通過降低鍋爐爐膛結(jié)焦措施提高鍋爐效率

周鵬濤 吳忠良（大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠）

通過降低鍋爐爐膛結(jié)焦措施提高鍋爐效率

周鵬濤 吳忠良（大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠）

鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象在鍋爐運(yùn)行過程中普遍存在，任何部位結(jié)焦都會(huì)影響受熱面的吸熱，降低鍋爐熱效率。電力集團(tuán)宏偉熱電廠4#、5#鍋爐自投運(yùn)以來，一直存在火焰沖刷爐膛底部的前、后斜墻水冷壁而結(jié)焦現(xiàn)象，極大地影響了鍋爐的熱效率，結(jié)焦嚴(yán)重情況下還導(dǎo)致鍋爐停運(yùn)，影響熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過對(duì)鍋爐結(jié)焦原因進(jìn)行分析，實(shí)施了增加二次風(fēng)量，調(diào)整分離器擋板位置，合理配風(fēng)以及選用最佳磨煤機(jī)運(yùn)行方式等措施，降低了鍋爐爐膛結(jié)焦率，提高了鍋爐熱效率。

熱電廠 爐膛結(jié)焦 鍋爐效率 火焰中心 節(jié)能

引言

鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象在鍋爐運(yùn)行中普遍存在，爐膛的任何部位結(jié)焦都會(huì)對(duì)受熱面的吸熱造成影響，影響鍋爐的運(yùn)行效率，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致鍋爐減負(fù)荷運(yùn)行甚至停運(yùn)。通過多年的鍋爐運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，鍋爐運(yùn)行中爐膛結(jié)焦受爐膛內(nèi)火焰中心位置的直接影響。正常運(yùn)行中爐膛火焰中心溫度可達(dá)1400～1600℃，由于火焰中心溫度在1000℃以上，形成的灰多呈熔化或軟化狀態(tài)，如果灰軟化溫度較低，小于1260℃，灰粒子很容易達(dá)到軟化狀態(tài)，容易發(fā)生嚴(yán)重結(jié)焦[1]。若火焰中心上移，則爐膛內(nèi)總換熱量減少，爐膛出口煙氣溫度升高，導(dǎo)致屏式過熱器結(jié)焦。若火焰中心位置下移，則爐膛內(nèi)換熱量增加，爐膛出口煙氣溫度下降，爐膛底部水冷壁前、后斜墻結(jié)焦。因此，將爐膛火焰中心的位置控制在合理范圍內(nèi)，是降低鍋爐結(jié)焦保證鍋爐效率的重要措施。

電力集團(tuán)宏偉熱電廠4#、5#爐于2004年投產(chǎn)，爐型為HG-410 t/h 540℃/9.8 MPa-FM16型，燃用內(nèi)蒙古東部褐煤，六角燃燒，配置6套風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。自投產(chǎn)以來，一直存在火焰沖刷爐膛底部的前、后斜墻水冷壁而結(jié)焦現(xiàn)象，極大地影響了鍋爐的熱效率；鍋爐滿負(fù)荷狀態(tài)下，爐膛結(jié)焦更加嚴(yán)重，出現(xiàn)過兩次因結(jié)焦嚴(yán)重而停爐的事故，對(duì)發(fā)電廠熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成影響。因此，技術(shù)人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析爐膛結(jié)焦的原因，通過運(yùn)行調(diào)整及技術(shù)改造，科學(xué)控制爐膛火焰中心位置，降低爐膛結(jié)焦，提高鍋爐熱效率。

1 鍋爐爐膛結(jié)焦原因分析

1.1 風(fēng)扇磨煤機(jī)的制粉出力不均衡

風(fēng)扇磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)采取高溫爐煙、熱風(fēng)及低溫爐煙三介質(zhì)干燥原煤，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，風(fēng)扇磨煤機(jī)工作轉(zhuǎn)速高，沖擊板和護(hù)甲磨損較嚴(yán)重，機(jī)件磨損后磨煤出力明顯下降[2]。多臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī)同時(shí)制粉時(shí)，由于磨損程度不同，產(chǎn)生一次風(fēng)動(dòng)力偏差和燃燒速度偏差，致使火焰偏斜和火焰中心下移，是導(dǎo)致鍋爐爐膛底部結(jié)焦的原因之一。

