鍋爐結(jié)焦原因及運(yùn)行調(diào)整

改造者：肖振清

針對(duì)某電廠(chǎng)2 號(hào)鍋爐頻繁結(jié)焦問(wèn)題，系統(tǒng)分析鍋爐結(jié)焦的具體原因，提出采用混煤摻燒試驗(yàn)、消除氧量偏差、減少鍋爐漏風(fēng)等方法，成功減輕鍋爐結(jié)焦。

某電廠(chǎng)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的HG-2145/25.4-YM12 型超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，前后墻對(duì)沖旋流燃燒器，爐渣采用干式排渣方式，設(shè)計(jì)煤種為甘肅華亭縣境內(nèi)煙煤。該電廠(chǎng)2 號(hào)鍋爐投運(yùn)后曾發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，表現(xiàn)為受熱面管壁超溫、排煙溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值、爐內(nèi)時(shí)有大焦脫落導(dǎo)致除渣系統(tǒng)碎渣機(jī)頻繁卡大渣塊跳閘，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)治理后結(jié)焦問(wèn)題大有緩解，以下結(jié)合2 號(hào)鍋爐運(yùn)行情況對(duì)鍋爐結(jié)焦原因及調(diào)整對(duì)策加以分析。

結(jié)焦原因分析

燃煤摻燒

當(dāng)熔融或者半熔融狀態(tài)的煤灰與鍋爐受熱面接觸時(shí)，由于受熱面溫度較低，煤灰會(huì)粘附在受熱面上而產(chǎn)生結(jié)焦，所以鍋爐結(jié)焦與煤灰的熔融特性有很大關(guān)系，灰熔點(diǎn)越低，越容易發(fā)生結(jié)焦。該電廠(chǎng)超臨界鍋爐設(shè)計(jì)煤種為華亭礦區(qū)煙煤，為降低電煤成本，實(shí)際采用華亭礦區(qū)煙煤煤和寧夏煤摻燒方案，其中華亭煤約占50%左右，各煤質(zhì)化學(xué)分析如表1 所示。

寧夏煤揮發(fā)分高易燃，爐內(nèi)燃燒集中，爐膛出口煙溫也隨之升高，而且軟化溫度較華庭煤低60℃；其次寧夏煤含硫量大，文獻(xiàn)2 指出隨著硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，結(jié)渣現(xiàn)象加劇，所以寧夏煤有較強(qiáng)的結(jié)焦特性。實(shí)際運(yùn)行中觀(guān)察也發(fā)現(xiàn)鍋爐結(jié)焦主要發(fā)生在寧夏煤摻煤比例發(fā)生變化時(shí)。

氧量偏差

煤粉缺氧燃燒時(shí)煙氣中會(huì)生成CO、H2等還原性氣體，在還原性氣氛作用下灰中高熔點(diǎn)的Fe2O3被還原成低熔點(diǎn)的FeO，使灰熔點(diǎn)迅速降低約200℃，燃燒器噴口處容易發(fā)生結(jié)焦。聯(lián)系熱工對(duì)空預(yù)器入口4 個(gè)氧量測(cè)點(diǎn)重新校正后檢查各負(fù)荷下空預(yù)器入口平均氧量均大于3%，再結(jié)合飛回含碳量及煙氣CO 含量判斷，爐內(nèi)燃燒總過(guò)量空氣系數(shù)足夠，能滿(mǎn)足完全燃燒條件。

但如果磨煤機(jī)出粉管出粉不均或者鍋爐配風(fēng)調(diào)整不當(dāng)時(shí)，盡管爐內(nèi)總空氣量足夠，局部仍可能出現(xiàn)缺氧產(chǎn)生局部還原性氣氛而導(dǎo)致結(jié)焦。如表2 所示，不同負(fù)荷下鍋爐B 側(cè)氧量始終較A 側(cè)氧量低。爐膛左右兩側(cè)的氧量偏差，使?fàn)t膛內(nèi)在爐寬方向上產(chǎn)生局部還原性氣氛，造成灰熔點(diǎn)大幅降低，造成燃燒器區(qū)域結(jié)焦。

