鍋爐結焦原因分析及對策

王云鵬

（新鄉中益發電有限公司，河南 長垣 453400）

公司鍋爐設計煤種為山西長治貧煤，為降低燃煤成本，摻燒了陜西神木的低灰熔點長焰煤，經濟煤種摻燒后鍋爐結焦嚴重，無法正常運行。根據鍋爐結焦原理，結合公司鍋爐設備結構及現場配風方式，分析出鍋爐結焦的主要原因是低灰熔點的長焰煤與高硫煤在同一燃燒器中摻燒所致，此外，運行中配風不合理也是造成鍋爐結焦的另一重要原因。之后進行了摻燒調整，并結合負荷擾動、重點部位加強吹灰等措施，解決了鍋爐結焦的難題。

1 情況簡介

公司2×660MW鍋爐型號為DG2060/26.15-Ⅱ2型超超臨界直流爐，直吹式制粉系統，旋流煤粉燃燒器，對沖方式燃燒。燃燒器前后墻各三層，每層6只。燃燒器上方布置了燃盡風和側燃盡風。

水冷壁區域布置三層吹灰器，位于燃盡風上方。鍋爐設計煤種為山西長治貧煤，干排渣方式。2019年元月，公司摻燒陜西神木的低灰熔點長焰煤，由于灰熔點低，摻燒后鍋爐結焦日趨嚴重，焦量大且焦質硬，無法清除，期間曾動用全公司的力量除焦，但還是無濟于事，其中2#爐于2019年1月12日三個渣井全部堵死，被迫停爐。

鍋爐掉焦主要位于兩側墻水冷壁，前后墻較少。初落的大焦內部尚有粘性，擠壓時塑性變形，焦塊為黑褐色帶少量泡狀空穴的致密釉質渣，質地堅硬，風鎬鉆不動。有時伴有細條狀小焦條，表面光滑，應為液態焦順水冷壁流下過程中冷凝形成。

2 結焦原因分析

2.1 煤質原因

公司鍋爐設計煤種為山西長治貧煤，變形溫度DT和軟化溫度ST均為1500℃，燃燒器區域爐膛溫度設計值較高，330MW時上層燃燒器區爐膛溫度平均1406℃，中層燃燒器區爐膛溫度平均1347℃，下層燃燒器區爐膛溫度平均1307℃，公司摻燒的主力經濟煤種為低灰熔點長焰煤，變形溫度DT為1130℃，軟化溫度ST為1192℃。由煤灰結焦特性ST判據、嚴重結焦三角區判據和Rt判據判別，均為嚴重結焦特性。公司燃用的另一種經濟煤種是高硫煤，通常高硫煤中硫是以黃鐵礦的形式存在，硫份越高煤中鐵元素含量也高，而神木煤中通常鈣元素含量大，鈣和鐵在高溫下易生成鈣鐵榴石、鈣鐵輝石等，使灰熔點進下步降低，且生成的焦塊更加致密。

由上分析可知，鍋爐燃用的長焰煤灰熔點明顯低于燃燒器區域爐膛溫度，在爐膛內長時間以熔融狀態存在，此時，若摻入高硫煤，長焰煤中的鈣又與高硫煤中的鐵之間的發生反應，將進一步使結焦情況惡化。

表1 330MW時燃盡風、C層、F層二次風開度及風量

2.2 配風原因

（1）燃盡風率偏高。鍋爐前后墻各三層燃燒器，低負荷時，通常只用下面四層燃燒器對沖燃燒，上層的C、F層二次風層風一般保留20%～25%的開度，以保護其燃燒器不被燒壞，但實際運行中其開度偏大。其開度及風量見表1。

由表1可以看出，燃盡風量為287.4t/h，C層風量為105t/h，F層風量為154t/h，而330MW時總風量1206t/h，由于此時C、F層風量可近似認為是燃盡風，總的燃盡風為546.4t/h，燃盡風率為45.3%，燃盡風率偏高，這樣主燃燒區的空氣量偏少，還原性增強，而含鐵礦物的灰熔點對還原性氣氛特別敏感，隨著還原性的增強，灰熔點顯著下降，結焦性增強。

（2）氧量偏低。為防止NOX超標，運行人員多維持低氧運行，尤其是在高負荷時，氧量更低。調查鍋爐氧量曲線，600MW以上負荷運行時，鍋爐氧量多在0.5%～1%，氧量明顯不足，容易形成還原性氛，加劇結焦。

3 防止結焦對策

3.1 調整摻配煤方式

將長焰煤與高硫煤由原來的同倉混摻改為分倉摻配，即將長焰煤放在底層原煤倉，將高硫煤與低硫混摻后放在中間層原煤倉，這樣就避免長焰煤和高硫煤在同一個燃燒器中混燃，減輕了二者的交互作用。

3.2 改變吹灰方式

加強吹灰是防止鍋爐結焦直接而有效的手段，公司之前水冷壁吹灰頻率為4天1次，結焦嚴重時1天1次。在吹灰過程中，發現兩側墻最底層吹灰器處掉焦最多，而前后墻水冷壁基本上不怎么掉焦，遂將該區域劃為重點區域，將此處的吹灰頻率改為2天1次，其余水冷壁仍為4天1次，基本能滿足現場除焦要求。

3.3 調整配風方式

（1）控制鍋爐最低氧量。由于鐵含量高的煤其灰熔點對爐膛還原性氣氛非常敏感，還原性氣氛增強時，灰熔點明顯降低，故要求嚴格按表2調整，不得低于2%。

表2 負荷與氧量大致對應關系

（2）減小上層風量。C、F層燃燒器停運后，將其二次風層風開度由40%左右關小至30%以下 ，以降低燃盡風率，增加主燃器區域的風量，減輕主燃燒區還原性氣氛。

（3）增強兩側墻煤粉氣流剛性。由于兩側墻易結焦，將每層兩端靠近側墻的1#和6#燃燒器的外二次風開至最大，增加其外二次風剛性，既能避免引起貼壁火焰，以減輕側墻結焦，又能增強對側墻補風作用，以減輕還原性。

（4）增強側燃盡風氣流剛性。由于燃盡風處結焦最多，將側燃盡風調風器外圈開度調至由400mm關至50mm，幾近全關，以增加內圈直流剛性，增加對側墻的補風及隔離煙氣的作用，充分發揮其對側墻的保護作用。

3.4 增加負荷擾動

負荷變動則給水溫度有爐內熱負荷均跟隨變動，兩者均讓水冷壁熱脹冷縮，有利于使粘在水冷壁上的焦塊脫落。雙機運行時，2臺機組互相變負荷擾動，理論上講負荷越低越明顯，但出于低負荷穩燃考慮，一般不低于280MW，這樣人為促進焦塊掉落，防止大焦塊生成。

4 調整效果

經過以上各種措施的實施，鍋爐掉焦情況明顯改善，掉焦量減少，焦塊易于清除。調整前焦塊為黑褐色帶少量泡狀空穴的致密釉質焦，密度很大，調整后，焦塊質地松軟，干渣機擠壓頭一擠即碎。

5 結語

摻燒經濟煤種能降低燃煤成本，但經濟煤種之所以價格低，必然有它不足之處。設計為貧煤的鍋爐摻燒低灰熔點的長焰煤后容易導致結焦，此時，再摻燒部分高硫煤則更易形成質地堅硬的大焦，但根據經濟煤種的特性，合理摻配煤，合理配風，并輔之以其他防結焦手段，鍋爐結焦還是可控的，能保證經濟煤種的摻配。