除焦劑在大型火電機組鍋爐的應用與研究

張磊

(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng)　453635)

除焦劑在大型火電機組鍋爐的應用與研究

張磊

(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng)453635)

摘要：華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司一期工程2臺660 MW燃煤汽輪發(fā)電機組鍋爐頻繁結焦、掉焦，為保證機組安全、經濟運行，對鍋爐使用了除焦劑，并從煤種、除焦劑添加位置、用量及成分等多方面進行了試驗，確定了經濟、有效的除焦劑使用方案。方案實施后，有效減少了鍋爐結焦，提高了鍋爐的穩(wěn)定性。

關鍵詞：除焦劑；結焦；鍋爐；煤種

0引言

目前，國內火電廠受燃料成本壓力大等因素的影響，普遍存在實際燃用煤種復雜、質量參差不齊、工業(yè)分析數(shù)據變化大等問題，鍋爐原設計煤種供應得不到保證，給機組帶來眾多影響安全、經濟運行的問題，鍋爐結焦就是一個概率較高的問題。

為了解決結焦問題，華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司(以下簡稱新鄉(xiāng)發(fā)電公司)通過試驗研究，探索出既節(jié)約成本又充分發(fā)揮除焦功能的應用方案，針對不同煤種調整除焦劑的成分，與運行調整密切配合，使除焦劑發(fā)揮更高水平，解決因鍋爐結焦、掉焦帶來的一系列安全問題，擴大煤種適應性，降低燃料成本，提高經濟效益，同時也為其他存在此類問題的同類型機組提供經驗和技術支撐。

1除焦劑介紹

1.1除焦劑工作原理

液態(tài)的速特威-2633除焦劑被空氣壓縮泵以霧狀噴射到爐膛中，在高溫下迅速氣化，除焦劑以分子態(tài)彌散在鍋爐煙氣流動的全部通道中(爐膛至排煙口)，氣化的除焦劑在爐膛中空氣動力場氣流的作用下，與煙氣流過的爐膛水冷壁、屏式受熱面、高壓過熱器、低壓過熱器、再熱器各處結焦中的炭沫、硫黃及其他可燃物質碰撞、摩擦，以分子態(tài)附著在結焦體上，并發(fā)生燃燒和微爆現(xiàn)象，猶如無數(shù)個微型炸彈在結焦體內爆炸，使焦層酥化、松化，在逐步剝落焦層的同時，進一步提高燃料利用率。

隨著除焦劑逐步深入焦層內部，分子大小的“微型炸彈”在結焦體內不斷爆炸，改變了焦層的組織結構，使焦層由堅硬的鈉長石和鈣長石結構變?yōu)槭杷傻哪獊硎Y構，在爐膛內氣流吹動下變?yōu)榧毸轭w粒，最后在重力作用下以彌散態(tài)落入冷灰斗，成為爐渣排出爐外。

1.2各階段除焦劑的使用

1.2.1除焦階段

除焦階段又分為重除焦和輕除焦2個階段，除焦劑既要清除舊的結焦，又要防止新的結焦生成，因此這一階段除焦劑用量較大。

除焦劑進入爐膛后先進行重除焦，將爐內的嚴重結焦進行較大強度的清理，爐內的結焦程度大為減輕，然后在原有較大使用量的基礎上，通過仔細觀察鍋爐運行參數(shù)和狀態(tài)，逐步減少除焦劑使用量，進行輕除焦。須經過不斷摸索以確定效果最佳、成本最經濟的除焦劑使用量。

1.2.2維護階段

經過輕除焦后，鍋爐內的結焦已被基本清除，已不會對機組運行產生威脅和損害，達到安全、經濟、穩(wěn)定的運行狀態(tài)，為了保持這一狀態(tài)，須進入維護階段。在該階段，除焦劑用量銳減，只要定時、定量、均衡使用除焦劑，鍋爐不會增加結焦。

2除焦劑試驗

為了摸索各階段除焦劑的使用量及調整合適的除焦劑成分，進行了一系列試驗，具體內容如下。

2.1變換煤種試驗

在負荷水平、運行方式基本相同的情況下，改變煤質，統(tǒng)計看火孔結焦情況、鍋爐掉焦次數(shù)、掉焦時爐膛負壓波動范圍、水冷壁出口過熱度等數(shù)據，并進行對比，分析、總結結焦開始明顯加重時燃煤的熱值和灰熔點最低值。通過3個月?lián)綗煌悍N的試驗，結合新鄉(xiāng)發(fā)電公司實際情況，確定結焦明顯加重時燃煤的熱值最低值為4 500 kJ/kg，灰熔點最低值為1 450 ℃。根據試驗研究情況，灰熔點較低的鶴壁六礦煤和熱值較低的白坪煤屬于新鄉(xiāng)發(fā)電公司大量采購的易結焦煤種，應進行除焦劑添加試驗。

表1　除焦劑發(fā)揮作用前爐膛參數(shù)(2014年)

