趙洪躍，李海濤，陳 曦，高繼錄，張家維，宋大勇

(1．國電達(dá)州發(fā)電有限公司，四川 達(dá)州 635066;2．元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070:3．遼寧省送變電工程公司，遼寧 沈陽 110021;4．遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

煤粉鍋爐結(jié)焦問題不僅影響到鍋爐的安全運(yùn)行，而且會導(dǎo)致受熱面?zhèn)鳠岵痪?，降低鍋爐效率，增加NOx排放［1－3］。大連開發(fā)區(qū)熱電廠5號鍋爐為杭州鍋爐廠制造的NG－220/9.8－M15型自然循環(huán)煤粉鍋爐。由于煤炭市場供應(yīng)緊張，近年來電廠開始大比例摻燒褐煤，并且煤種較雜。5號鍋爐燃燒器噴口及附近區(qū)域水冷壁出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，影響鍋爐的正常運(yùn)行。由于結(jié)焦嚴(yán)重曾被迫停爐打焦，給開發(fā)區(qū)的冬季供熱造成嚴(yán)重影響。因此分析鍋爐結(jié)焦原因，治理鍋爐結(jié)焦問題，對于保障開發(fā)區(qū)冬季供熱具有重要意義。

1 設(shè)備概述

大連開發(fā)區(qū)熱電廠5號鍋爐為杭州鍋爐廠制造的NG－220/9.8－M15型單汽包、自然循環(huán)、鋼制構(gòu)架、倒U型布置煤粉鍋爐。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)如表1所示，設(shè)計燃料特性如表2所示。采用鋼球磨煤機(jī)中間儲倉式制粉系統(tǒng)，送粉方式為熱風(fēng)送粉。制粉系統(tǒng)配備2臺DTM290/410型磨煤機(jī)、2臺給煤機(jī)、2臺排粉風(fēng)機(jī)。

采用直流式煤粉燃燒器，四角切圓燃燒方式，設(shè)計為單切圓，直徑為600 mm。一次風(fēng)燃燒器共8支，分2層布置，每套制粉系統(tǒng)對應(yīng)1層4個角的4支燃燒器。燃燒器采用一、二次風(fēng)相間布置，一次風(fēng)噴口共有2層，1、3號角下一次風(fēng)為等離子點(diǎn)火噴口，2、4號角下一次風(fēng)為雙通道噴口，上一次風(fēng)燃燒器為水平濃淡燃燒器。二次風(fēng)噴口共有4層，最上面布置1層三次風(fēng)噴口。燃燒器布置如圖1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計燃料特性

圖1 燃燒器布置圖

2 結(jié)焦原因分析

2.1 煤質(zhì)特性

試驗期間燃燒煤種為撫順煤摻燒40%海拉爾煤，煤質(zhì)分析結(jié)果如表3所示。弱還原性氣氛下的灰軟化溫度ST是作為煤種結(jié)渣性判別的主要指標(biāo)之一，ST＞1 390℃為輕微結(jié)渣煤;ST在1 260～1 390℃為中等結(jié)渣煤;ST＜1 260℃為嚴(yán)重結(jié)渣煤。由表3可見，煤灰的軟化溫度ST=1 240℃，屬于強(qiáng)結(jié)焦性煤種［4－5］。

表3 試驗期間煤質(zhì)特性

2.2 煤粉偏細(xì)

煤粉細(xì)度測試結(jié)果如表4所示，煤粉細(xì)度R90平均值為24.9%，R200平均值為4.3%。對于當(dāng)前燃燒煤種，煤粉明顯偏細(xì)。當(dāng)其它條件相同時，煤粉越細(xì)，燃燒反應(yīng)的表面積越大，溫升越快，著火越迅速。一般煤粉氣流著火點(diǎn)距噴口約0.5 m處最佳，著火過早將可能導(dǎo)致燃燒器周圍形成嚴(yán)重結(jié)渣，甚至燒損燃燒器［6－8］。

