鍋爐改燒煙煤后遇到的結(jié)焦問(wèn)題及改造措施分析

廖 羽

1 工程概述

鍋爐型號(hào)：DG420/13.7-Ⅱ2型，超高壓中間再熱自然循環(huán)汽包爐，單爐膛，燃燒器四角布置、切圓燃燒，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，采用管式空氣預(yù)熱器，露天布置，鋼筋混凝土構(gòu)架。爐膛為光管加焊扁鋼組成的膜式水冷壁。爐膛斷面尺寸為9584 mm（寬）×8 864 mm（深），寬深比為1.081。鍋爐原設(shè)計(jì)煤種如表1所示。

表1 原設(shè)計(jì)煤種

2 擬實(shí)際燃燒煤種

電廠計(jì)劃將鍋爐燃煤改為內(nèi)蒙煙煤和神華煤，提供的2種煤質(zhì)如表2所示，灰熔點(diǎn)分析如表3所示。

表2 擬改燒煤種

通過(guò)以上3個(gè)表格對(duì)比可以看出，在鍋爐改燒煙煤后的運(yùn)行中可能出現(xiàn)以下一些問(wèn)題：內(nèi)蒙煙煤灰熔點(diǎn)與原設(shè)計(jì)接近，但神華煤灰熔點(diǎn)較低，為確保爐膛運(yùn)行安全，應(yīng)考慮爐膛出口溫度、爐膛熱負(fù)荷及改造設(shè)備如燃燒器的運(yùn)行參數(shù)及噴口的布置等，并輔以防結(jié)渣和有效的吹灰設(shè)施。

表3 改燒煤種的灰熔點(diǎn) 單位：℃

3 改造參數(shù)及安全性分析

（1）爐膛出口煙溫通常受到燃料灰分結(jié)渣指標(biāo)的限制，對(duì)于固體燃料，這一溫度不應(yīng)高于燃料灰分開始變形的溫度DT。據(jù)計(jì)算一般在1 200～1 400℃。一般取等于或略低于灰分的變形溫度DT。當(dāng)灰分的軟化溫度ST與變形溫度DT相差小于100℃，出口煙溫應(yīng)不超過(guò)ST-100℃，根據(jù)熱力計(jì)算，神華煙煤爐膛出口煙溫達(dá)1097℃，存在結(jié)焦傾向。（2）鍋爐改燒煙煤爐膛熱負(fù)荷安全性分析。影響結(jié)焦的因素很多，從爐膛結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，主要是溫度的影響，尤其是燃燒區(qū)域的溫度水平，主要結(jié)構(gòu)因素有爐膛截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷。燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qh值越大，說(shuō)明火焰越集中，燃燒器區(qū)域的溫度水平越高，這對(duì)燃料穩(wěn)定著火是有利的，但容易引起結(jié)焦。對(duì)于煙煤，qh一般取1.28～1.40MW/m2。該電廠在改燒煙煤后的爐膛熱力特性參數(shù)如表4所示。

表4 爐膛熱力特性參數(shù)

現(xiàn)有鍋爐改燒煙煤后爐膛qv仍屬偏高值，而qf、qh均超過(guò)了推薦值的上限，因爐膛截面幾何尺寸無(wú)改變的可行性，只有通過(guò)改變qh來(lái)滿足對(duì)改燒煙煤的要求。

式中，B為燃煤量；Qnet，ar為燃料收到基低位發(fā)熱量；a、b為爐膛深度、寬度；H為燃燒器區(qū)域高度。

4 改造措施

改造目的：增強(qiáng)燃燒器對(duì)煙煤的適應(yīng)能力，提高燃燒煙煤的安全性和經(jīng)濟(jì)性，提高一次風(fēng)管及噴口的使用壽命，降低NOx排放，降低燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，減輕和防止結(jié)焦。

具體措施：（1）去除爐膛內(nèi)原有的246 m2衛(wèi)然帶，來(lái)降低燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷。（2）調(diào)整噴口面積：根據(jù)煙煤的實(shí)際情況調(diào)整一、二、三次風(fēng)噴口面積，使一、二、三次風(fēng)速適應(yīng)新煤種。（3）調(diào)整燃燒器層間距：適當(dāng)調(diào)整燃燒器各層一、二次風(fēng)之間的距離，降低燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，特別是對(duì)灰熔點(diǎn)低的煤種尤其重要。（4）采用全爐膛分級(jí)燃燒技術(shù)：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鍋爐實(shí)際情況，在燃燒器上層5 150 mm位置處布置一組燃燼風(fēng)OFA1、OFA2噴口，從而使?fàn)t膛分為3個(gè)區(qū)域：初始燃燒區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)，在下部缺氧燃燒控制NOx，上部富氧控制飛灰含碳量。（5）頂層燃燼風(fēng)采用復(fù)合擺動(dòng)機(jī)構(gòu)：燃燼風(fēng)OFA噴口上下、左右可擺，可有效地控制爐膛出口溫度和調(diào)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)。

