某電廠#3爐低氮燃燒器改造后爐渣含碳量偏高的原因及對策

摘 要：文章詳細分析了四角切圓鍋爐爐渣含碳量異常升高的原因，針對煤粉細度、制粉系統(tǒng)磨損、燃燒器磨損等異常情況采取了相應(yīng)對策，徹底解決了#3鍋爐爐渣含碳量偏高的問題。

關(guān)鍵詞：爐渣含碳量；原因；煤粉細度；低氮燃燒器；對策

1 概述

該鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)制造的DG1000/170-Ⅰ型亞臨界、自然循環(huán)、汽包爐，燃用當?shù)責熋骸ｅ仩t配DTM350/700鋼球磨煤機，采用中間儲倉式乏氣送粉制粉系統(tǒng)，4臺離心式排粉機和2臺動葉可調(diào)軸流式送風機和2臺動葉可調(diào)式軸流吸風機，濕式除渣系統(tǒng)，平衡通風，四角布置切圓燃燒，燃燒器為直流式，爐內(nèi)氣流逆時針旋轉(zhuǎn)，燃燒器分上、下兩組，每組下層為油燃燒器噴口，其上依次為二次風口、一次風口，每角共有6個一次風口，8個二次風口，燃燒器可在±20°范圍內(nèi)擺動控制過再熱汽溫。

2011年2月進行低氮燃燒器改造，保留原一二次風噴口位置，煤一層四只一次風煤粉燃燒器改造成可安裝氣化小油槍的濃縮型內(nèi)風膜式煤粉燃燒器、煤二層以上為水平濃淡型低氮燃燒器，適當調(diào)整了燃燒區(qū)的二次風量，在最上層燃燒器上方增加四層SOFA風噴口，SOFA燃燒器噴口水平布置位置及旋轉(zhuǎn)方向同原煤粉燃燒器保持不變，同時SOFA燃燒器噴口可進行手動水平擺動，用來消除主燃燒器殘余旋轉(zhuǎn)，減少水平煙道左右側(cè)煙溫偏差。SOFA燃燒器噴口也可以上下擺動，即可以控制鍋爐出口的煙氣溫度，又可以控制合理的過熱器系統(tǒng)的減溫水量。SOFA燃燒器噴口的設(shè)計風率為20-25%。

2 出現(xiàn)的問題

低氮燃燒器改造后兩年內(nèi)，鍋爐正常運行中，爐渣含碳量一般在2.5%左右，自2014年2月28日開始，爐渣含碳量異常升高，大于3.0%，最高達8.6%，飛灰含碳量也有所升高，平均達1.5%，嚴重影響了鍋爐效率。

3 原因分析

造成爐渣含碳量異常升高的主要原因有：

3.1 缺氧燃燒，煤粉燃燒不完全

通過調(diào)取氧量曲線，運行氧量一般在3%-6.0%之間，能夠滿足鍋爐燃燒需要，且爐渣含碳量升高的同時CO濃度無異常升高趨勢，排除缺氧燃燒的可能。

3.2 煤粉偏粗，燃燒不完全

對煤粉進行取樣化驗，發(fā)現(xiàn)甲、乙、丙制粉系統(tǒng)煤粉較粗。煤粉細度設(shè)計值R90=25%，實際R90在30%左右。2011年大修后木塊分離器篩網(wǎng)進行了更換，運行兩年時間磨損嚴重，雜物進入粗粉分離器（軸向型）影響煤粉分離效果；磨煤機鋼球長期不篩球，鋼球配比不合適；粗粉分離器擋板運行中受煤粉氣流沖擊及檢修工藝原因開度偏差較大。以上三種情況是造成煤粉偏粗的主要原因。煤粉粗是爐渣含碳量升高的原因之一。木塊分離器篩網(wǎng)磨損情況見如圖1。

