燃用煙煤水冷壁結焦的優化調整

阮振

摘 要：勝利發電廠二期#4機組所使用的鍋爐，運行中爐內始終存在著一定的結焦問題，嚴重時甚至發生引起渣鏡的損壞，給鍋爐的安全和經濟運行帶來了極大隱患，同時進行人工除焦過程中也容易造成人員傷害。本文通過對#4爐水冷壁結焦原因的具體分析，詳細論述了水冷壁結焦異常的原因并做出相應的實驗調整，這對于同類型鍋爐結焦治理具有重要的指導意義。

關鍵詞：鍋爐；水冷壁；結焦；側邊風

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.056

勝利發電廠二期#4機組使用的鍋爐是上海鍋爐廠生產的SG-1025/17.4-M851亞臨界中間一次再熱自然循環汽包爐，采用的是平衡通風，正壓直吹四角切圓燃燒，共4層，分別對應A、B、C、D4臺磨煤機，燃燒器四周配有周界風，在AB、CD層設置有兩層機械霧化大油槍，每臺爐選用4臺BBD3854型雙進雙出鋼球磨煤機，每臺磨煤機對應一層煤粉噴嘴，4臺共4層，四層一次風噴嘴帶BMCR。燃燒器四角布置，切向燃燒。多年運行中爐內始終存在著一定的結焦問題，嚴重時甚至發生引起渣鏡的損壞，給鍋爐的安全和經濟運行帶來了極大隱患，而且在進行人工除焦過程中也容易造成人員傷害，對運行人員的人身安全構成威脅。

1 結焦原理及危害

鍋爐結焦是指灰渣在高溫下熔化后黏附于水冷壁或是爐膛出口處的屏上的現象，正常運行的鍋爐中，爐膛內火焰中心的溫度達到1500-1700℃，在此溫度下，煤灰粒子基本處于熔化狀態，由于水冷壁的吸熱，從火焰中心向外，至水冷壁，越接近水冷壁溫度越低。正常工況下燃燒中心的灰粒在接近水冷壁或爐膛出口處時，已經固化，不會黏附在受熱面上形成渣，但如果灰分碰到受熱面時還保持著軟化狀態，則會受到冷卻黏附在受熱面上，形成結焦。

鍋爐爐膛結焦對鍋爐的運行安全、運行經濟性都會產生很大的影響。水冷壁結焦，使水冷壁的傳熱熱阻值增大，使水冷壁吸熱不足，排煙溫度升高，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低。同時，由于結焦產生后使局部水冷壁吸熱量減少，造成水循環流速下降，嚴重時會導致局部水循環破壞，進而導致水冷壁爆管。鍋爐在大面積結焦時，若燃燒工況發生變化，大面積掉焦會造成燃燒不穩，嚴重時會造成正壓或負壓滅火，在高溫煙氣的作用下，黏附在水冷壁或屏式過熱器上的焦渣與管壁發生一系列復雜的化學反應，形成高溫腐蝕，腐蝕嚴重的易引起水冷壁爆管等事故的發生。

2 結焦的原因分析

一般情況下鍋爐結焦的終端因素有鍋爐負荷大幅度波動、一次風剛性不足、二次風量不合適、配風不合理、煤質因素、吹灰不及時。對此，我們進行如下確認：

（1）由負荷歷史曲線可看出負荷大幅度波動是結焦最大的誘因。鍋爐負荷的增加是依靠向爐膛內提供更多的燃料量和風量來實現的。當進入爐膛內的燃料量增加時，水冷壁的輻射受熱面沒有變化，但由于燃燒更加劇烈，爐膛的溫度升高，爐膛內的火焰向水冷壁的輻射熱增加。

鍋爐的負荷越高，爐膛內的溫度越高，鍋爐在高負荷時期，部分區域的水冷壁溫度過高，高于煤灰的熔化溫度，致使煤灰黏附在水冷壁上形成焦塊。但是由于二期#4機組屬于山東省統調機組，負荷嚴格跟蹤AGC調度曲線，冬季供暖期則要根據外網溫度調整鍋爐負荷，也不受運行人員控制，故不是受控因素，必須提出別的解決方案。

