防止“W”型鍋爐結(jié)焦措施

劉永君

(中煤華晉集團(tuán)晉城熱電有限公司 山西 晉城 048000)

引言

某公司一期工程建設(shè)2×300MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組采用B&WB-1065/17.5-M型鍋爐，由北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)。由于“W”型鍋爐設(shè)計(jì)煤種為無(wú)煙煤，各公司為提質(zhì)增效，降低運(yùn)行成本，一般進(jìn)行低熱值煤和高硫煤等燃煤摻燒，導(dǎo)致實(shí)際燃燒煤種與設(shè)計(jì)煤種偏差大，加上來(lái)煤種類繁多，極易導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。機(jī)組于2015年進(jìn)行了低氮燃燒器改造，改造后存在鍋爐結(jié)焦、飛灰含碳量偏高的問(wèn)題。維持鍋爐受熱面清潔、防止鍋爐結(jié)焦是鍋爐運(yùn)行調(diào)整的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文運(yùn)用燃煤結(jié)渣機(jī)理的有關(guān)理論結(jié)合本廠鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)如何防止鍋爐受熱面結(jié)焦的技術(shù)措施做一些探討。

一、鍋爐形成結(jié)焦基本原理

(一)燃煤的煤灰特性分析

本鍋爐設(shè)計(jì)煤種及校核煤種均為山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的成莊煤礦、澤州縣的晉普山煤礦、岳南煤礦、合資的王坡煤礦、蘭花大陽(yáng)煤礦的無(wú)煙煤。

灰熔點(diǎn)如下：變形溫度(DT)1370℃，軟化溫度(ST)1420℃，熔融溫度(FT)1500℃。

(二)鍋爐結(jié)焦的機(jī)理

1.煤粉在爐膛燃燒過(guò)程中產(chǎn)生顆粒不同的飛灰;

2.高溫區(qū)域熔融態(tài)的飛灰向水冷壁面的輸運(yùn)過(guò)程;

3.飛灰附著在受熱面上冷卻形成結(jié)焦以及焦子的長(zhǎng)大過(guò)程。

其中，灰顆粒向水冷壁面輸運(yùn)是結(jié)焦的重要環(huán)節(jié)。灰顆粒的輸運(yùn)機(jī)理主要有三類:第一類為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散;第二類為熱遷移;第三類為慣性遷移。對(duì)于尺寸小于1μm顆粒和氣相灰分,擴(kuò)散是重要的輸運(yùn)機(jī)理;對(duì)于小于10μm的顆粒飛灰粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)熱遷移運(yùn)動(dòng)是重要的輸運(yùn)機(jī)理。研究表明熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一;對(duì)于大于10μm的灰粒，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運(yùn)的重要因素。當(dāng)含灰氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，具有較大慣性動(dòng)量的灰粒離開(kāi)氣流而撞擊到水冷壁面。灰粒撞擊水冷壁面的概率取決于灰粒的慣性動(dòng)量、灰粒所受阻力、灰粒在氣流中的位置以及氣流速度。在典型的煤粉鍋爐中，氣流速為10m/s～25m/s時(shí)，直徑為5μm～10μm灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。

根據(jù)結(jié)焦、積灰的原理，要控制鍋爐的結(jié)渣，就要避免煤灰粒子向水冷壁慣性撞擊:電站鍋爐爐內(nèi)中心溫度約為1500℃～1700℃，煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200℃～300℃，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于灰顆粒運(yùn)動(dòng)速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒很容易粘附，使焦子迅速積聚長(zhǎng)大。因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時(shí)的狀態(tài)對(duì)焦子的積聚、長(zhǎng)大具有重要影響。

二、結(jié)焦原因分析

1.設(shè)計(jì)煤種和實(shí)際燃燒的煤種偏差大是鍋爐結(jié)焦的原因之一。灰的熔融特性是判斷煤粉在爐膛燃燒過(guò)程中是否發(fā)生結(jié)焦的依據(jù)。煤種不同，煤的熔性溫度不同，煤的粘度也不同。如灰熔點(diǎn)溫度低于設(shè)計(jì)值，粘度大于設(shè)計(jì)值，當(dāng)負(fù)荷升高爐膛溫度隨即升高，灰粒很容易達(dá)到軟化狀態(tài)而引發(fā)受熱面結(jié)焦。

2.爐內(nèi)局部出現(xiàn)還原性氣體ch4、co、h2等氣體，同時(shí)局部煙氣的氧含量較低時(shí)，使灰的熔點(diǎn)溫度降低時(shí)，結(jié)焦的概率增加。

3.爐膛燃燒區(qū)域熱負(fù)荷不平均，燃料量在某個(gè)區(qū)域偏高，局部溫度高，未完全燃燒的煤粉顆粒粘結(jié)在水冷壁的衛(wèi)燃帶上面，積聚造成結(jié)焦。

4.爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)氣流組織不合理，兩側(cè)風(fēng)量不一致或煙風(fēng)道阻力不一致，導(dǎo)致造成火焰偏斜，造成兩側(cè)墻結(jié)焦。

5.過(guò)量空氣系數(shù)偏小。當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域氧量偏小且煤粉與煙氣混合不均勻時(shí)，可能產(chǎn)生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化，灰分中的fe2o3被還原成feo，feo與sio2等形成共晶體，其熔點(diǎn)溫度就會(huì)降低，有時(shí)會(huì)使熔點(diǎn)下降150～200℃，造成結(jié)焦幾率增加。