5 影響結(jié)焦的原因分析

（1）爐膛的溫度水平。當(dāng)爐膛燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易達(dá)到軟化或熔融狀態(tài)，結(jié)焦的可能性越大。影響燃燒器區(qū)域溫度水平的因素很多。據(jù)一些研究分析：運(yùn)行中的鍋爐燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷影響因素，按照權(quán)重排序?yàn)槎螣犸L(fēng)溫度、爐膛總風(fēng)量、總煤量、一次風(fēng)量、煙氣氧量。當(dāng)二次風(fēng)溫升高時(shí)，帶入爐膛的熱量增加，加熱二次風(fēng)所需熱量減少，可以顯著增加qh；鍋爐負(fù)荷增加，即總的煤量和風(fēng)量增加時(shí)，qh也增加。一次風(fēng)量增加，煤粉氣流著火熱增加，燃燒器區(qū)域溫度水平會(huì)降低，qh也會(huì)降低；煙氣氧量增加，即過(guò)量空氣系數(shù)增大時(shí)，會(huì)增大爐內(nèi)煙氣量，同樣會(huì)降低燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷。運(yùn)行中當(dāng)燃用較高熱量的煤種時(shí)，運(yùn)行人員尤其要注意爐膛溫度水平和結(jié)焦情況，注意采取吹灰等措施，降低溫度水平，減輕結(jié)焦。（2）火焰貼墻。對(duì)于燃燒器采用的是四角切圓布置，煤粉氣流由于受到氣流剛度、補(bǔ)氣條件和鄰角氣流的撞擊等影響而引起火焰貼墻時(shí)，必然結(jié)焦。由于改燒煙煤，燃燒器的高寬比被加大，這對(duì)射流的彎曲變形是不利的，燃燒器的高寬比愈大，射流形狀就愈寬而薄，其剛性就愈差，因而，射流就容易變形，火焰就容易貼墻，所以運(yùn)行中要注意各燃燒器的射流情況，注意調(diào)整配風(fēng)，提高射流剛度，防止火焰貼墻。（3）過(guò)量空氣系數(shù)。當(dāng)爐內(nèi)區(qū)域過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)小且煤粉與空氣混合不均時(shí)，可能產(chǎn)生還原性氣氛，灰分中的Fe2O3被還原成FeO，F(xiàn)eO與SiO2等形成共晶體，其熔點(diǎn)溫度會(huì)降很低，有時(shí)會(huì)降150～200℃，因而結(jié)焦趨勢(shì)也會(huì)增加。（4）煤粉細(xì)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：R90=4+0.5Vdaf。該電廠現(xiàn)燃煤空干基揮發(fā)分約為27%～30%左右，換算成干燥無(wú)灰基約為36.9%，所以R90=22%，實(shí)際運(yùn)行中當(dāng)煤粉細(xì)度過(guò)粗時(shí)，容易引起火焰延長(zhǎng)，導(dǎo)致爐膛出口處受熱面結(jié)焦，所以運(yùn)行中要注意煤粉細(xì)度。（5）合理配煤，能有效地減輕結(jié)焦問(wèn)題。當(dāng)然用灰熔點(diǎn)低的神華煤時(shí)，建議內(nèi)蒙煤與神華煤比例為2∶1。

6 結(jié)語(yǔ)

拉長(zhǎng)燃燒器的層間距能滿足爐膛熱負(fù)荷安全性的要求，在燃用低灰熔點(diǎn)煤種時(shí)注意控制爐膛出口溫度，增加吹灰設(shè)施控制爐膛溫度水平及出口溫度，運(yùn)行當(dāng)中注意調(diào)整配風(fēng)等就能有效地控制結(jié)焦，提高鍋爐效率，控制飛灰含碳量。

［1］范從振.鍋爐原理.水利水電出版社，1996

［2］魏鐵錚，王軍.電廠鍋爐運(yùn)行.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2000