表2 氧量偏差

煤粉過(guò)粗

煤粉過(guò)粗的原因：入爐煤可磨性差、發(fā)熱量低，磨煤機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行磨輥磨損，研磨出力下降。煤質(zhì)差時(shí)高負(fù)荷需六套制粉系統(tǒng)才能滿(mǎn)足鍋爐熱負(fù)荷需要。在燃燒調(diào)整上多采取加大一次風(fēng)量，保證磨煤機(jī)通風(fēng)出力，防止磨煤機(jī)堵磨；其次各磨煤機(jī)風(fēng)量測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)期不準(zhǔn)，風(fēng)煤比失去參考意義，運(yùn)行中主要參考磨煤機(jī)電流、出口風(fēng)壓來(lái)判斷磨煤機(jī)出力狀況。特別是在高負(fù)荷時(shí)為防止磨煤機(jī)發(fā)生堵磨，通常采取高一次風(fēng)壓、低動(dòng)態(tài)分離器頻率的調(diào)整策略。

一次風(fēng)壓越大，相同條件下動(dòng)態(tài)分離器篩選出的煤粉越粗，一次風(fēng)量越多，使煤粉氣流著火初期所需的熱量增多，煤粉著火推遲，抬高火焰中心，也會(huì)加重爐膛出口結(jié)焦傾向；同時(shí)過(guò)高的一次風(fēng)雨，也容易使煤粉氣流沖刷爐膛內(nèi)對(duì)側(cè)水冷壁。

表1 煤質(zhì)分析

爐底漏風(fēng)大

鍋爐采用干式除渣系統(tǒng)，用外界冷空氣冷卻爐渣并能回收爐渣部分熱量。2 號(hào)鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)即使鋼帶主進(jìn)風(fēng)門(mén)全打開(kāi)，冷卻后的爐渣溫度仍大于設(shè)計(jì)值100℃，需要開(kāi)啟部分鋼帶檢查孔增強(qiáng)通風(fēng)冷卻。這無(wú)疑加大爐膛底部漏風(fēng)，一方面使鍋爐底部燃燒器卷吸到的煙氣溫度大幅降低，不利于煤粉著火；另一方面爐底漏風(fēng)抬高爐膛火焰中心，造成爐膛中上部燃燒過(guò)于集中，爐膛出口煙溫升高，加劇鍋爐結(jié)焦程度。

鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)

鍋爐負(fù)荷越高，爐膛出口煙溫也越高，煤灰在接近受熱面時(shí)越容易保持熔融或半熔融狀態(tài)，同時(shí)高負(fù)荷煙氣流速大幅增大，煤粉火炬延長(zhǎng)。如果鍋爐長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐結(jié)焦可能性增大。

運(yùn)行調(diào)整對(duì)策

設(shè)法消除鍋爐兩側(cè)氧量偏差

為消除鍋爐氧量偏差，聯(lián)系熱工對(duì)鍋爐兩側(cè)二次風(fēng)大風(fēng)箱調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行重新定位，優(yōu)化擋板調(diào)節(jié)線(xiàn)性，檢查就地開(kāi)度與DCS 開(kāi)度指令基本一致；然后重新調(diào)整旋流燃燒器二次風(fēng)拉桿位置，采用外二次風(fēng)全開(kāi)，外二次風(fēng)旋流50%、內(nèi)二次風(fēng)及旋流50%的均等配風(fēng)方式。進(jìn)一步消除鍋爐兩側(cè)風(fēng)量不均的影響，防止火焰偏斜。

進(jìn)行混煤燃燒試驗(yàn)

為了使入爐煤的燃燒性能、結(jié)焦特性接近設(shè)計(jì)煤種，發(fā)電運(yùn)行部進(jìn)行了細(xì)致的混煤燃燒試驗(yàn)，逐步改變寧夏煤的摻燒比例，觀(guān)察鍋爐結(jié)焦情況，盡可能降低混煤結(jié)焦性和粘結(jié)性指標(biāo)，保證入爐煤質(zhì)量。同時(shí)加強(qiáng)煤質(zhì)監(jiān)督管理，煤質(zhì)變化時(shí)及時(shí)通知運(yùn)行人員調(diào)整運(yùn)行方式，優(yōu)化燃燒降低結(jié)焦的可能性。

