600?MW機組鍋爐爐膛結渣特性的試驗和分析

李朋濤，齊海麗

(陜西商洛發電有限公司，陜西 商洛 726000)

600?MW機組鍋爐爐膛結渣特性的試驗和分析

李朋濤，齊海麗

(陜西商洛發電有限公司，陜西 商洛 726000)

針對某電廠600 MW機組鍋爐爐膛結渣嚴重的現象，對鍋爐進行了相關的調整試驗；結合爐內結渣現象描述、煤粉細度測量結果、爐膛溫度場記測結果等，對結渣原因進行了分析，并提出相應的解決措施，以減輕鍋爐結渣現象。

鍋爐；結渣；燃燒調整；煤粉細度

0 概況

在我國的發電企業中，燃煤發電機組仍占主導地位。由于電站鍋爐煤質變化較大，煤粉鍋爐爐膛結渣問題尤為突出，嚴重威脅著發電機組的安全和經濟運行。

某電廠8號600?MW機組采用上海鍋爐廠有限公司生產的SG2093/17.5-M912型汽包鍋爐。該鍋爐采用亞臨界參數、一次中間再熱、全封閉布置。鍋爐制粉系統采用正壓直吹式，配6臺HP1003型中速磨煤機，每臺磨煤機帶1層煤粉噴嘴。燃燒器為直流式，煤粉噴嘴自下而上分別為A，B，C，D，E，F?6層布置，共24個噴嘴。二次風一部分作為燃料風，設在每個煤粉噴嘴的周圍；一部分作為燃盡風，設在燃燒器的頂部，用1層噴嘴引入爐膛；其余部分作為輔助風。4組燃燒器四角布置，在爐內形成切圓燃燒，并可上下擺動，用以調節汽溫。

1 試驗內容

為了解決結渣問題，尋求最佳運行方式，對鍋爐進行相關的調整試驗，試驗內容有以下幾項。

(1)?氧量場標定。在額定負荷對空氣預熱器進口煙道進行氧量場標定，確定煙氣取樣代表點，以便確定送入爐內風量是否合適。

(2)?煤粉細度測量。在磨煤機出力為60?t/h時，取樣并篩分6臺磨煤機煤粉細度，了解鍋爐日常煤粉細度；并通過改變磨煤機分離器擋板位置，確定合適的煤粉細度。

(3)?二次風門開度記錄。記錄鍋爐燃料風門、燃盡風門、輔助風門開度、風箱爐膛差壓等數據，了解鍋爐日常運行時二次風配風方式。

(4)?運行表盤氧量與實際氧量比較。記錄不同負荷下的表盤平均氧量，并與相應的實測空氣預熱器進口氧量進行比較，了解實際入爐總風量大小。

(5)?爐膛火焰溫度場測量。通過看火孔測量爐膛火焰溫度，了解和判斷鍋爐結渣位置。

(6)?爐底大渣形態觀測。通過爐底看火孔和出渣口觀察大渣的顏色、形狀，了解和判斷鍋爐結渣的原因及位置。

2 試驗結果及分析

2.1 鍋爐爐膛結渣原因分析

2.1.1??爐內結渣現象描述

該鍋爐自投運以來，爐內一直存在結渣現象，經常引起爐膛底部出渣口堵塞。結渣現象嚴重時，渣塊長度可達2—3?m，直接蓋住爐底渣口，導致鍋爐無法正常排渣。

在運行中，通過看火孔觀察結渣情況；由于看火孔觀察范圍有限，無法確定結渣的具體位置。從爐膛9.6?m處的兩側墻中部看火孔和人孔門觀察到有大片液態渣。仔細觀察渣樣，有些渣塊有一面存在水冷壁的印痕，而且有約100?mm厚度的渣結構疏松，說明可能是由于積灰引起的結渣。由于水冷壁附近積灰造成傳熱受阻，積灰溫度升高，使積灰呈熔融狀態，部分熔融渣塊最后粘結成大塊渣。同時，當爐膛內溫度較高時，煤粉中的部分灰粒會呈熔融、半熔融狀態，如果這部分灰粒在到達受熱面之前得不到足夠的冷卻，就會有較強的粘附能力；而當受熱面表面(或沉積物表面)溫度高于一定值時，這部分灰粒會因慣性撞擊而粘附在受熱面上。粘附在受熱面上的熔融、半熔融灰粒在受熱面上冷卻后，可能會在某些因素(如重力、氣流剪切力、灰粒撞擊等)的作用下脫落，也可能因撞擊的熔融、半熔融顆粒大多來不及完全凝固，沉積物內部燒結而繼續粘附。部分熔融的灰渣順著水冷壁一直流到出渣口。爐膛底部出渣口兩側墻斜坡護板在鍋爐長期運行過程中，出現嚴重變形，呈凹凸狀態，掉在護板上面的渣塊不能順利滑到渣池，粘在護板上并不斷累積，構成了爐底結渣的基礎。

