220 t/h鍋爐結焦原因分析及治理

趙洪躍，李海濤，陳 曦，高繼錄，張家維，宋大勇

(1．國電達州發電有限公司，四川 達州 635066;2．元寶山發電有限責任公司，內蒙古 赤峰 024070:3．遼寧省送變電工程公司，遼寧 沈陽 110021;4．遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

煤粉鍋爐結焦問題不僅影響到鍋爐的安全運行，而且會導致受熱面傳熱不均，降低鍋爐效率，增加NOx排放［1－3］。大連開發區熱電廠5號鍋爐為杭州鍋爐廠制造的NG－220/9.8－M15型自然循環煤粉鍋爐。由于煤炭市場供應緊張，近年來電廠開始大比例摻燒褐煤，并且煤種較雜。5號鍋爐燃燒器噴口及附近區域水冷壁出現嚴重結焦現象，影響鍋爐的正常運行。由于結焦嚴重曾被迫停爐打焦，給開發區的冬季供熱造成嚴重影響。因此分析鍋爐結焦原因，治理鍋爐結焦問題，對于保障開發區冬季供熱具有重要意義。

1 設備概述

大連開發區熱電廠5號鍋爐為杭州鍋爐廠制造的NG－220/9.8－M15型單汽包、自然循環、鋼制構架、倒U型布置煤粉鍋爐。鍋爐主要設計參數如表1所示，設計燃料特性如表2所示。采用鋼球磨煤機中間儲倉式制粉系統，送粉方式為熱風送粉。制粉系統配備2臺DTM290/410型磨煤機、2臺給煤機、2臺排粉風機。

采用直流式煤粉燃燒器，四角切圓燃燒方式，設計為單切圓，直徑為600 mm。一次風燃燒器共8支，分2層布置，每套制粉系統對應1層4個角的4支燃燒器。燃燒器采用一、二次風相間布置，一次風噴口共有2層，1、3號角下一次風為等離子點火噴口，2、4號角下一次風為雙通道噴口，上一次風燃燒器為水平濃淡燃燒器。二次風噴口共有4層，最上面布置1層三次風噴口。燃燒器布置如圖1所示。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 鍋爐設計燃料特性

圖1 燃燒器布置圖

2 結焦原因分析

2.1 煤質特性

試驗期間燃燒煤種為撫順煤摻燒40%海拉爾煤，煤質分析結果如表3所示。弱還原性氣氛下的灰軟化溫度ST是作為煤種結渣性判別的主要指標之一，ST＞1 390℃為輕微結渣煤;ST在1 260～1 390℃為中等結渣煤;ST＜1 260℃為嚴重結渣煤。由表3可見，煤灰的軟化溫度ST=1 240℃，屬于強結焦性煤種［4－5］。

表3 試驗期間煤質特性

2.2 煤粉偏細

煤粉細度測試結果如表4所示，煤粉細度R90平均值為24.9%，R200平均值為4.3%。對于當前燃燒煤種，煤粉明顯偏細。當其它條件相同時，煤粉越細，燃燒反應的表面積越大，溫升越快，著火越迅速。一般煤粉氣流著火點距噴口約0.5 m處最佳，著火過早將可能導致燃燒器周圍形成嚴重結渣，甚至燒損燃燒器［6－8］。

表4 煤粉細度測試結果 %

2.3 三次風速偏高

三次風速測試結果如表5所示，額定負荷下摻燒褐煤后，入爐燃料量增加20%，磨煤機出力由設計出力14 t/h增至17.6 t/h。由于磨煤機超出力運行，所以磨煤機通風量增加較多，設計三次風速為48.3 m/s，而實際運行時三次風速為67.5 m/s，可見三次風速偏高。三次風剛性太強，容易導致射流沖刷水冷壁，致使水冷壁結焦;較高的三次風速使得三次風射流卷吸較多高溫煙氣，當灰熔點較低時，三次風射流過多卷吸高溫煙氣會導致噴口周圍結焦;三次風噴口下傾15°，會導致燃燒器區域熱負荷過于集中，該區域溫度較高，容易結焦;在鍋爐負荷和氧量不變時，三次風率偏大使得一、二次風率偏小，一、二次風速偏低，直接導致煤粉氣流著火點提前，燃燒器噴口及附近區域水冷壁結焦。