嚴(yán)格控制煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度直接影響煤粉的燃盡時(shí)間，煤粉過(guò)粗時(shí)燃盡時(shí)間長(zhǎng)則火焰中心升高，易導(dǎo)致?tīng)t膛出口受熱面結(jié)渣；煤粉過(guò)細(xì)時(shí)燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過(guò)于集中，水冷壁結(jié)渣傾向性增加。所以磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器頻率應(yīng)根據(jù)煤粉細(xì)度化驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整，保證R90 在18%～25%之間，防止結(jié)焦的同時(shí)也降低了鍋爐飛灰和爐渣含碳量。

優(yōu)化鍋爐配風(fēng)方式

二次風(fēng)擋板在均等配風(fēng)原則下，采用中間小上下大的策略，但特別是高負(fù)荷時(shí)，要將中間層的二次風(fēng)門(mén)盡量關(guān)小，盡量使?fàn)t膛熱負(fù)荷分散，以降低爐膛中心溫度，防止鍋爐結(jié)焦。低負(fù)荷330MW，各運(yùn)行磨煤機(jī)二次風(fēng)箱擋板開(kāi)度不低于40%，底層燃燒器不低于50%，燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度不低于60%，高負(fù)荷550MW，各運(yùn)行磨煤機(jī)二次風(fēng)箱擋板開(kāi)度不低于50%，底層燃燒器二次風(fēng)箱擋板平均開(kāi)度不低于80%，燃盡風(fēng)門(mén)平均開(kāi)度不低于90%。

增大爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)，總風(fēng)量要參照經(jīng)濟(jì)氧量上限控制，負(fù)荷330MW 控制鍋爐氧量在4.0%，最低不低于3.5%，660MW 控制在3.5%，最低不低于3.0%。鍋爐結(jié)焦時(shí)，氧量應(yīng)在上述基礎(chǔ)上上浮0.5%～1%。

鍋爐運(yùn)行中在風(fēng)量滿(mǎn)足要求的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低一次風(fēng)風(fēng)量，同時(shí)根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)整磨煤機(jī)熱風(fēng)溫度，當(dāng)煤質(zhì)揮發(fā)分較高時(shí)，適當(dāng)降低磨煤機(jī)出口風(fēng)溫，推遲煤粉著火，避免燃燒器出口結(jié)焦。

減少爐底漏風(fēng)

干式除渣系統(tǒng)的冷空氣量要控制在正常過(guò)量空氣系數(shù)以?xún)?nèi)，在保證鋼帶頭部溫度＜100℃的情況下，盡量關(guān)閉鋼帶風(fēng)門(mén)及各人孔、檢查孔；同時(shí)及時(shí)檢查鍋爐所有人孔、觀(guān)火孔、打焦孔關(guān)閉嚴(yán)密，以減小鍋爐漏風(fēng)，降低火焰中心。

鍋爐定期吹灰

當(dāng)鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦跡象，如過(guò)熱汽溫及再熱器汽溫升高、排煙溫度升高、空預(yù)器電流波動(dòng)、受熱面金屬溫度超溫等現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)投入鍋爐吹灰。高負(fù)荷時(shí)更應(yīng)進(jìn)行全面吹灰，防止灰渣大量積聚，控制鍋爐結(jié)焦程度。

適時(shí)降負(fù)荷運(yùn)行

鍋爐長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行后，在用電低谷時(shí)申請(qǐng)低負(fù)荷運(yùn)行幾小時(shí)。鍋爐熱負(fù)荷下降、爐膛溫度降低，積聚在受熱面的灰渣，從高負(fù)荷下的熔融狀態(tài)向固態(tài)化方向轉(zhuǎn)變，并且對(duì)水冷壁的附著力大大下降，冷卻的焦塊自行脫落。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，2 號(hào)鍋爐結(jié)焦主要原因?yàn)閷幭拿毫蚍指摺⒒胰埸c(diǎn)低，混煤燃燒時(shí)摻煤不合理，入爐煤偏離設(shè)計(jì)煤種，而氧量偏差和鍋爐底部漏風(fēng)加大了鍋爐結(jié)焦的可能性。通過(guò)采取以上措施后，鍋爐結(jié)焦基本得到了控制。要想進(jìn)一步的解決結(jié)焦問(wèn)題，還需要做大量細(xì)致的試驗(yàn)，下一步計(jì)劃進(jìn)行鍋爐冷、熱態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)配風(fēng)方式，細(xì)化同層二次風(fēng)拉桿位置，進(jìn)一步減小鍋爐沿爐膛寬度的氧量偏差。