李鵬

(華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池發(fā)電廠，烏魯木齊 830047)

1 問題的提出

近年來，由于煤電價(jià)格的脫節(jié)，使得新疆地區(qū)各電廠的經(jīng)營壓力加大。在國家宏觀政策的調(diào)控下，電煤價(jià)格一路攀升，電煤供應(yīng)呈現(xiàn)出“價(jià)高質(zhì)低”的態(tài)勢(shì)。為了緩解電廠的經(jīng)營壓力，各發(fā)電企業(yè)均開始多方采購發(fā)電用煤，這樣一來，直接造成了電廠入爐煤品質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種。新疆準(zhǔn)東五彩灣地區(qū)已探明的煤炭資源儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，作為新疆地區(qū)四大煤源之一，準(zhǔn)東五彩灣地區(qū)來煤已經(jīng)成為烏昌地區(qū)各發(fā)電企業(yè)的主要用煤。五彩灣地區(qū)煤源具有價(jià)格低、揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點(diǎn)低和易結(jié)焦的特性。燃用五彩灣地區(qū)煤種普遍存在著鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著鍋爐安全運(yùn)行。對(duì)于燃料成本占發(fā)電成本70%的發(fā)電廠來說，如何最大限度保證燃煤儲(chǔ)量和防止入爐煤結(jié)焦，采取科學(xué)有效的摻燒措施，是電廠運(yùn)行人員重要的選擇方式，同時(shí)，運(yùn)行人員燃燒調(diào)整也是一個(gè)重要的技術(shù)問題。華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池發(fā)電廠(以下簡稱紅雁池發(fā)電廠)為保證機(jī)組安全運(yùn)行，降低發(fā)電成本，提高整體盈利能力，采用科學(xué)手段，對(duì)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。

2 #3， #4鍋爐主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)煤質(zhì)

紅雁池發(fā)電廠#3，#4鍋爐為超高壓、為一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐，П形布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用管式空氣預(yù)熱器、鋼構(gòu)架(雙排柱)。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹方式，每臺(tái)鍋爐配用4臺(tái)磨煤機(jī)(其中1臺(tái)磨煤機(jī)備用)，磨煤機(jī)型號(hào)為ZGM-95N。煤粉燃燒器采用四角布置切向燃燒、噴嘴固定式直流燃燒器，假想切圓的直徑為529 mm和830 mm。每角燃燒器噴口共布置有14層噴口，其中一次風(fēng)噴口6層，頂二次風(fēng)噴口1層，其余7層為二次風(fēng)噴口，所有一次風(fēng)噴口均采用百葉窗式水平濃淡燃燒器。在燃燒器頂部設(shè)置頂二次風(fēng)噴口(即OFA噴口)，OFA噴口反切15°，形成逆向旋轉(zhuǎn)氣流，以降低爐內(nèi)氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減少爐膛出口處兩側(cè)煙溫的偏差。周界風(fēng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，燃燒器噴口為固定式。爐膛水冷壁為膜式壁結(jié)構(gòu)，爐膛上部垂直分布輻射式全大屏過熱器和輻射-對(duì)流式后屏過熱器，水平煙道布置高溫過熱器和高溫再熱器。尾部豎井煙道由中隔墻分隔成前、后2部分，在前豎井中布置低溫再熱器，在后豎井中布置低溫過熱器。在低溫再熱器及低溫過熱器下方布置有省煤器管組，由省煤器垂直懸吊管懸吊低溫再熱器和低溫過熱器。鍋爐的過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用2級(jí)噴水減溫，第1級(jí)噴水減溫器布置在全大屏和后屏之間，第2級(jí)布置在后屏和高溫過熱器之間，噴水水源取自給水泵出口。鍋爐再熱汽溫采用煙氣擋板作為主要調(diào)溫手段，輔之以再熱器事故噴水及再熱器備用噴水減溫?？諝忸A(yù)熱器一次風(fēng)、二次風(fēng)分開，均為單級(jí)管式布置。鍋爐整體呈左右對(duì)稱，鍋爐本體部分為懸吊結(jié)構(gòu)，全部懸吊在頂部大梁上，空氣預(yù)熱器由獨(dú)立的構(gòu)架支撐，爐膛及尾部包墻為敷管包墻。#3，#4鍋爐主要技術(shù)參數(shù)見表1，#3，#4鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)見表2。

表1 #3， #4鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

表2 #3, #4鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)