2.1.2??煤粉細度測量結果

在磨煤機出力約60?t/h、磨煤機進口一次風量投自動情況下，在6臺磨煤機出口粉管進行煤粉取樣并篩分煤粉細度。6臺磨煤機調整前原始煤粉細度及取樣量如表1，2所示，其中各粉管煤粉取樣時間均為 240?s。

表1煤粉取樣篩分結果說明B，D，E，F磨煤機煤粉細度基本合適，表2煤粉取樣篩分結果說明A，C磨煤機煤粉較粗。因此對A，C磨煤機分離器開度進行了調整，將分離器開度均置于8格(風門開度80?%)運行，并再次取樣篩分煤粉細度，但篩分結果表明這2臺磨煤機煤粉仍偏粗。

爐膛水冷壁結渣，說明爐內有部分煤粉從旋轉的高溫煙氣中依靠慣性離析出來貼壁燃燒；而能夠從旋轉的高溫煙氣中離析出來的是較粗的煤粉顆粒。較粗的煤粉顆粒是爐內結渣的重要原因之一。

表1 磨煤機煤粉取樣結果(1)

表2 磨煤機煤粉取樣結果(2)

2.1.3??爐膛溫度場記錄測量結果

在600?MW負荷、投運A，B，C，D，E磨煤機運行工況下，采用紅外溫度測量儀進行測量。在鍋爐9.6—45.4?m層之間選取了9個測量層，并通過每一層的爐膛四角的看火孔進行爐膛火焰溫度場測量，測量結果如表3所示。從表3可知：

(1)?36.4?m層(燃燒器出口)爐膛溫度最高；

(2)?與同類型鍋爐、采用同樣測量方法測量結果相比，爐膛最高溫度不高;

(3)?從22.2—45.4?m，爐膛溫度均超過燃燒煤種的溶融灰流動溫度，但最可能結渣的位置在32.8—39.8?m 區間。

2.1.4??日常運行氧量及燃燒器風門開度記錄結果

表3 爐膛溫度場測量 ℃

2次記錄電廠日常運行二次風門開度如表4所示。從表4中可以看出，在600?MW負荷時，空氣預熱器進口2次實測氧量(A，B兩側平均值)分別為2.7?%和2.5?%，說明日常運行入爐風量偏小，爐內容易出現還原性氣氛，進而出現結渣現象。

從記錄的二次風門開度來看，在投運A，B，C，D，E磨煤機的情況下，盡管將燃盡風門開到100?%，但由于投運燃燒器的燃料風門和輔助風門均開得較大，風箱爐膛差壓約700?Pa，因此燃盡風量不會很大。32.8—39.8?m區域煙氣得不到冷卻，同時燃燒切圓較大，起不到消旋的目的，這使得較粗的高溫熔融煤粉顆粒容易貼壁，造成結渣。

表4 調整前二次風門開度記錄

2.1.5??鍋爐爐膛結渣原因分析

綜合考慮診斷試驗結果，造成8號鍋爐爐膛結渣的原因有以下幾個。

(1)?鍋爐燃煤為易結渣型煤種，其灰變形溫度1?090.0?℃、灰軟化溫度 1?168.0?℃、灰溶化溫度1?189.0?℃，說明該煤種在較低的爐膛溫度下有可能出現結渣現象，這是鍋爐結渣的主要原因。