表4 煤粉細(xì)度測試結(jié)果 %

2.3 三次風(fēng)速偏高

三次風(fēng)速測試結(jié)果如表5所示，額定負(fù)荷下?lián)綗置汉?，入爐燃料量增加20%，磨煤機(jī)出力由設(shè)計出力14 t/h增至17.6 t/h。由于磨煤機(jī)超出力運(yùn)行，所以磨煤機(jī)通風(fēng)量增加較多，設(shè)計三次風(fēng)速為48.3 m/s，而實際運(yùn)行時三次風(fēng)速為67.5 m/s，可見三次風(fēng)速偏高。三次風(fēng)剛性太強(qiáng)，容易導(dǎo)致射流沖刷水冷壁，致使水冷壁結(jié)焦;較高的三次風(fēng)速使得三次風(fēng)射流卷吸較多高溫?zé)煔?，?dāng)灰熔點(diǎn)較低時，三次風(fēng)射流過多卷吸高溫?zé)煔鈺?dǎo)致噴口周圍結(jié)焦;三次風(fēng)噴口下傾15°，會導(dǎo)致燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過于集中，該區(qū)域溫度較高，容易結(jié)焦;在鍋爐負(fù)荷和氧量不變時，三次風(fēng)率偏大使得一、二次風(fēng)率偏小，一、二次風(fēng)速偏低，直接導(dǎo)致煤粉氣流著火點(diǎn)提前，燃燒器噴口及附近區(qū)域水冷壁結(jié)焦。

表5 三次風(fēng)速測試結(jié)果

2.4 一次風(fēng)溫偏高

一次風(fēng)溫測試結(jié)果如表6所示，左側(cè)一次風(fēng)溫為211.2℃，右側(cè)一次風(fēng)溫為220.5℃。鍋爐設(shè)計煤種為煙煤，設(shè)計一次風(fēng)溫為155℃，實際運(yùn)行時一次風(fēng)溫在220℃左右。一般燃用無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時，為了使著火和燃燒穩(wěn)定，常用從空預(yù)器過來的熱空氣作為一次風(fēng)來輸送煤粉。目前，燃燒煤種中摻燒一定比例的褐煤，干燥無灰基揮發(fā)分較高，煤粉著火點(diǎn)較低，同時較高的一次風(fēng)溫導(dǎo)致煤粉著火熱進(jìn)一點(diǎn)降低，因此煤粉著火點(diǎn)離噴口較近，一出噴口就開始著火，導(dǎo)致噴口周圍結(jié)焦。

表6 一次風(fēng)溫測試結(jié)果

2.5 燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷較高

試驗期間燃燒器區(qū)域爐膛溫度如表7所示，燃燒器區(qū)域爐膛溫度較高，火焰中心溫度在1 500℃以上，該區(qū)域熱負(fù)荷過于集中，導(dǎo)致爐膛容易結(jié)焦。

表7 燃燒器區(qū)域爐膛溫度 ℃

3 鍋爐結(jié)焦的治理

3.1 煤粉細(xì)度調(diào)整

煤粉細(xì)度調(diào)整結(jié)果如表8所示，調(diào)整后煤粉細(xì)度R90平均值為37.4%，R200平均值為11.3%。對當(dāng)前燃燒煤種，調(diào)整后的煤粉細(xì)度比較合適。

表8 煤粉細(xì)度調(diào)整結(jié)果 %

3.2 三次風(fēng)速調(diào)整

3.2.1 燃燒器改造

為解決三次風(fēng)速偏高的問題，需要對燃燒器進(jìn)行改造，原設(shè)計三次風(fēng)噴口尺寸如圖2所示，噴口面積為0.078 m2。改造后的噴口尺寸如圖3所示，噴口面積為0.117 m2，通過增大噴口面積來降低三次風(fēng)速。三次風(fēng)速降低后能有效避免由于射流剛度太強(qiáng)沖刷水冷壁，致使水冷壁結(jié)焦。同時也能減少三次風(fēng)射流卷吸高溫?zé)煔?，減輕三次風(fēng)噴口周圍結(jié)焦。同時，將三次風(fēng)噴口由下傾15°改為水平方向，能改善由于燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過于集中而導(dǎo)致的結(jié)焦問題。

