330 MW鍋爐嚴重結渣原因分析與改造

陳 偉

(廣東粵電博賀煤電有限公司， 廣東茂名 525000)

鍋爐結渣給電廠安全運行帶來很大的安全隱患，對于造成結渣的各種原因，國內研究者開展了大量的基于鍋爐受熱面結渣的研究，提出了很多完善措施，包括現場運行優化措施、鍋爐結構設計改進等。閆順林等[1]進行了鍋爐衛燃帶改造對鍋爐影響的數值模擬研究；楊帆等[2]進行了W形火焰鍋爐衛燃帶改造與結渣分析研究，提出了防止鍋爐結渣的技術措施；鄧念念等[3]進行了旋流對沖鍋爐結渣過程數值模擬研究；譚厚章等[4]針對高堿煤燃燒過程中屏式過熱器結渣問題進行了機理研究。在灰熔點預測方面，潘文靜[5]基于支持向量機方法進行了灰熔點預測研究；黨林貴等[6]進行了某前后墻對沖旋流燃燒鍋爐爐膛結渣試驗研究和改造實踐。研究者通過冷態試驗結果表明燃燒器出口氣流發散直接導致燃燒器附近區域結渣。李德波等[7]進行了1 045 MW超超臨界貧煤鍋爐燃用高揮發分煙煤燃燒調整研究，并采用數值模擬方法，對鍋爐爐內傳熱和燃燒過程進行了研究[8-9]，獲得了傳統試驗手段無法獲取的信息，給調整現場燃燒及防止鍋爐結渣等提供了重要的理論基礎。

某電廠1、2號機組鍋爐從開始燒印尼煤后發生結渣，經現場檢查，發現在屏式過熱器、前后墻水冷壁均發生結渣。筆者針對該結渣問題進行了分析，提出了相應的措施。

1 鍋爐設備

該電廠2臺330 MW燃煤發電機組， 鍋爐為亞臨界參數、自然循環、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、采用露天布置、全鋼構架的П形汽包爐，三分倉回轉式空氣預熱器，其型號為SG1100-17.5/540M。

主蒸汽和再熱蒸汽的壓力、溫度、流量等要求與汽輪機的參數相匹配，主蒸汽溫度為541 ℃，最大連續蒸發量(BMCR)為1 100 t/h，與汽輪機的調節閥全開(VWO)工況相匹配。鍋爐容量和主要參數見表1(TRL為汽輪機最大連續工況)。

表1 鍋爐主要參數

鍋爐設計煤種為晉北煙煤，校核煤種為內蒙古準格爾煙煤，表2為煤種分析。

表2 煤種分析

2 鍋爐結渣

鍋爐開始燒易結焦的印尼煤后就發生結渣，經現場檢查，在屏式過熱器部位看火孔、37 m燃盡風上部看火孔、燃燒器上部看火孔、1層和2層燃燒器之間的看火孔分別觀察，發現在屏式過熱器、前后墻水冷壁均發生結渣且分布均勻。鍋爐因結渣導致蒸汽溫度偏高，減溫水已全開，因超溫限制升負荷。鍋爐O2體積分數在4%左右，因蒸汽溫度超溫無法進一步提高O2體積分數。曾在160～200 MW負荷時促使渣塊脫落，但因受到調度負荷限制及蒸汽溫度超溫限制，無法進一步提高變負荷幅度。1號、2號機組在燃燒器下部加入液態結焦劑后有細碎的渣脫落，但未達到預想效果，鍋爐結渣仍然很嚴重。

3 原因分析

為了深入分析電廠燃用的煤種的結渣特性，對燃用的煤種(見表3)進行了計算，結果見表4，煤種1、2、3、4、5分別為森科煤、科瑞娜煤、莫尼卡煤、埃諾克煤、印尼煤。硅比越大表示煤灰結渣的可能性就越小。硅鋁比中SiO2和Al2O3是煤中主要酸性氧化物，w(Al2O3)的提高總是使灰熔點上升，而SiO2的影響則具有雙重性，一方面SiO2較容易與堿性成分形成低熔點化合物，降低煤灰熔點，另一方面w(SiO2)高會使灰熔點上升[10]。

表3 煤種分析

表4 結渣特性計算結果

表5為結渣特性程度判斷指標。

表5 結渣特性程度判斷指標

從表4、表5可以得出：硅比越大，煤灰結渣的可能性就越小；煤種1、2、3、4都屬于易嚴重結渣的煤種，煤種5屬于較易嚴重結渣的煤種；SiO2和Al2O3是煤中的主要酸性氧化物，堿酸比過高或者過低都會使得灰熔點提高。

不應燃用易嚴重結渣的煤；煤種3、4的綜合結渣判斷指數接近臨界值，在燃用時，要與抗結渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結渣的風險；煤種5的綜合結渣判斷指數為2.08，屬于較易嚴重結渣的煤，應該與結渣特性好的煤混燒。