（2）二期#4爐的一次風采用水平濃淡風煤粉燃燒技術，高濃縮比、低阻力新一代煤粉濃縮技術，確保煤粉及時著火，加強燃盡效果，同時有效緩解氣溫偏差過大問題，A層燃燒器采用哈工大水平濃淡微油點火燃燒器，D層燃燒器采用水平濃淡燃燒器，加大側邊風寬度至100mm，但由于在低負荷情況下出現了一次風剛性不足的問題，尤其是燃用煙煤的粉管會導致著火距離變短，使火焰發生偏斜，對水冷壁造成沖刷，使噴燃器口造成大面積結焦。

煙煤揮發分含量高、著火速度快，揮發分著火后會對未揮發部分進行強烈加熱，同時揮發分析出后煤粉會變得松散多孔，增加了燃料的吸熱面積，加速了燃燒過程，較早的送入二次風可保證煤粉燃燒不缺氧使燃燒更完全、更充分，同時較早混入二次風會降低火焰溫度，也可防止煤粉著火離噴燃器過近。

由于灰熔點的另一個重要特點是它的數值與所處的氧化還原氛圍緊密相關，當煤灰處于還原性氣氛中時，灰中的Fe2O3被還原為FeO，灰熔點降低，結渣性能增強，當煤灰處于氧化性氛圍中時，灰分中的FeO被氧化為Fe2O3，灰熔點升高，相對不易于結渣。

3 具體實施對策

（1）提高磨煤機分離器壓力。磨煤機風速低，分離器壓力低，最直接導致的結果就是火焰剛性差，特別是對于燃用煙煤的A、B層噴嘴，著火距離短，火焰易發生偏斜，并且粉中帶火，易使噴燃器附近產生焦塊，也不利于燃燒的穩定性，嚴重時造成噴燃器口燒損。

#4機組小修后，嚴格控制A、B磨煤機的一次風速，通過提高一次風壓，增大磨煤機熱風門開度來控制一次風速在18-25m/s之間，經過調整，就地從觀火孔檢查4角火焰的著火距離明顯改善，粉中帶火現象消失。

（2）側邊風試驗。側邊風是在各粉管噴口周圈補入二次風，有助于減少一次風粉氣流的偏轉貼墻，擴大燃燒器對煤種的適應范圍，在燃用煙煤時可以起到推遲著火、拖住煤粉、遏制煤粉顆粒離析，以及迅速補充燃燒所需氧氣的作用，營造出爐膛內局部氧化性氛圍，使灰渣熔融的溫度升高，同時，對應于爐墻溫度降低后，結焦性能降低。

（3）優化二次風配風。受環保指標的影響，鍋爐的上層低氮燃燒層風門開度一般較大，但中間部位磨煤機負荷往往最高，這就造成鍋爐中間部位缺風運行，使其可能形成還原性氛圍，造成鍋爐結焦。

我們在機組負荷30萬工況下進行了配風調整實驗，同時調取了300MW負荷工況下的配風方式進行實驗，并對該工況下的爐膛溫度進行測量，隨后觀察到：將AB1、AB2、BC1、BC2層風門開大之后，AB層爐墻溫度有明顯降低趨勢；隨著鍋爐爐墻溫度的降低，降低了鍋爐結焦發生條件中溫度條件的影響，使爐墻溫度降低到煤灰的灰熔點之下，有效減少了鍋爐結焦的發生。

4 結束語

經過優化調整之后，鍋爐掉焦造成的異常情況明顯得到好轉，鍋爐燃燒穩定性增強，提升了鍋爐的安全運行水平，減少了鍋爐掉焦的次數，環境保護工作得到改善。

參考文獻：

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[2]朱光明，王新等.300MW機組四角切圓鍋爐結焦分析[J].華電技術，201133（07）：48-51.