燃燒器改造前后試驗數(shù)據(jù)對比如表9所示，改造后，三次風(fēng)速由67.5 m/s降至53.5 m/s。過熱器減溫水量由11.3 t/h減小至3.9 t/h，鍋爐結(jié)焦情況明顯改善。

表9 燃燒器改造前后試驗數(shù)據(jù)

3.2.2 排粉機(jī)入口擋板開度調(diào)整

排粉機(jī)入口擋板開度調(diào)整試驗結(jié)果如表10所示，調(diào)整前排粉機(jī)入口擋板全關(guān)，調(diào)整后甲排粉機(jī)入口擋板開度為50%，乙排粉機(jī)開度為65%。調(diào)整后三次風(fēng)速由53.1 m/s降至49.6 m/s，排粉機(jī)電流平均下降1.5 A。

表10 排粉機(jī)入口擋板開度調(diào)整結(jié)果

3.2.3 制粉系統(tǒng)再循環(huán)門開度調(diào)整

制粉系統(tǒng)再循環(huán)風(fēng)門開度調(diào)整試驗結(jié)果如表11所示，調(diào)整前制粉系統(tǒng)再循環(huán)門全關(guān)，調(diào)整后甲制粉系統(tǒng)再循環(huán)門開度為60%，乙制粉系統(tǒng)再循環(huán)門開度為50%。調(diào)整后三次風(fēng)速由49.6 m/s降至44.8 m/s。

表11 制粉系統(tǒng)再循環(huán)門開度調(diào)整試驗結(jié)果

3.3 一次風(fēng)溫調(diào)整

一次風(fēng)溫調(diào)整試驗結(jié)果如表12所示，調(diào)整前兩側(cè)調(diào)溫風(fēng)門全關(guān)，左側(cè)一次風(fēng)溫為198.1℃，右側(cè)一次風(fēng)溫為210.3℃。兩側(cè)調(diào)溫風(fēng)門全開后，左側(cè)一次風(fēng)溫降至177.3℃，右側(cè)一次風(fēng)溫降至178.6℃。一次風(fēng)溫平均降低了26.3℃，排煙溫度升高了0.3℃，過熱器減溫水量增加了0.3 t/h。

表12 一次風(fēng)溫調(diào)整試驗結(jié)果

3.4 氧量調(diào)整

增大爐內(nèi)送風(fēng)量時，爐內(nèi)富氧燃燒，可抑制還原性氣氛，因此有利于防止?fàn)t膛結(jié)焦。當(dāng)一次風(fēng)速和三次風(fēng)速不變時，增加爐膛氧量可使二次風(fēng)動量增大，有利于燃燒切圓的形成，防止貼壁結(jié)焦。該項試驗進(jìn)行了2個工況，分別控制鍋爐氧量為4.5%和5.5%，試驗結(jié)果如表13所示。隨著氧量增加，燃燒器噴口結(jié)焦?fàn)顩r得到明顯改善，但過熱器減溫水量增加了0.5 t/h，平均排煙溫度升高了0.4℃。

表13 氧量調(diào)整試驗結(jié)果

4 結(jié)束語

三次風(fēng)速偏高及噴口下傾是爐膛結(jié)焦的主要原因之一。利用鍋爐停爐機(jī)會對燃燒器三次風(fēng)噴口進(jìn)行了改造。燃燒器改造后，通過對排粉機(jī)入口擋板開度、制粉系統(tǒng)再循環(huán)風(fēng)門開度、煤粉細(xì)度、一次風(fēng)溫和氧量的調(diào)整與優(yōu)化，目前鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐結(jié)焦問題得到解決。

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