3.3 燃燒器配風差

低氮燃燒器改造后，機組正常運行中燃燒器配風方式為：一層及七層二次風門全開、二至六層二次風門開度為50%、SOFA風門根據(jù)機組負荷開關(guān)（滿負荷時四層燃盡風門全開），以控制NOx濃度在300mg/m3。爐渣量升高后，將二至六層二次風門全開，始終保持一層SOFA風門全關(guān)，其余三層SOFA風門根據(jù)機組負荷開關(guān)進行排查。經(jīng)過10天的試驗，爐渣含碳量沒有明顯變化，但NOx濃度平均升高至370mg/m3，這基本上排除了配風原因造成爐渣含碳量升高。

3.4 低氮燃燒器磨損

通過燃燒器區(qū)觀火孔發(fā)現(xiàn)部分燃燒器煤粉氣流根部有火星，某些燃燒器區(qū)域水冷壁經(jīng)常出現(xiàn)明顯掛焦現(xiàn)象，由此判斷燃燒器磨損較嚴重。2014年4月#3機組臨修過程中發(fā)現(xiàn)14只低氮燃燒器、2只內(nèi)風膜型燃燒器（內(nèi)裝微油點火油槍）磨損，燃燒器周圍結(jié)焦，由于檢修工期短，磨損嚴重的燃燒器只進行了臨時處理。燃燒器磨損情況見圖2內(nèi)風膜型燃燒器、圖3水平濃淡型燃燒器。

水平濃淡燃燒器磨損原因：燃燒器與煤粉接觸部位受一次風粉氣流沖刷后發(fā)生普遍減薄、局部磨穿。磨穿部位集中在噴口下端面，主要是一次風噴口上擺運行時，風粉氣流在噴口與方形管結(jié)合部位轉(zhuǎn)向，加劇了對噴口下端面的沖刷。噴口鈍體的磨損主要集中在“濃側(cè)”，與煤粉濃度大（較“淡側(cè)”）有關(guān)。從現(xiàn)場磨損程度分析，甲、乙制粉系統(tǒng)對應(yīng)下組燃燒器，投運時間最長，磨損最嚴重；丙制粉系統(tǒng)對應(yīng)的燃燒器磨損較輕；丁制粉系統(tǒng)對應(yīng)的燃燒器磨損最輕微。主要與制粉系統(tǒng)投運時間長短有關(guān)。

內(nèi)風膜型燃燒器磨損原因：微油點火燃燒器濃縮分離裝置位于燃燒器中間，小油槍投運期間，煤、油在燃燒器內(nèi)部混燒（熱負荷超過金屬部件的變形溫度）時，導(dǎo)致燃燒器內(nèi)部件變形燒損。燃燒器磨損、周圍結(jié)焦，造成煤粉氣流紊亂，煤粉不能全部集中到火焰中心燃燒，最終導(dǎo)致不完全燃燒損失增加，這是爐渣含碳量高的主要原因之一。同時也能解釋飛灰含碳量有所升高的原因。

4 對策

針對以上原因分析，制定如下對策。

4.1 更換木塊分離器篩網(wǎng)、清理粗粉分離器保證分離器分離效果、磨煤機篩球提高煤粉細度

針對磨煤機出粉偏粗的情況，進行了以下工作：利用機組停運及制粉系統(tǒng)檢修機會逐臺更換甲乙丙制粉系統(tǒng)木塊分離器出口篩網(wǎng)，防止雜物進入粗粉分離器。清理甲乙丙粗粉分離器時，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部雜物較多，雜物主要有雜草、編織袋、樹枝、鐵絲等。粗粉分離器內(nèi)部雜物較多原因是木塊分離器出口篩網(wǎng)嚴重磨損，雜物隨風進入分離器內(nèi)部。將甲乙丙制粉系統(tǒng)粗粉分離器折向擋板角度統(tǒng)一調(diào)整至45°，固定折向擋板調(diào)整背帽，防止運行中擋板角度隨意變化，保持粗粉分離器最佳分離效果。利用機組停運機會，聯(lián)系檢修甩球，發(fā)現(xiàn)碎鋼球、不規(guī)則鋼球較多，個別磨煤機襯瓦缺角、斷裂。修復(fù)襯瓦后重新按1：1：1填充直徑為30mm、40mm、50mm的鋼球。經(jīng)過上述處理和治理，煤粉細度恢復(fù)正常，2014年9月10日煤粉細度化驗數(shù)據(jù)報表如表1。

