潘磊　胡建剛

摘 要：包頭第二熱電廠兩臺200 MW機(jī)組鍋爐由于近年來煤質(zhì)下降、煤質(zhì)灰熔點(diǎn)低以及鍋爐存在的設(shè)計性缺陷，造成爐膛結(jié)焦嚴(yán)重，并且造成過熱器、再熱器的減溫水量大及壁溫超溫等影響經(jīng)濟(jì)性、安全性的問題。該文以包頭第二熱電廠200 MW機(jī)組鍋爐為研究背景，找出導(dǎo)致鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦的問題所在，通過研究分析得到以下結(jié)論，在鍋爐原設(shè)計條件下，一次風(fēng)射流軌跡不同程度發(fā)生刷墻，引起水冷壁結(jié)焦，同時爐膛結(jié)焦后壁面溫度提高，又反過來加重結(jié)焦，形成惡性循環(huán)。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng) 結(jié)焦 四角切圓

中圖分類號：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0021-02

1 設(shè)備概況

包頭第二熱電廠200 MW機(jī)組鍋爐為DG670/13.7-22型超高壓、一次再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣鍋爐，？型布置，設(shè)計煤種為煙煤。采用直吹式制粉系統(tǒng)，采用三分倉回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器、鋼構(gòu)架（雙排柱）。過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用兩級給水噴水調(diào)溫。再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)采用煙氣擋板，噴水作為細(xì)調(diào)措施。

爐膛邊長為12 400 mm×12 080 mm。爐膛高41 m。煤粉燃燒器鍋爐廠原設(shè)計采用四角布置切向燃燒、帶周界風(fēng)的固定式直流燃燒器，一、二次風(fēng)燃燒器噴口軸線形成的爐內(nèi)假想切圓的直徑為Φ529 mm和Φ830 mm。每角燃燒器噴口共布置有12層噴口，其中一次風(fēng)噴口5層，頂二次風(fēng)噴口1層，其余6層為二次風(fēng)噴口。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度，旨在降低爐內(nèi)氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減少爐膛出口處兩側(cè)煙溫的偏差。

燃燒制粉系統(tǒng)采用5臺ZGM80G中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)，其中4臺磨煤機(jī)運(yùn)行，1臺備用。設(shè)計煤粉細(xì)度R90不大于22%。

燃燒器每層風(fēng)室的入口處均設(shè)有二次風(fēng)門擋板，風(fēng)門的控制采用層控方式。

2 現(xiàn)狀

包頭第二熱電廠200 MW機(jī)組鍋爐自投產(chǎn)以來一直存在嚴(yán)重結(jié)焦問題，結(jié)焦使過熱器超溫、減溫水量比設(shè)計值高30%～50%，機(jī)組帶負(fù)荷能力降低30%～40%，鍋爐燃燒不穩(wěn)定，結(jié)焦、超溫現(xiàn)象嚴(yán)重，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）鍋爐爐內(nèi)結(jié)焦嚴(yán)重。鍋爐出力低，機(jī)組帶負(fù)荷能力降低30%～40%，不能滿足生產(chǎn)需要。到2008年8月初機(jī)組帶負(fù)荷100～130 MW。

（2）高溫過熱器與再熱器管壁溫度偏高，減溫水量比設(shè)計值高30-50%，減溫水量已調(diào)至極限。

（3）鍋爐燃燒不穩(wěn)定，發(fā)生過數(shù)次滅火保護(hù)動作（MFT）。

（4）鍋爐熱效率偏低。

3 原因分析

兩臺200MW機(jī)組投產(chǎn)以來，存在著全爐膛水冷壁嚴(yán)重結(jié)焦，爐膛出口煙溫升高，高溫過熱器與高溫再熱器超溫、減溫水量大，鍋爐排煙溫度高等一系列問題。分析原因如下：（1）一次風(fēng)煤粉氣流的刷墻，引起水冷壁結(jié)焦，導(dǎo)致爐膛輻射傳熱量減少，爐膛平均溫度升高，進(jìn)而爐膛出口溫度隨之升高，對流煙道過熱器與再熱器超溫。（2）一、二次風(fēng)的分離，造成爐膛混合性能變差，從而燃燒推遲，爐膛火焰中心上移，這是引起屏式過熱器結(jié)渣的重要原因之一。（3）導(dǎo)致燃燒器區(qū)域水冷壁附近還原性氣氛，降低了灰熔點(diǎn)，加劇爐膛結(jié)焦。

4 改造對策

包頭第二熱電廠200 MW機(jī)組鍋爐自投產(chǎn)以來一直存在結(jié)渣、超溫等問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性，針對這些問題，筆者對鍋爐燃燒器的僅將一次風(fēng)進(jìn)行反切和燃燒器進(jìn)行分析、研究，分析鍋爐結(jié)渣、超溫的根本原因，從而提出切實(shí)可行的改進(jìn)方案。

4.1 速度場、溫度差數(shù)值模擬及分析

按照改造思路，將C層一次風(fēng)燃燒器噴口移到F層二次風(fēng)下方，并且在C層一次風(fēng)燃燒器下方增加一層M層二次風(fēng)，具體布置情況如圖1所示，這樣可以起到降低燃燒器高寬比作用。