1.2 風(fēng)扇磨煤機(jī)分離器擋板位置不當(dāng)

風(fēng)扇磨煤機(jī)分離器內(nèi)裝有4層擋板，通過調(diào)整擋板位置來控制煤粉細(xì)度和通風(fēng)量。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)各磨煤機(jī)的分離器擋板位置各不相同，制粉細(xì)度差別很大，擋板位置不合理的磨煤機(jī)磨制合格率較低，噴入爐膛內(nèi)的粗煤粉吸熱量大，燃燒時(shí)間較長，這是導(dǎo)致鍋爐爐膛底部結(jié)焦的原因之一。

1.3 二次風(fēng)門的結(jié)構(gòu)不合理

鍋爐采取六角燃燒分級(jí)式配風(fēng)方式，每角配置8個(gè)二次風(fēng)門口、1個(gè)油槍風(fēng)門口和2個(gè)中心十字風(fēng)門口。二次風(fēng)口擋板處裝有圈形限位，經(jīng)計(jì)算擋板通風(fēng)面積為50 760 mm2。通風(fēng)量小煤粉的燃燒速度降低，火焰中心下移，是導(dǎo)致鍋爐爐膛底部結(jié)焦的原因之一（圖1）。

圖1 二次風(fēng)門改造前通風(fēng)面積示意圖

1.4 爐內(nèi)熱負(fù)荷分布不均

宏偉熱電廠燃用內(nèi)蒙古東部褐煤，該煤種具有灰熔點(diǎn)低和易結(jié)焦的特性，設(shè)計(jì)燃煤發(fā)熱量11.3 kJ/kg，5臺(tái)磨煤機(jī)鍋爐帶滿負(fù)荷。然而，在實(shí)際運(yùn)行中燃用煤發(fā)熱量在10.8～14.6 kJ/kg范圍內(nèi)變化，燃用煤的發(fā)熱量高時(shí)，運(yùn)行4臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī)即可以將鍋爐帶至滿負(fù)荷。此種運(yùn)行方式各風(fēng)扇磨煤機(jī)出力偏差更大，火焰偏斜更為明顯，爐膛熱負(fù)荷分布不均，是導(dǎo)致爐膛結(jié)焦的原因之一。

2 降低鍋爐爐膛底部結(jié)焦的措施

2.1 合理分配風(fēng)扇磨煤機(jī)出力，減少火焰偏斜

合理控制給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，均衡調(diào)整風(fēng)扇磨煤機(jī)制粉量，控制風(fēng)扇磨煤機(jī)制粉偏差。通風(fēng)出力調(diào)整，可采取開大熱風(fēng)門，增加通風(fēng)出力的方法，提高一次風(fēng)動(dòng)力，減小磨煤機(jī)的通風(fēng)偏差。同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)扇磨煤機(jī)的定期輪換和維修維護(hù)，確保風(fēng)扇磨煤機(jī)的出力。

2.2 減少二次風(fēng)門的局部阻力，增加二次風(fēng)量

二次風(fēng)口擋板設(shè)有限位角鋼，局部阻力增大，通風(fēng)面積減小。采取割掉限位角鋼，焊接點(diǎn)狀定位鐵釘?shù)姆椒▉頊p少局部阻力。通風(fēng)面積由原來的50 760 mm2增加至 71 340 mm2，增加通風(fēng)面積40.54%。通風(fēng)面積增大，通風(fēng)量相應(yīng)地增加，二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合加強(qiáng)，燃燒速度加快，火焰中心提高（圖2）。

圖2 二次風(fēng)門改造后通風(fēng)面積示意圖

2.3 調(diào)整分離器擋板，提高煤粉細(xì)度

檢查風(fēng)扇磨煤機(jī)的分離器擋板，將各分離器擋板位置調(diào)整到水平下傾30°，統(tǒng)一擋板位置，控制煤粉細(xì)度和通風(fēng)出力均衡。