表5 三次風速測試結果

2.4 一次風溫偏高

一次風溫測試結果如表6所示，左側一次風溫為211.2℃，右側一次風溫為220.5℃。鍋爐設計煤種為煙煤，設計一次風溫為155℃，實際運行時一次風溫在220℃左右。一般燃用無煙煤、貧煤和劣質煙煤時，為了使著火和燃燒穩定，常用從空預器過來的熱空氣作為一次風來輸送煤粉。目前，燃燒煤種中摻燒一定比例的褐煤，干燥無灰基揮發分較高，煤粉著火點較低，同時較高的一次風溫導致煤粉著火熱進一點降低，因此煤粉著火點離噴口較近，一出噴口就開始著火，導致噴口周圍結焦。

表6 一次風溫測試結果

2.5 燃燒器區域熱負荷較高

試驗期間燃燒器區域爐膛溫度如表7所示，燃燒器區域爐膛溫度較高，火焰中心溫度在1 500℃以上，該區域熱負荷過于集中，導致爐膛容易結焦。

表7 燃燒器區域爐膛溫度 ℃

3 鍋爐結焦的治理

3.1 煤粉細度調整

煤粉細度調整結果如表8所示，調整后煤粉細度R90平均值為37.4%，R200平均值為11.3%。對當前燃燒煤種，調整后的煤粉細度比較合適。

表8 煤粉細度調整結果 %

3.2 三次風速調整

3.2.1 燃燒器改造

為解決三次風速偏高的問題，需要對燃燒器進行改造，原設計三次風噴口尺寸如圖2所示，噴口面積為0.078 m2。改造后的噴口尺寸如圖3所示，噴口面積為0.117 m2，通過增大噴口面積來降低三次風速。三次風速降低后能有效避免由于射流剛度太強沖刷水冷壁，致使水冷壁結焦。同時也能減少三次風射流卷吸高溫煙氣，減輕三次風噴口周圍結焦。同時，將三次風噴口由下傾15°改為水平方向，能改善由于燃燒器區域熱負荷過于集中而導致的結焦問題。

燃燒器改造前后試驗數據對比如表9所示，改造后，三次風速由67.5 m/s降至53.5 m/s。過熱器減溫水量由11.3 t/h減小至3.9 t/h，鍋爐結焦情況明顯改善。

表9 燃燒器改造前后試驗數據

3.2.2 排粉機入口擋板開度調整

排粉機入口擋板開度調整試驗結果如表10所示，調整前排粉機入口擋板全關，調整后甲排粉機入口擋板開度為50%，乙排粉機開度為65%。調整后三次風速由53.1 m/s降至49.6 m/s，排粉機電流平均下降1.5 A。

表10 排粉機入口擋板開度調整結果

3.2.3 制粉系統再循環門開度調整

制粉系統再循環風門開度調整試驗結果如表11所示，調整前制粉系統再循環門全關，調整后甲制粉系統再循環門開度為60%，乙制粉系統再循環門開度為50%。調整后三次風速由49.6 m/s降至44.8 m/s。

表11 制粉系統再循環門開度調整試驗結果

3.3 一次風溫調整

一次風溫調整試驗結果如表12所示，調整前兩側調溫風門全關，左側一次風溫為198.1℃，右側一次風溫為210.3℃。兩側調溫風門全開后，左側一次風溫降至177.3℃，右側一次風溫降至178.6℃。一次風溫平均降低了26.3℃，排煙溫度升高了0.3℃，過熱器減溫水量增加了0.3 t/h。

表12 一次風溫調整試驗結果

3.4 氧量調整

增大爐內送風量時，爐內富氧燃燒，可抑制還原性氣氛，因此有利于防止爐膛結焦。當一次風速和三次風速不變時，增加爐膛氧量可使二次風動量增大，有利于燃燒切圓的形成，防止貼壁結焦。該項試驗進行了2個工況，分別控制鍋爐氧量為4.5%和5.5%，試驗結果如表13所示。隨著氧量增加，燃燒器噴口結焦狀況得到明顯改善，但過熱器減溫水量增加了0.5 t/h，平均排煙溫度升高了0.4℃。

表13 氧量調整試驗結果

4 結束語

三次風速偏高及噴口下傾是爐膛結焦的主要原因之一。利用鍋爐停爐機會對燃燒器三次風噴口進行了改造。燃燒器改造后，通過對排粉機入口擋板開度、制粉系統再循環風門開度、煤粉細度、一次風溫和氧量的調整與優化，目前鍋爐運行穩定，鍋爐結焦問題得到解決。

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