋板，將一次風進行濃淡分離，分離后的濃淡兩相氣流被隔板隔開，直至噴口。據介紹其設計的濃淡比達到了1∶4。這種結構的燃燒器很有可能導致一次風并不能被分成濃淡兩相，卻都從濃相側噴口走了，結果使一次風速過高，對燃燒不利。另外，燃燒器安裝角度與設計角度存在著不一致現象，其中#3角所有一次風噴口比設計角度大1.5°左右，其他3個角也比設計角度大。安裝角度偏大會造成爐膛假想切圓偏大、燃燒火焰偏斜、刷墻等，對燃燒器區域有結焦的不利影響。

(4) 爐膛吹灰器的影響。鍋爐安裝有76只墻式吹灰器，吹灰半徑2 m左右，而二次大風箱燃燒器布置處和分隔屏過熱器處沒有安裝吹灰器，所以鍋爐吹灰對該兩處的結焦清除效果不是很顯著。

2 鍋爐在性能試驗及高負荷運行期間結焦嚴重的原因

(1) 鍋爐性能考核試驗中，共持續12 h沒有進行吹灰。根據其他燃用神混煤電廠的經驗，若不摻燒高灰熔點煤，鍋爐吹灰必須保證每班(8 h)一次，有些電廠甚至保持連續吹灰狀態。鍋爐純燒低灰熔點的神混二煤種連續長時間高負荷運行而不進行吹灰，必然導致燃燒器區水冷壁甚至屏區結焦形成，結焦在得不到及時清除的情況下只會呈現出加劇發展的態勢。

(2) 鍋爐長時間高負荷運行不進行吹灰，使燃燒器區和屏區煙溫始終保持較高狀態，如高再前煙溫在試驗期間始終維持在690 ℃左右的高位，對于低灰熔點的神混煤來說有些偏高，屏區結焦在形成并得不到及時清除的情況下并不會因負荷擾動等自動脫落，只會進一步被燒結并導致結焦惡化。

(3) 鍋爐試驗期間燃用煤種為神混二煤種，其灰熔點只有1 150 ℃，屬于結焦嚴重煤種。鍋爐性能考核試驗期間表盤平均氧量為3.7%，實測值應為4.1%，接近設計值4.2%，對于煙煤鍋爐來說，爐內壁面氣氛應處于較好水平。但本廠鍋爐由于采用了空氣深度分級技術(SOFA風)，且試驗期間將5上、5上上、SOFA上、中層開度均加大，導致燃燒器區容易產生還原性氣氛，再加上高溫環境、低灰熔點煤這兩個因素，燃燒器區易發生結焦，進而導致爐膛出口煙溫升高和屏區結焦加劇。

(4) 鍋爐性能試驗初期燃燒器擺角處于下傾10%的狀態，使燃燒器火焰下沖到燃燒器區下部引起結焦，燃燒器區結焦對控制屏區結焦也無益處。運行過程中將擺角上仰7%后，高再前煙溫下降約30 ℃(圖1)。

圖1 二號爐性能試驗時鍋爐高再前煙溫和燃燒器擺角變化

3 解決措施

電廠燃用煤質較好，灰熔點較低，結焦溫度是一個持續影響鍋爐安全穩定運行的因素。在采取措施降低燃燒溫度、緩解結焦的同時，還須保持機組持續高負荷運行時結焦情況在運行調整的可控范圍內。在綜合考慮鍋爐現狀后，為解決結焦問題，同時兼顧煤質變差時穩燃的需要，采取了以下措施：(1) 嚴格控制煤源，保證燃用煤種的發熱量不低于4 800 kcal/kg，按1∶3的配煤方式采用石炭煤種對鍋爐進煤進行摻燒。(2) 通過鍋爐燃燒優化試驗，合理調整磨煤機出口煤粉細度以接近鍋爐煤粉細度的設計值(18%左右)，調整磨煤機出口粉管一次風速均勻并接近磨煤機設計出口風速(30 m/s左右)。(3) 調整鍋爐燃燒器二次風周界風門偏置，提高燃燒器#2、#4角出口一次風粉的剛性(即設置燃燒器#2、#4角的周界風門開度高于燃燒器#1、#3角開度10%左右)，減緩燃燒器#2、#4角燃燒器出口煤粉對鍋爐水冷壁管道的沖刷。通過調整鍋爐頂部SOFA風門和二次風箱二次小風門的開度，提高和維持二次風箱壓力在0.5 kPa以上，以保證燃燒器出口周界風有足夠的剛度，提高燃燒器出口一次風粉的燃燒剛性。提高運行磨煤機的入口一次風量，保持運行中磨煤機入口一次風量不低于65 t/h，以提高運行磨煤機的入口一次風壓，提高磨煤機出口一次風粉的剛性。降低運行磨煤機的出口溫度至68～70 ℃，以適當延緩磨煤機出口煤粉的著火距離。(4) 增加對鍋爐結焦的就地檢查次數，并對鍋爐看火孔可見的結焦嚴重處進行手動除焦。(5) 優化鍋爐吹灰方式，控制鍋爐結焦在可控范圍內。

4 效果評價

經運行調整，2011年6—9月機組負荷率達93%以上，高負荷長周期運行期間，該廠未發生因鍋爐結焦嚴重引起機組負荷受限或鍋爐運行參數超限情況，鍋爐結焦整體可控。

[1] 西安熱工研究院.華能榆社電力有限責任公司3#鍋爐結焦燃燒調整試驗報告，2003

[2] 岑可法.鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術.水利電力出版社，1992

2014-09-12

張丙剛(1969—)，男，天津薊縣人，工程師，國華惠電運行部經理，主要從事火力發電廠機組運行和管理方面的工作。