(2)?部分磨煤機煤粉偏粗，在爐內煙氣氣流旋轉的作用下從旋轉的煙氣流中離析，靠近水冷壁附近出現燃燒現象，這是爐內出現液態渣的主要原因。

(3)?輔助風偏大引起燃燒切圓偏大，增加了煤粉貼壁的傾向。

(4)?實際運行氧量偏小，增加了爐內的還原性氣氛。

(5)?爐膛底部出渣口兩側墻斜坡護板嚴重變形，呈凹凸狀態，是爐底結渣的基礎。

(6)?根據爐膛火焰溫度場和通過看火孔觀測表明，結渣位置應在32.8—39.8m區域。

2.2 解決鍋爐爐膛結渣問題的措施

鑒于鍋爐燃燒煤種不可能改變的現實，決定通過改變運行方式解決該鍋爐爐內結渣問題，即：

(1)?改善煤粉細度；

(2)?增加反切風量，減小切圓風量，縮小燃燒切圓；

(3)?盡量提高運行氧量。

由于一次風量為反切風量，而且其風量顯示不小，因此未對其進行調整。

2.2.1??煤粉細度調整

鑒于磨煤機A，C出粉比較粗，所以主要對磨煤機A，C進行煤粉細度調整。調整后的煤粉仍然偏粗，但已無法再做進一步調整。因此建議保證A，C磨煤機運行時煤量在額定煤量70?%以上；當總煤量超過300?t/h時，建議減負荷運行；如果估算600?MW負荷煤量在280?t/h以上，建議不投F磨煤機，或采用高負荷不投F磨煤機，低負荷投運F磨煤機、停運C磨煤機的運行方式(考慮低負荷運行安全性不考慮停運A磨煤機)，其他磨煤機煤量均等運行。

2.2.2??運行氧量調整

鍋爐爐內結渣主要在高負荷時，因此在高負荷運行時，應盡量提高運行氧量。與送風機和引風機相比，引風機裕度更大一些，因此最高運行氧量主要由送風機出力確定。高負荷時嚴禁小氧量運行。

在600?MW 負荷，投運 B，C，D，E，F磨煤機情況下，將OFA，FF，F層風門開度設定為100?%，EF層風門開度設定為65?%，E，D，C，B，A，AA層風門開度設定為100?%，DE，CD，BC，AB層風門開度設定為50?%，送風機調門開度為80?%，此時表盤氧量A，B兩側分別為2.8?%和2.6?%；測得空氣預熱器進口實際氧量A，B兩側分別為3.8?% 和 2.8?%。即這一結果是該鍋爐在 600?MW負荷時氧量能夠達到的最大值。

表盤運行氧量控制方式確定的原則是高負荷時盡量提高運行氧量；低負荷時為了減小鍋爐排煙熱損失、提高運行經濟性，適當減小氧量。在同時考慮風箱爐膛差壓的選取后，通過在不同負荷下的運行摸索，運行總氧量控制方式如表5所示。

表5 運行總氧量控制方式

2.2.3??二次風門開度調整

二次風門開度調整包括燃料風門、燃盡風門和風箱爐膛差壓調整。由于爐膛結渣過程需要一段時間，很難通過測量某些參數來準確判斷爐內是否結渣，因此，二次風門開度調整在增加反切風量，減小切圓風量，縮小燃燒切圓的指導思想下，采用邊觀察邊調整的方法。通過試驗，最終確定各風門運行方式，如表6，7所示。

表6 燃盡風門和輔助風門開度控制方式

表7 燃料風門開度控制方式

輔助風門控制方式說明：

(1)?由于熱工控制系統邏輯無法對輔助風門（二次風門）實現指令控制，因此輔助風門手動運行。

(2)?AA，FF風門開度按表6方式運行。

(3)?AB，BC，CD，DE，EF風門運行方式為：當負荷為500—600?MW時，AB，BC，CD，DE，EF等輔助風門在相應磨煤機投運時，開度為50?%；當負荷小于500?MW，其相應磨煤機投運時，開度可在40?%—60?%范圍內根據鍋爐運行情況(汽溫偏差、氧量偏差)進行調整；如果其相應磨煤機停運，置最小開度10?%。

2.2.4??爐底出渣口兩側墻斜坡護板加裝噴水裝置

由于爐膛底部出渣口兩側墻斜坡護板有凹凸不平的部位，同時在機組運行期間無法修復，建議在爐膛底部出渣口兩側墻斜坡護板上加裝噴水裝置，連接工業用水進行噴淋，以防止其表面積渣。

2.2.5??加強吹灰

早班完整吹灰1次，中班至少短吹1次。如果24?h滿負荷運行，夜班時長、短吹均需進行1次。

經過燃燒調整試驗，根據調整結果修改相應DCS組態后，6個多月的運行實踐表明，鍋爐結渣減輕，效果明顯。

3 結論

通過燃燒調整試驗，確定減輕和緩解鍋爐結渣的主要方法如下：

(1)?增加反切風量，減小切圓風量，縮小燃燒切圓；

(2)?在保證出口NOx和排煙溫度在允許范圍內的情況下，適當提高運行氧量，降低爐內的還原性氣氛；

(3)?在爐膛底部出渣口兩側墻斜坡護板加裝噴水裝置，減少積渣可能性；

(4)?嚴格控制煤粉細度，選擇合適的磨煤機運行方式；

(5)?選擇合適的吹灰方式。

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2017-05-23。

李朋濤(1984—)，男，助理工程師，主要從事火力發電廠運行管理工作，email：452605372@qq.com。

齊海麗(1987—)，女，工程師，主要從事火力發電廠運行管理工作。