4.2 燃燒器整體重組改造方案布置特點(diǎn)分析

（1）各層一次風(fēng)射流與各層二次風(fēng)射流形成相同實(shí)際切圓，并處于爐膛合適的中央?yún)^(qū)域。即爐膛內(nèi)上下形成直徑相同的柱狀火焰。

（2）一次風(fēng)射流因不再刷墻，因而當(dāng)煤灰熔點(diǎn)較高煤時，可解決爐膛結(jié)焦，鍋爐可以滿足帶高負(fù)荷要求。而當(dāng)燃用低灰熔點(diǎn)煤時，也能有效緩解爐膛結(jié)焦的過程和嚴(yán)重程度，較改前有明顯改善。鍋爐運(yùn)行可靠、安全。

（3）一次風(fēng)與二次風(fēng)射流得到充分混合。燃燒器區(qū)域燃燒強(qiáng)烈、充分。促進(jìn)劣質(zhì)煤的高效燃燒，提高燃燒效率。

（4）燃燒組織合理，結(jié)合EI燃燒器著火穩(wěn)定性強(qiáng)。

（5）在減輕爐膛結(jié)焦，提高爐膛傳熱的同時，火焰中心較低，可以降低爐膛出口煙氣溫度，減少過熱器、再熱器減溫水量，提高機(jī)組發(fā)電效率。

（6）上述改造方案下，滿負(fù)荷條件下，爐膛反正切動量流率矩為-0.63，爐膛出口煙溫偏差可以得到有效控制。

5 改造后效果

通過以上的分析，提出了燃燒器的最優(yōu)化改造方案，并于2009年9月和2010年8月別對兩臺鍋爐進(jìn)行了改造，改造后使鍋爐的結(jié)渣情況得到徹底的解決，增強(qiáng)了機(jī)組的帶負(fù)荷能力，經(jīng)濟(jì)性和安全性得到了明顯的提高。

2009年7月25日和12月10日分別進(jìn)行了改造前后性能試驗(yàn)，燃燒器改造以后，燃用較好煤質(zhì)具有帶200 MW負(fù)荷的能力。而改造前由于鍋爐結(jié)渣、超溫，只能在120～150 MW之間運(yùn)行，鍋爐效率由143 MW負(fù)荷時的91.49%提高至200MW負(fù)荷時德92.45%。排煙溫度由141.6 ℃下降到129.2 ℃，降低了10 ℃～12 ℃。其它如煙氣中氧量、飛灰可燃物含量、大渣可燃物含量、各項(xiàng)熱損失均有了不同程度的降低。

另外，鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況也有了較大的改善，具體為：（1）爐膛結(jié)焦程度較改前顯著減輕。掉焦次數(shù)明顯減少。爐膛出口屏過、高過、高再壁溫降低，鍋爐安全性得到提高。（2） 鍋爐燃燒穩(wěn)定，未發(fā)生過MFT。（3）爐膛混合性能提高，改造后運(yùn)行氧量較改造前降低1.5%～2.0%，從而降低了排煙熱損失。

6 改造后經(jīng)濟(jì)效益

（1）自09年9月4日，鍋爐燃燒器改造完成到2010年2月底，運(yùn)行總計達(dá)6個月4 320 h，增加發(fā)電量17 280萬kW·h，按盈利約0.10元/kw·h計，計算得出直接經(jīng)濟(jì)效益為1 728萬元。

（2）由于通過燃燒器改造，鍋爐負(fù)荷提高，機(jī)組供電煤耗下降，根據(jù)計算，提高40 MW電負(fù)荷后的供電煤耗可降低6 g/kW·h，結(jié)合排煙溫度降10 ℃，鍋爐效率提高0.8%～1%，煤耗降3 g/ kW·h. 綜合煤耗下降9 g/kW·h.，按照平均發(fā)電負(fù)荷150 MW計算， 6個月的節(jié)煤9 769 t（3 900 kCal/kg），折算標(biāo)煤5 443 t。按照當(dāng)?shù)孛簝r150元/t，節(jié)省用煤146萬元。

兩項(xiàng)合計1 874萬元。其中未計算入減溫水減少對煤耗的影響及供熱提高效益。目前投資成本已提前收回。

總體來看，燃燒器改造效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到改造預(yù)期目標(biāo)，為今后同類型機(jī)組鍋爐改造提供技術(shù)支持，具有較好的借鑒意義。

7 結(jié)語

（1）該論文針對200 MW機(jī)組鍋爐燃燒器的改造分析方法對同類型鍋爐結(jié)渣、超溫等的改造同樣適用，可以根據(jù)各自出現(xiàn)的問題分別提出相應(yīng)的改造方案；對于其它鍋爐的分析改造也有著重要的借鑒意義。

（2）該論文通過對燃燒器改造后，提高了鍋爐的帶負(fù)荷能力和燃燒效率，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，因此該文的研究結(jié)果具有較大的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳生來，畢政益.電站鍋爐四角切圓燃燒技術(shù)芻議論[J].中國電力，1999，32（1）：15-21.

[2] 何佩鏊，趙仲琥，秦裕琨.煤粉燃燒器的設(shè)計與運(yùn)行[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[3] 徐通模，溫龍，金定安.鍋爐燃燒設(shè)備[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1992.