4 改造措施

4.1 混煤摻燒

4.1.1 研究內容

為避免燃煤引起鍋爐嚴重結渣，進行了兩種煤樣進行配比摻燒試驗研究。通過分析各摻燒煤樣燃煤結渣特性，從而確定科學的摻燒配比方案，降低鍋爐結渣的風險。混煤摻燒結渣特性分析內容包括混煤的制備、混煤煤灰成分分析、混煤灰熔融性分析、結渣判斷指標分析。

4.1.2 結果分析

對大友煤和印尼煤按照GB 474—2008 《煤樣制備方法》制備煤樣后，按照表6中的配比摻配成7種不同配比的混煤并混合均勻，其中1∶0和0∶1配比分別為純大友煤和純印尼煤。采用德國布魯克X熒光光譜分析(XRF)儀分析得出表7中的7種不同配比混煤煤灰成分(見表6)。按照GB/T 219—2008 《煤灰熔融性的測定方法》采用開元智能灰熔點測試儀測定7種混煤的灰熔融性(見表7)。

表6 不同配比混煤煤灰成分分析 %

表7 不同配比混煤煤灰熔融性分析結果 ℃

從表7可以看出：大友煤灰熔融點很高，變形溫度大于1 500 ℃，屬于難熔融灰；印尼煤則相反，1 218 ℃開始變形，1 228 ℃則已經處于流動狀態，屬于極易熔融灰。將兩者按照不同比例摻燒后，灰熔融性有明顯變化。以大友煤和印尼煤質量摻混比例1∶1為分界線，比例大于1∶1，混煤灰熔融點高，灰變形溫度均大于1 500 ℃，隨著摻混比例的降低，煤灰變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動溫度均顯著下降。

采用目前煤粉燃燒領域常用的結渣判斷指標，分析大友煤和印尼煤及不同配比混煤的結渣特性，結渣特性程度判斷指標見表8。

表8 結渣特性計算結果

從表8可以看出：印尼煤屬于易嚴重結渣的煤，綜合結渣判斷指數達到了3.81，高于臨界值(2.5)，此外該煤種的酸堿比、硅比等指標也屬于易嚴重結渣煤種；大友煤屬于難結渣煤種。從混煤配比摻燒后煤灰的計算結果看：兩種煤混煤摻燒效果較好，隨著大友煤摻燒比例增大，混煤結渣程度也從嚴重逐漸改善至輕微。為保證不出現較重的結渣情況，大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結渣的風險。

4.2 優化調整

為了防止鍋爐結渣，在運行中采用如下調整措施：

(1) 更換抗結渣特性好的煤種，要注意的是要提前將煤的灰分分析數據進行結渣特性的計算，不能簡單根據灰熔點、軟化溫度等單一參數來判斷是否結渣。

(2) 增加一次風風量，提高一次風射流的剛性，從而將煤粉著火點遠離燃燒器噴口，降低燃燒器噴口結渣的可能性。減少切圓半徑，將火焰中心盡量保持在爐膛中心位置區域，防止切圓半徑過大，火焰沖刷水冷壁造成進一步結渣。

(3) 適當增加爐內送風量，提高燃燒器區域的過量空氣系數，防止出現還原性氣氛。

(4) 適當提高煤粉的細度。由于印尼煤揮發分含量很高，煤粉著火比較容易，同時爐膛溫度水平較高，可以將煤粉細度提高，將煤粉著火點推遲，降低爐膛的溫度水平。

(5) 通過增減負荷除掉水冷壁的結渣，但是要注意增減負荷速度；必要時利用停爐檢修的機會進行清渣處理。

(6) 將磨煤機投入位置適當拉開，防止火焰過于集中，造成結渣程度增強。

(7) 密切監視水冷壁壁溫、屏式過熱器壁溫。

4.3 渣塊處理

摻燒高熔點的煤，如果無法找到高熔點煤可以考慮均勻添加高嶺土。在1號機組摻燒了質量分數為60%的高欄港煤，燃燒后含灰量接近設計煤種，同時進行了深度變負荷擾動試驗，2號機組摻燒質量分數為30%的高欄港煤，并在2臺機組上都摻燒了少量高嶺土。發現2號機組在摻燒后渣量大幅增加，1號機組在大幅變負荷后落下大量渣塊，說明通過深度變負荷可以促進渣塊脫落。

5 結語

筆者系統分析了鍋爐結渣的原因，并提出了現場配煤摻燒、燃燒優化調整等措施，得出如下結論：

(1) 不要燃用易嚴重結渣的煤種，如煤種1、2；煤種3、4的綜合結渣判斷指數接近臨界值，在燃用時，與抗結渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結渣的風險。

(2) 大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結渣的風險。

(3) 運行中應采取更換抗結渣特性好的煤種、增加一次風量、提高煤粉細度、磨煤機投入位置適當拉開、運行中監視壁溫等措施。

(4) 實踐表明添加高嶺土在緩解結渣方面具有較好的效果。