加強(qiáng)風(fēng)扇磨煤機(jī)的回粉管檢查，發(fā)現(xiàn)回粉不暢及時(shí)聯(lián)系檢修處理，從而保證風(fēng)扇磨煤機(jī)的制粉細(xì)度穩(wěn)定（圖3）。

圖3 分離器擋板位置

2.4 合理配風(fēng)，提高火焰中心位置

鍋爐熱風(fēng)設(shè)計(jì)為六角布置，熱風(fēng)道連接在配風(fēng)器的中上部，中部為油槍二次風(fēng)，噴射形式為旋流，并且通風(fēng)面積較大，對(duì)臨近的平流二次風(fēng)和爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生干擾。在實(shí)際運(yùn)行中通過調(diào)整各角總二次風(fēng)門及各分二次風(fēng)門的開度，減小了旋流二次風(fēng)對(duì)爐內(nèi)煙氣和平流二次風(fēng)的擾動(dòng)，強(qiáng)化二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合，加快了燃燒速度，提高了火焰中心位置（圖4）。

圖4 中心風(fēng)噴燃器結(jié)構(gòu)

2.5 根據(jù)鍋爐負(fù)荷，選用最佳磨煤機(jī)運(yùn)行方式

4#、5#鍋爐爐膛斷面設(shè)計(jì)為正方形，深度和寬度均為9980 mm，假想切圓為840 mm。通過三角函數(shù)可計(jì)算出各噴燃器的噴射射程：1#、4#角噴燃器射程為4990/cos 27°≈5600 mm；2#、5#角噴燃器射程為4990/sin 87°15'≈4997 mm；3#、6#角噴燃器射程為4990/cos31°≈5333mm。

由此可以看出，6個(gè)燃燒角有3個(gè)不同的射程，一次風(fēng)噴射速度隨著距離的延長動(dòng)力是逐漸減弱的，因此，每股一次風(fēng)煤粉氣流對(duì)爐膛火焰中心假想切圓的干擾動(dòng)力是不一樣的（圖5）。射程越長，一次風(fēng)動(dòng)力和燃燒膨脹力對(duì)假想切圓干擾力越小，相反射程越短，一次風(fēng)動(dòng)力和燃燒膨脹力對(duì)假想切圓干擾力越大。

圖5 HG-410 t/h鍋爐噴燃器角度示意圖

鍋爐帶滿負(fù)荷時(shí)，在燃煤發(fā)熱量較低的情況下，可選用5臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī)運(yùn)行，這種運(yùn)行方式共有6個(gè)，可以選用任意5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行（圖6）。

圖6 5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行燃燒示意圖

當(dāng)鍋爐負(fù)荷在75%～90%時(shí)，可選用4臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī)帶負(fù)荷，在正常運(yùn)行中盡量選用正對(duì)角和斜對(duì)角運(yùn)行方式，以防止?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷偏差。盡可能地避免偏角和缺角運(yùn)行（圖7、圖8）。

3 效益分析及結(jié)論

通過采取以上措施，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行4臺(tái)風(fēng)扇磨煤機(jī)即可以保證鍋爐在高負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行，鍋爐蒸發(fā)量相對(duì)于以前增加了62.6 t/h；同時(shí)少運(yùn)行1套制粉系統(tǒng)，年節(jié)約用電160×104kWh，制粉系統(tǒng)年節(jié)約維修費(fèi)用38萬元，并且鍋爐運(yùn)行平穩(wěn)，燃燒良好無結(jié)焦，減少了燃燒不穩(wěn)投油助燃頻率，降低了燃料消耗，提高了爐效。

圖7 4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行正對(duì)角燃燒示意圖

圖8 4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行斜對(duì)角燃燒示意圖

[1]李青,高山,薛彥亭.火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2007:196-197.

[2]葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備[M].3版.北京:中國電力出版社,2010：68-69.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.012

2014-08-28）

周鵬濤，工程師，1998年畢業(yè)于黑龍江省農(nóng)墾師專，從事電廠鍋爐運(yùn)行工作，E-mail：zhoupt@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠發(fā)電分廠，163411。