八角切圓塔式鍋爐燃燒優化調整試驗研究

宋 浩，關風一，束繼偉，張振杰，冷 杰

(1.國家電投集團東北電力有限公司，沈陽 110181; 2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，沈陽 110006;3.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

某發電廠2號鍋爐為德國某公司生產的亞臨界、一次上升、中間再熱直流鍋爐，與600 MW汽輪機組相配套。該鍋爐于2013年完成了優化改造，主要包括低氮燃燒器改造、空氣分級燃燒改造、水冷壁延長改造以及煙氣脫硝改造等項目。自從2014年3月15日2號機組正式啟動后，鍋爐結焦狀況日趨嚴重，熔融狀態“爐渣”不斷下落，在爐排中間的渣井覆蓋角(俗稱大鼻子)上堆積，逐漸形成大面積的焦床。7月9日由于渣井覆蓋角上方結焦嚴重，嚴重危及設備和人身安全，2號機組被迫停運進行除焦工作。2號機組于7月15日除焦完畢后重新并網發電，7月16日機組帶550 MW負荷后，渣井覆蓋角上方開始堆焦，并有大量熔融狀態“爐渣”流下，考慮到設備及人身安全，2號機組負荷降到400 MW運行。渣井覆蓋角上結焦問題，已經嚴重影響到2號機組的發電任務及安全運行。

在現有設備狀態下，為了解決渣井覆蓋角上結焦問題，同時提升2號機組帶負荷能力，現以2號鍋爐為研究對象，進行燃燒優化調整試驗研究。

1 設備性能與改造概述

該發電廠2號機組是中國由德國引進的第一臺600 MW火力發電機組，2號機組鍋爐為亞臨界、一次上升、中間再熱直流鍋爐，采用室內塔式布置，四級過熱器、二級再熱器、二級省煤器懸掛在爐膛上方。

鍋爐主要設計參數見表1，表2為設計燃料特性。設計燃料為褐煤，采用風扇磨負壓直吹式制粉系統，平衡通風。空氣預熱器為風罩回轉型二分倉空氣預熱器，空氣預熱器直徑為14.0 m，型號為Vu14.0-/0.45+1.2+0.45WT。單臺鍋爐共計配置8臺S70.45型風扇磨煤機，均勻布置在鍋爐四周，靠近鍋爐每側墻布置有2臺風扇磨煤機。24組直流燃燒器呈3層8角布置，現每臺磨煤機帶一個角的3組5個一次風噴嘴(最上層第6層一次風噴嘴已封堵)，采用八角切向燃燒方式，磨煤機進口由熱風、冷爐煙和熱爐煙的混合介質來干燥煤粉，鍋爐帶B-MCR負荷時7運1備。爐膛冷灰斗底部出渣設備采用液壓推進式爐排，濕式機械式刮板撈渣機。除灰設備經改造后采用4臺四電場電氣除塵器。

表1 鍋爐主要設計參數Table 1 Main design parameters of boiler

表2 設計燃料特性Table 2 The characteristics of design fuel

2013年鍋爐進行了改造，采用八角布置、五層噴口，對燃燒器重新設計尺寸；增加一組SOFA(燃盡風)噴口；除渣裝置整體下移2 m，并對空氣預熱器及水冷壁進行了改造等。改造前后主要結構參數變化見表3，改造后噴口型式如圖1所示。

表3 改造前后主要參數變化Table 3 Changes of main parameters before and after ttransformation

圖1 改造后強化著火型煤粉噴嘴Fig.1 Enhanced ignition pulverized coal nozzle after modification

2 燃燒優化調整

2.1 煤粉細度調整試驗

通常情況下，煤粉細度過小，極易造成煤粉著火提前，造成火焰中心偏低，噴口結焦或燒損；相反，煤粉細度過大，會推遲煤粉著火，拉長煤粉燃盡的時間，造成灰渣可燃物含量升高[1-3]。試驗目的是了解當前磨煤機出口分離器擋板調整改變煤粉細度后，對渣井覆蓋角處結焦的緩解程度。

分離器上、下擋板開度保持30°和70°時，運行磨煤機的煤粉細度R90平均為58%。就同一臺磨煤機5根粉管內煤粉分配比例來看，1號、3號、4號和7號磨煤機的中下層噴口對應粉管內煤粉量普遍較少，粉量所占比例僅為7%～14%；而5號和8號磨煤機的下下層噴口對應粉管內煤粉量較少，粉量所占比例僅為10%。在此基礎上為適當降低煤粉細度，將投運磨煤機出口分離器上、下擋板開度關至40°和80°，調整分離器擋板時2號機組帶420 MW負荷運行，2號和6號制粉系統停運。