制粉系統(tǒng)治理后，煤粉細度達到正常范圍，爐渣含碳量有好轉(zhuǎn)的趨勢，但仍然偏高，說明煤粉細度偏高是爐渣含碳量偏高的原因之一，但不是主要原因。

4.2 切換制粉系統(tǒng)，改變制粉系統(tǒng)運行方式，觀察制粉系統(tǒng)對爐渣含碳量的影響

在運行參數(shù)正常、煤粉細度情況下，爐渣含碳量仍然偏高，變換制粉系統(tǒng)運行方式，如甲乙丙、甲乙丁、甲丙丁、乙丙丁（制粉系統(tǒng)自下至上為甲乙丙丁），每種方式運行一天，觀察各層燃燒器對爐渣含碳量的影響，改變制粉系統(tǒng)運行方式后，爐渣含碳量沒有明顯的變化，可以排除制粉系統(tǒng)運行方式對爐渣含碳量的影響。

4.3 修復(fù)或更換燃燒器

2015年#3爐進行大修，對燃燒器修復(fù)、更換進行的具體工作如下：（1）重新進行切圓校核符合要求（#1、3角大圓直徑700mm，#2、4角小圓直徑500mm；微油點火燃燒器#1、3角大圓直徑650mm，#2、4角小圓直徑450mm）。（2）進行噴燃器執(zhí)行機構(gòu)調(diào)試，保證內(nèi)外擺動角度一致、同步擺動靈活無卡澀；對燃盡風擋板也進行了檢查調(diào)試，保證靈活無卡澀。（3）檢查噴燃器發(fā)現(xiàn)部分一次風噴口磨穿、鈍體磨損約1/2，方形管局部陶瓷脫落。對所有燃燒器進行修復(fù)或更換，所有燃燒器做耐磨處理。

5 治理后的效果

2015年大修結(jié)束機組正常正常運行后，爐渣含碳量明顯降低，飛灰含碳量也恢復(fù)到正常值1.3%左右，驗證了燃燒器磨損是爐渣含碳量升高的主要原因，爐渣含碳量報表見表2。

6 結(jié)束語

低氮燃燒器改造后，NOx下降明顯，為后續(xù)的脫硝改造提供有利的條件，但也帶來一系列的問題，低氮燃燒器改造后帶來的主要問題如下：（1）由于低氮燃燒技術(shù)采用低溫、低氧燃燒，主燃區(qū)的溫度下降較多，控制和推遲煤粉的著火，并降低著火區(qū)的氧量，使煤粉燃盡能力下降，燃燒過程延長，飛灰和爐渣可燃物增大，鍋爐效率降低。（2）蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計值，過、再熱減溫水量增加，屏過或再熱器超溫，部分機組再熱汽溫偏低。（3）穩(wěn)燃性能下降，鍋爐抗干擾能力下降，有較大擾動時（如RB工況）容易造成燃燒不穩(wěn)甚至滅火。（4）燃燒器上部水冷壁區(qū)域高溫腐蝕加劇。（5）部分機組容易出現(xiàn)過熱器嚴重結(jié)焦，最終造成落焦滅火。

總之，對低氮燃燒器改造帶來的問題逐漸顯現(xiàn)，對這些問題應(yīng)有正確的認識，充分調(diào)查研究并制定相應(yīng)的對策，在保證NOx達標排放的前提下保證機組的安全經(jīng)濟運行。

參考文獻

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[2]岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行性技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2002.

作者簡介：高培利（1973-），男，山東泰安人，本科，工程師，主要從事電站鍋爐運行技術(shù)管理工作。