3 燃用五彩灣地區(qū)煤種對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

3.1 五彩灣地區(qū)煤種的煤質(zhì)特征

五彩灣地區(qū)典型煤種的煤質(zhì)情況見表3。

表3 五彩灣地區(qū)典型煤種煤質(zhì)

3.2 燃用五彩灣地區(qū)煤種對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

(1)制粉系統(tǒng)出口溫度較低。因五彩灣地區(qū)來煤水分較大，磨煤機(jī)出口溫度較低。導(dǎo)致煤粉推遲燃燒，著火點(diǎn)遠(yuǎn)，火焰中心上移，相應(yīng)會(huì)帶來爐膛出口煙溫升高和鍋爐結(jié)焦等問題。低負(fù)荷會(huì)影響鍋爐著火的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使燃燒惡化。為提高磨煤機(jī)出口溫度，必須提高一次風(fēng)壓，在低負(fù)荷時(shí)需運(yùn)行3 臺(tái)磨煤機(jī)。

(2)爐膛出口煙溫升高，與同工況相比，鍋爐低溫過熱器入口煙溫上升約20 ℃。這樣會(huì)使鍋爐結(jié)焦，運(yùn)行中減溫水量增大，受熱面管壁溫度上升。

(3)鍋爐負(fù)荷在170 MW以上時(shí)，就地實(shí)測(cè)鍋爐本體47 m 屏式過熱器后兩側(cè)煙溫達(dá)到1 050～1 100 ℃，在檢查鍋爐水平煙道時(shí)，發(fā)現(xiàn)積灰、結(jié)焦情況比以前嚴(yán)重，高溫過熱器管排間有明顯大焦塊，這種焦塊不易掉落，每班都需人工清理1次。

(4)在檢查中發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)刮板上黑焦塊明顯增多，說明爐膛結(jié)焦量大。

4 燃煤摻燒原則和依據(jù)

針對(duì)紅雁池發(fā)電廠實(shí)際來煤煤源及鍋爐結(jié)焦的實(shí)際狀況，對(duì)來煤煤質(zhì)要根據(jù)以下原則進(jìn)行摻配。

(1)按照紅雁池發(fā)電廠#3，#4鍋爐設(shè)計(jì)煤種的變形溫度為1 150 ℃、軟化溫度為1 260 ℃的要求選取煤種，1 150-100=1 050 (℃)，1 260-150=1 110 (℃)，二者選取低者作為入選煤種。

(2)根據(jù)紅雁池發(fā)電廠鍋爐對(duì)各煤種燃燒的實(shí)際情況，灰熔點(diǎn)的軟化溫度高于1 250 ℃和二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%作為主要判斷依據(jù)，氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)可作為輔助判斷依據(jù)來選取煤種。

1)灰熔點(diǎn)溫度高于1 250 ℃且二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過50%視為不易結(jié)焦煤，可作為摻配煤種，它與結(jié)焦煤以1∶2比例摻配。

2)灰熔點(diǎn)溫度為1 210～1 250 ℃且二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～50%視為弱結(jié)焦煤，鍋爐負(fù)荷為170 MW以下可作為摻配煤種，它與結(jié)焦煤以1∶1比例可摻配。鍋爐負(fù)荷為170 MW以上可作為單獨(dú)燃燒煤種。

3)灰熔點(diǎn)小于1 250 ℃且二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于40%即認(rèn)為是結(jié)焦煤種。

(3)無論二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)或氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低如何，只要灰熔點(diǎn)溫度低于1 210 ℃就視為結(jié)焦煤，則必須燃用摻配煤種。

(4)在燃用攙配煤種時(shí)，對(duì)各臺(tái)鍋爐的爐膛出口煙溫進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在燃用該煤種時(shí)，#3鍋爐負(fù)荷不得高于180 MW，#4鍋爐負(fù)荷不得高于170 MW。當(dāng)負(fù)荷高于此限時(shí)，爐膛出口煙溫會(huì)大幅升高，鍋爐容易結(jié)焦。

5 分倉上煤和摻配、摻燒試驗(yàn)