6.煤粉細(xì)度變粗，因煤粉顆粒較粗，燃燒時(shí)間增長(zhǎng)，沒(méi)有完全燃燒的煤粉顆粒在受熱面上繼續(xù)燃燒，造成結(jié)焦。

7.干排渣設(shè)備故障，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行排渣，處理缺陷期間導(dǎo)致液壓關(guān)斷門上部積渣高度超過(guò)冷灰斗，爐渣和爐灰在爐內(nèi)高溫作用下融化，變?yōu)榱鹘苟掣皆谑軣崦妫瑢?dǎo)致結(jié)焦。

三、防止鍋爐結(jié)焦措施

1.降低一次風(fēng)風(fēng)速，防止一次風(fēng)氣流沖擊對(duì)側(cè)水冷壁，未完全燃燒的煤粉積聚在衛(wèi)燃帶上結(jié)焦。調(diào)整一次風(fēng)箱壓力，保持一次風(fēng)速在23—27m/s左右。摻燒劣質(zhì)煤時(shí)灰分大，在原有基礎(chǔ)上提高一次風(fēng)壓0.2—0.3kpa。

2.保持一次風(fēng)粉均勻性，根據(jù)粉管前后墻布置方式，定期對(duì)各分管進(jìn)行測(cè)速，調(diào)整風(fēng)粉流速，保證爐膛熱負(fù)荷均勻。

3.根據(jù)不同工況，進(jìn)行燃燒調(diào)整，控制爐膛出口氧量不低于3%，避免在爐壁附近形成還原性氣氛，導(dǎo)致灰熔點(diǎn)溫度降低而結(jié)焦。根據(jù)近年來(lái)燃燒調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，乏氣風(fēng)門開(kāi)度保持開(kāi)度60%情況下，負(fù)荷與風(fēng)門擋板關(guān)系以下表作為參考：

蒸汽量t二次風(fēng)%分級(jí)風(fēng)%燃盡風(fēng)%氧量%備注≥80085—10085—10020—303.5672—80080—10080—10020—254—3.5576—67280—10080—10010—204.5—4480—57680—10075—805—106—4.5

4.調(diào)整煤粉細(xì)度。運(yùn)行中調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度的方法主要是調(diào)整磨煤機(jī)加球量和調(diào)節(jié)粗粉分離器折向擋板。控制磨煤機(jī)電流在125A—130A，煤粉細(xì)度r90=8%左右，分離器折向擋板開(kāi)度保持30%的位置。

5.加強(qiáng)燃煤管理，煤場(chǎng)存煤要按不同煤質(zhì)進(jìn)行分堆存放，根據(jù)實(shí)際煤質(zhì)情況進(jìn)行摻配。對(duì)灰熔點(diǎn)低易結(jié)焦煤種，燃灰專業(yè)提前告知運(yùn)行人員，以便于運(yùn)行人員做出相應(yīng)燃燒調(diào)整。

6.運(yùn)行人員按規(guī)定進(jìn)行鍋爐吹灰，保證受熱面清潔。加強(qiáng)對(duì)吹灰壓力、疏水溫度監(jiān)視，保證吹灰質(zhì)量和效果。

7.機(jī)組正常運(yùn)行中，運(yùn)行人員加強(qiáng)巡視檢查，確保0米液壓關(guān)斷門上部無(wú)積渣，8米、12.6米人孔門觀察孔透光正常，冷灰斗無(wú)積渣。每四小時(shí)檢查一次12.6米、18.2米、22.2米觀火孔無(wú)流焦，結(jié)焦無(wú)擴(kuò)大趨勢(shì)，每班至少檢查一次31.6米以上觀火孔，主要檢查折焰角和屏過(guò)處無(wú)掛焦。

8.熱工保證液壓關(guān)斷門上部積焦情況的工業(yè)電視攝像頭良好使用，輔控人員應(yīng)每1小時(shí)至少翻看工業(yè)攝像頭畫(huà)面1次。

9.維護(hù)單位要保證干排渣系統(tǒng)良好運(yùn)行狀態(tài)，有缺陷及時(shí)處理，對(duì)涉及到幾個(gè)專業(yè)的缺陷，當(dāng)班值長(zhǎng)應(yīng)通知維護(hù)單位主管負(fù)責(zé)人，維護(hù)單位主管負(fù)責(zé)人應(yīng)積極協(xié)調(diào)，加派精干力量，盡快處理。

10.干排渣系統(tǒng)每班至少檢查兩次，除按巡檢儀規(guī)定項(xiàng)目外，重點(diǎn)檢查液壓關(guān)斷門上部無(wú)積渣，設(shè)備運(yùn)行正常，并保持渣倉(cāng)料位不大于7米，防止渣倉(cāng)料位滿倉(cāng)導(dǎo)致干排渣系統(tǒng)跳閘，拉渣人員按規(guī)定進(jìn)行拉渣，保證渣倉(cāng)料位不高于4米。

11.燃灰專業(yè)每天早會(huì)匯報(bào)#1、#2爐拉灰、拉渣量，并根據(jù)耗煤量和煤質(zhì)工業(yè)分析分析灰渣量是否正常。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍋爐結(jié)焦過(guò)程的分析以及電廠鍋爐運(yùn)行實(shí)際狀況的總結(jié)，防止鍋爐結(jié)焦主要在于：

1.根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種，保證爐膛合理的熱負(fù)荷。

2.運(yùn)行中合理組織燃燒，加強(qiáng)風(fēng)煤配比。

3.加強(qiáng)巡視檢查，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦嚴(yán)重及時(shí)匯報(bào)，改變配煤方式。