2.2判斷結焦位置

鍋爐在結焦量較大時，爐膛吸熱量會受到嚴重影響，鍋爐中間點過熱度明顯降低。在機組負荷330 MW時，鍋爐汽水分離器出口蒸汽過熱度為7～8 ℃，鍋爐燃盡風層觀火孔溫度達1 500 ℃，機組滿負荷時燃盡風層觀火孔最高溫度甚至超過1 600 ℃，超過了燃用煤種的灰熔點。由于爐膛溫度偏高，加劇了爐膛結焦，形成了惡性循環(huán)。通過測量爐膛溫度場、鍋爐集中落焦的位置及鍋爐落焦后的管壁溫度變化，分析認為鍋爐前、后墻與側墻的4個夾角處結焦量較大，燃燒器區(qū)域及前、后墻也存在一定程度的結焦，結焦高度位于中層燃燒器至燃盡風層區(qū)域,最高處為39 m。

2.3除焦劑添加位置試驗

在負荷、煤質、運行方式基本相同的情況下，從下層燃燒器開始進行加除焦劑試驗，燃燒器分布如圖1所示。首先從E1，E4，F(xiàn)1，F(xiàn)4燃燒器和側墻下層觀火孔向鍋爐內部添加除焦劑，根據除焦劑廠家建議，重除焦階段每天添加8桶除焦劑，每個部位添加1桶，每桶除焦劑質量為25 kg。添加除焦劑1周后，爐內結焦程度無明顯減輕，撈渣機刮板僅有少量碎塊焦。分析認為通過在下層燃燒器添加除焦劑以去除中上層燃燒器區(qū)域結焦的效果不明顯，應改變除焦劑添加位置。

圖1　燃燒器分布

將除焦劑添加位置改為從A1，A4，D1，D4燃燒器和側墻中層觀火孔向鍋爐內部添加。自加入除焦劑的第2天開始，撈渣機內部渣量明顯增加，說明爐膛結焦量明顯減少，除焦劑起到了一定作用。同時隨著鍋爐的擾動除焦，水冷壁區(qū)域積結的舊焦開始逐步掉落。隨著添加時間的延長發(fā)現(xiàn)撈渣機刮板攜帶的渣量進一步增加。繼續(xù)保持入爐煤質和煤種不變，機組負荷在330 MW時多次出現(xiàn)集中落焦現(xiàn)象，爐膛吸熱量逐步增加，鍋爐汽水分離器出口蒸汽過熱度上升至15 ℃左右，低溫再熱器和低溫過熱器入口溫度明顯下降。

使用1周后，將除焦劑添加位置移至最上層燃燒區(qū)域，但中層后墻固定端與前墻擴建端夾角觀火孔處仍每天添加2桶。改變添加位置后鍋爐掉落碎焦塊增多，大塊焦也變得疏松易碎，說明爐膛結焦進一步得到清除，爐膛內結焦程度趨于正常。

除焦劑發(fā)揮作用前、后爐內主要參數(shù)見表1、表2。

通過上述數(shù)據對比可知，連續(xù)使用除焦劑發(fā)揮作用后，爐膛吸熱量逐步增加，鍋爐中間點汽水溫度逐步上升，低溫再熱器和低溫過熱器入口溫度明顯下降。

2014年10月26日，除焦劑使用前、后左側低溫再熱器入口煙溫最大降幅為26.39 ℃，右側低溫過熱器入口煙溫最大降幅為39.87 ℃。由于爐膛吸熱量上升，再熱汽溫度下降了14.13 ℃，爐膛溫度場已接近結焦前的狀態(tài)。

表2　除焦劑發(fā)揮作用后爐膛參數(shù)(2014年)

圖2　除焦劑使用前、后焦樣對比

通過變換除焦劑添加位置的試驗，確定了除焦劑的最佳添加位置：自鍋爐結焦位置最底部開始添加，隨著除焦劑添加時間的延長和除焦效果的逐漸顯現(xiàn)，可以將除焦劑添加位置上移，以便除去爐膛上部結焦。

2.4除焦劑用量試驗

為了進一步優(yōu)化除焦劑的添加量，根據已經摸索出來的除焦劑添加位置，減少除焦劑的用量，并觀察其除焦效果。在鍋爐最初出現(xiàn)結焦時，首次添加除焦劑用量按照10桶、8桶、6桶、4桶進行對比試驗。試驗結果表明，在鍋爐內部出現(xiàn)嚴重結焦時，首次添加量為10桶和8桶時的除焦效果較為明顯,首次添加6桶的除焦效果較差，首次添加4桶的除焦效果不明顯。由此得出在鍋爐結焦時，首次添加8桶除焦劑最為合適。

在確定首次添加8桶除焦劑的情況下，依次在連續(xù)使用3 d，4 d，5 d，6 d后減少除焦劑用量至6桶，并進行對比試驗。試驗結果表明，在使用3 d，4 d后減少除焦劑用量會使除焦效果減弱，使用5 d，6 d后減少除焦劑不影響除焦效果。由此得出結論，持續(xù)5 d每天添加8桶除焦劑后，減少除焦劑用量至6桶最為合適。