(1)由于原煤緊張，紅雁池發(fā)電廠進(jìn)行了原煤倉分倉上煤的試驗(yàn)(紅雁池發(fā)電廠制粉系統(tǒng)為正壓直吹式中速磨煤機(jī)，每臺(tái)鍋爐配置4臺(tái)磨煤機(jī))，根據(jù)各臺(tái)鍋爐長期采用3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行的情況，在燃用易結(jié)焦煤種無法改變的前提下，應(yīng)盡量縮短飛灰在鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間，以防止飛灰被熔融黏結(jié)在受熱面上而加劇爐膛結(jié)焦。因此，參照各礦點(diǎn)原煤的特性，在#4原煤倉內(nèi)上易結(jié)焦的煤種，在#3，#2，#1原煤倉依次上灰熔點(diǎn)較高且不容易結(jié)焦的煤種。在配煤過程中，按照灰熔點(diǎn)高的原煤可以上到上層磨煤機(jī)的原煤倉中且灰熔點(diǎn)低的原煤禁止上到下層磨煤機(jī)的原煤斗中的原則，在摻配、摻燒方案實(shí)施中，將不易結(jié)焦的煤種作為種子煤，摻燒五彩灣地區(qū)煤種，摻燒比例從1∶1提升至1∶2，然后將配煤上到各機(jī)組#4原煤倉中。紅雁池發(fā)電廠#3，#4鍋爐爐型相同，因此，以#3鍋爐為例進(jìn)行了摻配、摻燒試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 #3鍋爐(負(fù)荷200 MW)摻配、摻燒試驗(yàn)

通過試驗(yàn)可知，#4原煤倉上易結(jié)焦煤種摻配比例達(dá)到1∶2后，管壁經(jīng)常出現(xiàn)超溫問題，排煙溫度升高，減溫水量增大，水平煙道以及過熱器、再熱器管屏有結(jié)焦現(xiàn)象，需要每班對(duì)以上部位進(jìn)行人工清灰。采取相應(yīng)措施后，結(jié)焦程度仍在控制范圍以內(nèi)，不影響鍋爐安全運(yùn)行。

(2)針對(duì)來煤量最大的A礦點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行了試驗(yàn)。A礦點(diǎn)每天的進(jìn)煤量為3 000～4 000 t，占每日進(jìn)煤量的一半左右。根據(jù)新疆發(fā)電用煤質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)A礦點(diǎn)原煤種化驗(yàn)結(jié)可知，該煤種灰熔點(diǎn)溫度為1 200～1 300 ℃，氧化鈣含量偏高，屬于易結(jié)焦煤種。紅雁池發(fā)電廠專門對(duì)A礦點(diǎn)來煤進(jìn)行了分倉摻燒試驗(yàn)，遵循縮短飛灰在爐內(nèi)的停留時(shí)間、防止飛灰被熔融黏結(jié)在受熱面上造成爐膛結(jié)焦加劇的原則，制訂了試驗(yàn)方案，將#1，#2，#3原煤倉上可摻配煤與結(jié)焦煤進(jìn)行摻配試驗(yàn)，其比例為1.0∶1.5，#4原煤倉單獨(dú)上A礦點(diǎn)的原煤，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 #3鍋爐(負(fù)荷170 MW)摻配、摻燒試驗(yàn)

通過試驗(yàn)可知，在#4原煤倉單獨(dú)上A礦點(diǎn)煤種，其他原煤倉上可摻配煤與結(jié)焦煤摻配的煤種，其比例為1.0∶1.5，鍋爐負(fù)荷加至170 MW時(shí)，鍋爐已有明顯結(jié)焦，低溫過熱器入口煙溫及排煙溫度均有上升，通過及時(shí)吹灰打焦、人工清焦的方式可維持鍋爐安全運(yùn)行。因此，在采用此種方式配煤時(shí)，應(yīng)盡量使鍋爐帶低負(fù)荷，單臺(tái)機(jī)組負(fù)荷不得高于170 MW。

6 防結(jié)焦措施

(1)鍋爐主蒸汽流量在50%額定容量以上時(shí),必須堅(jiān)持連續(xù)投入蒸汽吹灰。吹灰時(shí),母管蒸汽保持較高壓力。夜間低負(fù)荷吹灰壓力不滿足時(shí),值長應(yīng)與調(diào)度積極溝通和聯(lián)系，增加帶母管機(jī)組負(fù)荷，以提高吹灰壓力，滿足鍋爐全面吹灰1次的要求。

