無煙煤鍋爐衛燃帶敷設淺析

王啟延，婁倫武，秦祖斌，周 輝

(貴州赤天化桐梓化工有限責任公司 貴州桐梓 563200)

貴州赤天化桐梓化工有限責任公司(以下簡稱桐梓化工公司)以桐梓當地的高硫無煙煤為原料，采用GE水煤漿加壓氣化技術制取生產液氨和甲醇的原料氣，其中液氨通過深加工生產尿素。桐梓化工公司的動力系統配置3臺由華西能源股份有限公司制造的DGJ-220/9.8-Ⅱ6型煤粉鍋爐，該鍋爐為高溫高壓、單爐膛，自然循環，固態風冷干式排渣，全鋼架懸吊結構汽包爐，設計單爐蒸汽產量220 t/h。原設計鍋爐爐膛無衛燃帶，采用桐梓當地無煙煤為燃料。受煤炭市場的影響，鍋爐實際燃用煤種與設計煤種有偏差。又因鍋爐摻燒GE水煤漿加壓氣化裝置排放的灰渣(以下簡稱氣化細渣)，導致燃燒極不穩定，鍋爐頻繁滅火，嚴重影響了后續化工系統的穩定運行。通過反復分析后，在每角燃燒器向火側和背火側敷設衛燃帶，取得了良好效果。

1 設備簡介

爐膛和水冷壁系統采用7 584 mm×7 584 mm正方形爐膛，四周為Φ60 mm×5 mm光管加焊20 mm扁鋼形成氣密性膜式水冷壁。制粉系統為中間儲倉式，熱風送粉。每爐配2臺鋼球磨煤機，磨煤機型號為DTM320/470。燃燒器采用四角切向布置，百葉窗式水平濃淡直流燃燒器，假想切圓為Φ561 mm逆時針切圓。燃燒器噴口布置形式從下至上為2(油)-1-1-2-2-3-OFA(OFA噴口反切12°)，兩層一次風及三次風噴口設置有側邊風。

2 實際運行情況分析

2.1 煤質情況

鍋爐設計煤種為桐梓當地無煙煤，受煤炭市場影響，鍋爐實際燃用煤種與設計煤種存在偏差。近幾年鍋爐實際燃用煤種與設計煤種部分數據比較見表1。

表1 鍋爐實際燃用煤種與設計煤種部分數據比較

2.2 運行分析

因鍋爐燃用無煙煤，鍋爐制造企業在爐型及燃燒器選型時已進行了燃燒穩定性、燃煤適應性等方面的優化設計，如采用更利于煤粉火炬穩定燃燒的濃淡直流燃燒器、適合低揮發分無煙煤和貧煤的分級配風方式等穩燃措施[1]。但實際燃用煤質基本情況如表1所示，且在摻燒氣化細渣比例改變的情況下，部分煤質指標遠低于設計煤種，如揮發分質量分數、發熱量偏低，灰分質量分數偏高，不易著火燃燒。桐梓化工公司采用鏟車配煤，均勻性較差，分層的可能性較大。鍋爐燃用了未混合均勻的燃煤，特別是燃用幾種摻配的燃煤，即氣化細渣、超低硫煤等較差燃煤時，擾動大，易引起滅火。氣化細渣、超低硫煤部分煤質數據見表2。

表2 氣化細渣、超低硫煤部分煤質數據

2013年以來，3臺鍋爐因燃燒不穩發生滅火事故就達29次，最多的一天中滅火達8次。根據滅火數據統計分析，鍋爐滅火時的負荷并不低(見表3)，遠高于鍋爐不投油穩燃負荷。據鍋爐近幾年運行情況來看，因燃燒不穩發生滅火主要集中在2013年煤質變化以后。究其原因主要有兩點：一是采購鍋爐燃用煤種時未對揮發分進行限定，干燥無灰基揮發分最低時質量分數只有6%，遠低于設計煤種的要求；二是摻配氣化細渣或超低硫煤后，煤質指標下降，同時存在摻配不均勻的現象。

表3 鍋爐滅火時的負荷統計 %

3 衛燃帶技術

提高鍋爐燃燒穩定性的措施很多，如鈍體燃燒器穩燃技術、敷設衛燃帶、濃淡分離器燃燒穩燃技術、調整一次風和二次風的配比方式、調整鍋爐煤質的合理性等，其中敷設衛燃帶是重要的措施之一[2]。