用以上方法進行除焦劑連續(xù)使用時的逐漸減量試驗，通過試驗得出了投入產出比最佳的除焦劑用量方案：在鍋爐出現(xiàn)較嚴重的結焦時，連續(xù)5 d每天對鍋爐添加8桶除焦劑，減少至6桶后連續(xù)使用3 d，完成重除焦階段；進入輕除焦階段后每天添加4桶除焦劑，根據掉焦情況，連續(xù)使用5～7 d；最后轉至除焦維護階段，每天添加2桶除焦劑，抑制新焦的生成；當不再大量摻燒易結焦煤種或爐內無任何結焦狀況時，停止使用除焦劑。

2.5除焦劑成分調整

根據除焦劑在新鄉(xiāng)發(fā)電公司的長期應用實踐，結合新鄉(xiāng)發(fā)電公司的焦樣情況，除焦劑廠家對除焦劑的配方進行了深入研究，調整了除焦劑的配方成分，將KNO3改成了K2CO3，增加了Ba(NO3)2，提高了硼砂的含量。配方調整后，除焦效果進一步優(yōu)化。

2.6脫硝催化劑和電除塵布袋檢驗

長期使用除焦劑后，借2014年9月#1機組小修機會，新鄉(xiāng)發(fā)電公司對#1鍋爐的脫硝催化劑和電除塵布袋進行取樣檢驗，各項檢測結果均合格，說明除焦劑的使用對電除塵布袋和脫硝催化劑均無影響。

3除焦劑發(fā)揮作用前、后的焦樣對比

為了驗證除焦劑效果，對鍋爐除焦劑使用前、后的焦樣進行了跟蹤分析。除焦劑使用前、后的焦樣如圖2所示，可以看出：除焦劑使用前，焦樣多呈塊狀和琉璃狀；除焦劑使用后，焦樣多呈碎焦狀，大塊焦和琉璃狀焦樣明顯減少，且焦樣相對疏松，易脆裂，焦塊表面氣孔增多。

4取得的成果及效益分析

4.1取得的成果

(1)總結出了除焦劑的最佳使用方法、投用部位、用量、使用環(huán)境和對煤種、結焦狀況的適用范圍，實現(xiàn)效益最大化。

(2)有效減輕鍋爐結焦，降低滅火風險，減少非計劃停運次數(shù)，并為存在類似問題的電廠提供參考。

(3)檢驗可知除焦劑長期使用對脫硝催化劑和電除塵布袋無任何影響。

4.2經濟效益

4.2.1投資計算

按照每年摻燒易結焦煤種140 d計算，2臺鍋爐平均每天共添加除焦劑6桶，每桶1 435元，全年的除焦劑使用投資為1 435×6×140=1 205 400(元)。

4.2.2收益計算

按照掉焦滅火造成1次非計劃停運4 h，每小時損失電量5×105kW·h，電的利潤為0.18 元/(kW·h)計算，一次非計劃停運造成的損失為5×105×4×0.18÷10 000=36(萬元)，按照每次機組滅火后熱態(tài)啟動耗油20 t計算，燃油以7 500 元/t計，減少1次非計劃停運可減少燃油損失為7 500×20÷10 000=15(萬元)，即一次掉焦滅火引起的機組非計劃停運造成的總損失約為51萬元。按照每年減少2次因掉焦滅火產生的非計劃停運，則每年減少損失約為102萬元。

添加除焦劑以后，擴大了燃煤適應范圍，降低了燃料成本。按照每年多摻燒易結焦煤種10萬t計算，約降低煤價20元/t，則每年節(jié)約燃料成本為200萬元。

除焦劑使用后，避免了大焦集中掉落而造成爐膛負壓大幅度波動和火檢閃爍的情況，進而減少穩(wěn)燃用油，按照每年減少穩(wěn)燃用油40 t計算，每年節(jié)約燃油費為7 500×40÷10 000=30(萬元)。

4.2.3投資回收期計算

投資回收期=總投資/總收益=120.54÷(102+200+30)=0.36年，即5個月內即可回收成本。

5結束語

新鄉(xiāng)發(fā)電公司#1，#2鍋爐使用除焦劑后，爐膛內結焦快速脫落，有效降低了爐膛內部大焦集中掉落而造成爐膛負壓大幅度波動甚至造成鍋爐滅火的可能性，提高了鍋爐的運行穩(wěn)定性，對于容易出現(xiàn)鍋爐結焦、掉焦的燃煤電廠具有借鑒意義。

(本文責編：弋洋)

收稿日期:2016-01-07；修回日期:2016-04-05

中圖分類號：TK 227.2

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)04-0018-04

作者簡介：

張磊(1972—)，男，安徽靈璧人，高級工程師，工學碩士，從事火力發(fā)電廠生產管理方面的工作(E-mail:zhanglei6015@163.com)。