(2)加強(qiáng)設(shè)備巡檢次數(shù)。每班2次檢查管屏和迎火面結(jié)焦、積灰的情況，同時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視引風(fēng)機(jī)電流、低溫過熱器入口或低溫再熱器入口煙溫。當(dāng)參數(shù)異常時(shí)，立即就地檢查水冷壁結(jié)焦是否嚴(yán)重，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)爐膛吹灰次數(shù)。從人孔和打焦孔觀察(每小時(shí)觀察1次)是否有熔融態(tài)焦落下，并開啟液壓關(guān)斷門對(duì)渣井底部進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)人孔火焰顏色發(fā)亮、刺眼且有液態(tài)熔融焦及底部有結(jié)焦情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)并聯(lián)系清焦，同時(shí)應(yīng)迅速減負(fù)荷，并聯(lián)系燃料運(yùn)行人員盡快換煤。

(3)正常爐渣的顏色應(yīng)為黃色，當(dāng)某種元素超標(biāo)以及爐內(nèi)工況變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同顏色的焦。低溫焦很酥松，密度小。中溫焦呈半琉璃狀和琉璃狀。高溫焦就是煤粉幾乎完全熔化，也有琉璃狀的結(jié)焦，甚至可以形成花崗巖狀的結(jié)焦，質(zhì)地非常堅(jiān)硬，偏黑有高溫熔化的小孔且很硬?？梢酝茢喈?dāng)班的煤質(zhì)情況，以此作為爐膛是否結(jié)焦的輔助判斷手段。

(4)當(dāng)燃用煤種的灰分變形溫度、軟化溫度、半球溫度、融化溫度接近且熔點(diǎn)較低時(shí)，煤種的灰分會(huì)迅速變成熔融狀態(tài)的流體，黏附在受熱面上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將落渣井慢慢堵死，使鍋爐被迫停運(yùn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)撈渣機(jī)刮板上較長時(shí)間無渣及經(jīng)常落下大塊熔融狀無法破碎的黑焦時(shí)，應(yīng)特別注意檢查渣井落渣情況。

(5)在爐膛燃用易結(jié)焦煤種時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加風(fēng)量和提高一次風(fēng)壓，盡量減少煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間。在適當(dāng)提高風(fēng)量的同時(shí)，應(yīng)提高送風(fēng)風(fēng)壓(即提高風(fēng)速)，提高一次風(fēng)壓也是提高一次風(fēng)速。氧量應(yīng)控制在高限。

(6)在燃用煤質(zhì)較差的煤種時(shí)，在總負(fù)荷允許的情況下，應(yīng)采取輪流帶低負(fù)荷的方式進(jìn)行掉焦，紅雁池發(fā)電廠采取了投入微油槍帶#1磨煤機(jī)低負(fù)荷的掉焦方式。負(fù)荷降低至50 MW以下，主蒸汽、再熱蒸汽汽溫由535 ℃滑至450 ℃。由于負(fù)荷降低，爐溫迅速降低，使得附著在受熱面上的焦迅速冷卻，且與管壁接觸面積發(fā)生變化，附著力隨之變化，焦塊也就掉落下來。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2012年上半年，紅雁池發(fā)電廠共發(fā)生結(jié)焦18次并及時(shí)采取低負(fù)荷掉焦措施，避免了鍋爐停運(yùn)。

(7)采用倒停磨煤機(jī)改變?nèi)紵行牡臄_動(dòng)方式進(jìn)行擾動(dòng)掉焦。通過對(duì)燃燒中心的改變，改變了爐膛內(nèi)的溫度分布，使高溫區(qū)溫度下降，結(jié)焦塊掉落。2012年，在#1鍋爐10 m處#2，#3角水冷壁斜坡上發(fā)生大面積堆焦。紅雁池發(fā)電廠運(yùn)行人員及時(shí)將磨煤機(jī)切換為上層磨煤機(jī)運(yùn)行，同時(shí)稍開爐底液壓關(guān)斷門，使水冷壁底部溫度下降，紅焦硬化后掉落。

7 結(jié)束語

基于目前的燃煤形勢(shì)，對(duì)于燃料成本占發(fā)電成本70%的發(fā)電廠來說，隨著鍋爐燃燒成本加大，燃料成本對(duì)紅雁池發(fā)電廠帶來了極大的壓力。在這種狀況下，紅雁池發(fā)電廠采用摻配、摻燒的方式勢(shì)在必行， 在采取有效的摻配方式和摻配比例下，運(yùn)行人員積極采取檢查和防范措施，采用正確的掉焦手段可避免因結(jié)焦造成的鍋爐被迫停運(yùn)事故。紅雁池發(fā)電廠對(duì)發(fā)電燃煤進(jìn)行了摻配、摻燒后，降低了鍋爐結(jié)焦，提高了鍋爐的安全運(yùn)行。