將分離器上、下擋板開度調至40°和80°時，運行磨煤機的煤粉細度R90平均為55%。可見，分離器上、下擋板開度由30°/70°關至40°/80°后，煤粉細度R90變化不大，僅下降了3%。另外，就同一臺磨煤機5根粉管內煤粉分配比例來看，變化不大。

2.2 一次風速試驗

一次風速偏差容易造成爐膛內熱負荷分布不均，嚴重時出現結焦等問題[4-7]。試驗目的是當分離器上、下擋板開度為40°和80°時，實測燃燒器噴口的一次風速大小，為下一步調整提供參考依據。

分離器上下擋板開度調至40°和80°、采用5層噴口運行時，一次風噴口風速基本在20～21.8 m/s，平均噴口風速為20.9 m/s，高出此次改造后設計噴口風速近4 m/s。另外，就同層一次風噴口風速偏差來看，8號磨的上層噴口風速偏差較大，偏差率為8%；7號磨、8號磨中上層噴口風速偏差率分別為15.3%、10.3%。而中下層和下上層噴口風速偏差率基本5%以內，屬于合理范圍[8-10]。

2.3 關閉下下層一次風噴口試驗

關閉下下層噴口情況下，對機組運行參數以及現象進行觀察，發現機組運行狀態良好，渣井覆蓋角結焦現象明顯緩解。

單從渣井覆蓋角附近實測火焰溫度來看，400 MW 時實測火焰溫度平均值1 190 ℃，500 MW和550 MW時火焰溫度基本在960 ℃附近，下降了近230 ℃。關閉下下噴口后，火焰亮度也從原來的明亮刺眼變成暗黃色，渣井覆蓋角上熔融狀灰渣也消失。

下下層噴口關閉后，采用4層噴口運行時，一次風噴口風速基本在23～27 m/s，平均噴口風速為25 m/s，比采用5噴口運行時噴口風速高了4 m/s，比此次改造后設計噴口風速高了8 m/s，灰渣可燃物含量平均為0.59%和1.92%，較調整前大幅度下降，鍋爐經濟性明顯升高。

2.4 關閉其他層噴口試驗

關閉下下噴口：最高帶550 MW連續運行，過熱器、再熱器減溫水量分別為195 t/h、55 t/h，排煙溫度高時為167 ℃，而渣井覆蓋角附近溫度950 ℃，未見熔融狀灰渣，明顯變暗。

關閉中上噴口：400 MW附近，渣井覆蓋角附近溫度在1 210～1 220 ℃，熔融狀灰渣明顯，刺眼，發亮，短時間即恢復關下下噴口。

關閉中下噴口：400 MW附近，渣井覆蓋角附近溫度在1 210～1 230 ℃，熔融狀灰渣明顯，刺眼，發亮，短時間即恢復關下下噴口。

關閉下上噴口：500 MW連續運行9 h，渣井覆蓋角附近溫度1 130 ℃，熔融狀灰渣出現，火焰亮度大。比關閉中層噴口好轉，但不如關下下噴口。

若僅是噴口風速低造成的渣井覆蓋角結焦，理論上關閉上述4層噴口其中一個，鍋爐嚴重結焦都會有明顯的緩解；但當前試驗結果是關閉下下噴口效果最好，下上層噴口次之，中上和中下層噴口關閉運行時效果最差。分析其原因有幾方面：

a.中層噴口和下上噴口風量擋板無電動執行機構導致關閉不嚴。

b.風量擋板結構原因有較大縫隙。

c.渣井覆蓋角上焦塊始終未能根除，提供未燃盡渣塊的著火源。

2.5 驗證性試驗

由于之前調整試驗期間渣井覆蓋角上焦塊一直未能根除，占據著爐膛空間，對鍋爐運行及關一次風噴口試驗帶來一定的影響，故電廠利用停爐期間對渣井覆蓋角處的焦塊進行了清除，重新啟爐之后進行了關閉下下一次風噴口的情況下帶600 MW負荷試驗。

機組沒有出現超溫、超壓、結焦等影響機組安全運行的因素，機組能夠在關閉下下層一次風噴口的情況下長時間滿負荷運行。

3 結 語

1)改造后造成渣井覆蓋角處結焦的可能原因是一次風噴口及送粉管道結構尺寸發生變化，導致風扇磨煤機各層煤粉分配發生改變和各層二次風噴口面積發生較大改變，引起了一、二次風比例失調。

2)通過關閉下下層一次風噴口，可有效解決渣井覆蓋角處結焦的問題，并在多個工況下得到驗證。

3)清除爐底焦塊之后，在關閉下下層噴口之后，機組可以在600 MW負荷連續運行。沒有發生結焦以及其他危害機組安全的現象，由于關閉噴口造成其他只噴口的出力增加，不建議長時間滿負荷運行。