鍋爐燃用無煙煤或其他揮發分含量低的貧煤，在鍋爐點火或低負荷運行時，爐膛溫度低，燃燒不穩定，容易造成爐膛滅火。為提高鍋爐燃燒穩定性，在燃燒器標高附近的四周水冷壁敷設一層耐火材料(耐火混凝土或耐火塑料)，使燃燒器附近的水冷壁處于絕熱狀態。由于燃燒器附近水冷壁的吸熱量大大減少，燃燒器附近的爐膛溫度顯著升高，使得鍋爐在點火、燃用劣質煤或低負荷運行時，火焰比較穩定，避免了爐膛滅火，同時可降低鍋爐灰渣殘碳含量。這一層耐火材料就是鍋爐的衛燃帶。鍋爐敷設衛燃帶后帶來的最大問題就是出現結焦，需要通過試驗找出最合理的衛燃帶布置方式來解決該問題。桐梓化工公司結合自身鍋爐運行的特點，首先在3#鍋爐上進行了衛燃帶敷設試驗。

3.1 衛燃帶敷設試驗及最終參數

根據鍋爐熱力特性及實際運行情況，鍋爐衛燃帶敷設的主要技術參數為：向火側和背火側到燃燒器噴口的距離均為爐膛寬度的6.7%；向火側、背火側衛燃帶敷設寬度均為爐膛寬度的17.0%；衛燃帶布置高度為上下各超出整個燃燒器200 mm；衛燃帶總面積為爐膛總輻射受熱面的4.1%。

桐梓化工公司根據現場實際生產運行情況，3#鍋爐水冷壁首先按上述參數進行衛燃帶敷設，敷設后穩燃效果明顯，且灰渣殘碳含量明顯下降。但因為敷設衛燃帶后鍋爐燃燒明顯加強，燃燒器向火側敷設衛燃帶的水冷壁結焦嚴重。為減輕鍋爐敷設衛燃帶后燃燒器向火側結焦的問題，對鍋爐衛燃帶敷設方式進行了調整，即鍋爐向火側衛燃帶敷設面積在原有的基礎上減少37%，同時將向火側減少的衛燃帶面積增加到燃燒器背火側，衛燃帶總的敷設高度和總面積保持不變。衛燃帶敷設技術參數調整后，對桐梓化工公司1#、2#鍋爐進行了試驗，鍋爐向火側結焦情況得到了明顯的改善，穩燃效果及灰渣殘碳含量下降效果與之前衛燃帶敷設技術參數相比變化不大。根據鍋爐試驗情況，桐梓化工公司選用了改進后的鍋爐水冷壁衛燃帶敷設技術參數。

3.2 衛燃帶敷設效果

(1)爐膛各溫度點變化趨勢。敷設衛燃帶后爐膛至低溫省煤器出口前的各煙氣溫度在相同負荷下總體都有所上升，通過高溫測溫儀從各觀火孔處測量3#鍋爐敷設衛燃帶前后溫度變化，敷設衛燃帶后爐膛溫度總體呈升高趨勢(表4)。

表4 3#鍋爐敷設衛燃帶后溫度升高情況

(2)灰渣殘碳質量分數變化情況。如圖1所示，3#鍋爐敷設衛燃帶后，灰渣殘碳質量分數總體呈減小趨勢。

(3)爐膛結焦情況。3#鍋爐敷設衛燃帶后爐內水冷壁及屏式過熱器上并無結焦現象，但各角燃燒器及衛燃帶上有掛焦現象，向火側較多，且都在一次風噴口區域(靠近一次風噴口處較多)。

從3#鍋爐敷設衛燃帶后的運行情況看，未出現因燃燒不穩而滅火的現象。在燃用原來的燃煤和燃用摻燒氣化細渣的燃煤期間，鍋爐燃燒都比較穩定，同時摻燒氣化細渣質量分數從3%增加到10%后，整體燃燒也比較穩定，總體來說燃燒穩定性得到了有效提高。

4 結語

(1)衛燃帶敷設后，鍋爐燃燒穩定性提高，滅火次數明顯減少。

(2)敷設衛燃帶后，氣化細渣摻配質量分數提高至10%，鍋爐仍能夠穩定運行，未出現燃燒不穩定的問題。按氣化細渣摻配質量分數10%計算，每年可節約標準煤9 193 t，每年可新增經濟效益619萬元。

(3)飛灰中可燃物質量分數平均值由敷設衛燃帶前的11.28%下降至敷設衛燃帶后的5.04%，僅此一項可使鍋爐熱效率提高3%以上。

(4)敷設衛燃帶后鍋爐并未出現大面積結焦或較大焦塊砸壞水冷壁的現象，鍋爐結焦在運行中并沒有明顯加強。但因鍋爐燃用煤種發生變化后結焦情況有所增強，對3#鍋爐衛燃帶設計面積及布置位置進行了調整，在1#、2#鍋爐上敷設后有效解決了鍋爐結焦的問題。

(5)傳統衛燃帶布置方式通常是在燃燒器區域水冷壁上敷設一圈衛燃帶[2]，這種布置方式無法避免燃燒器區域，特別是向火側衛燃帶上的嚴重結焦。本次鍋爐衛燃帶的布置方式采用分塊布置，且根據鍋爐實際運行中結焦情況對衛燃帶的布置位置進行了調整，有效地解決了鍋爐敷設衛燃帶后結焦嚴重的問題。