陳 偉

(廣東粵電博賀煤電有限公司， 廣東茂名 525000)

鍋爐結(jié)渣給電廠安全運行帶來很大的安全隱患，對于造成結(jié)渣的各種原因，國內(nèi)研究者開展了大量的基于鍋爐受熱面結(jié)渣的研究，提出了很多完善措施，包括現(xiàn)場運行優(yōu)化措施、鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計改進等。閆順林等[1]進行了鍋爐衛(wèi)燃帶改造對鍋爐影響的數(shù)值模擬研究；楊帆等[2]進行了W形火焰鍋爐衛(wèi)燃帶改造與結(jié)渣分析研究，提出了防止鍋爐結(jié)渣的技術(shù)措施；鄧念念等[3]進行了旋流對沖鍋爐結(jié)渣過程數(shù)值模擬研究；譚厚章等[4]針對高堿煤燃燒過程中屏式過熱器結(jié)渣問題進行了機理研究。在灰熔點預(yù)測方面，潘文靜[5]基于支持向量機方法進行了灰熔點預(yù)測研究；黨林貴等[6]進行了某前后墻對沖旋流燃燒鍋爐爐膛結(jié)渣試驗研究和改造實踐。研究者通過冷態(tài)試驗結(jié)果表明燃燒器出口氣流發(fā)散直接導(dǎo)致燃燒器附近區(qū)域結(jié)渣。李德波等[7]進行了1 045 MW超超臨界貧煤鍋爐燃用高揮發(fā)分煙煤燃燒調(diào)整研究，并采用數(shù)值模擬方法，對鍋爐爐內(nèi)傳熱和燃燒過程進行了研究[8-9]，獲得了傳統(tǒng)試驗手段無法獲取的信息，給調(diào)整現(xiàn)場燃燒及防止鍋爐結(jié)渣等提供了重要的理論基礎(chǔ)。

某電廠1、2號機組鍋爐從開始燒印尼煤后發(fā)生結(jié)渣，經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)在屏式過熱器、前后墻水冷壁均發(fā)生結(jié)渣。筆者針對該結(jié)渣問題進行了分析，提出了相應(yīng)的措施。

1 鍋爐設(shè)備

該電廠2臺330 MW燃煤發(fā)電機組， 鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、四角切圓燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用露天布置、全鋼構(gòu)架的П形汽包爐，三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，其型號為SG1100-17.5/540M。

主蒸汽和再熱蒸汽的壓力、溫度、流量等要求與汽輪機的參數(shù)相匹配，主蒸汽溫度為541 ℃，最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)為1 100 t/h，與汽輪機的調(diào)節(jié)閥全開(VWO)工況相匹配。鍋爐容量和主要參數(shù)見表1(TRL為汽輪機最大連續(xù)工況)。

表1 鍋爐主要參數(shù)

鍋爐設(shè)計煤種為晉北煙煤，校核煤種為內(nèi)蒙古準格爾煙煤，表2為煤種分析。

表2 煤種分析

2 鍋爐結(jié)渣

鍋爐開始燒易結(jié)焦的印尼煤后就發(fā)生結(jié)渣，經(jīng)現(xiàn)場檢查，在屏式過熱器部位看火孔、37 m燃盡風(fēng)上部看火孔、燃燒器上部看火孔、1層和2層燃燒器之間的看火孔分別觀察，發(fā)現(xiàn)在屏式過熱器、前后墻水冷壁均發(fā)生結(jié)渣且分布均勻。鍋爐因結(jié)渣導(dǎo)致蒸汽溫度偏高，減溫水已全開，因超溫限制升負荷。鍋爐O2體積分數(shù)在4%左右，因蒸汽溫度超溫?zé)o法進一步提高O2體積分數(shù)。曾在160～200 MW負荷時促使渣塊脫落，但因受到調(diào)度負荷限制及蒸汽溫度超溫限制，無法進一步提高變負荷幅度。1號、2號機組在燃燒器下部加入液態(tài)結(jié)焦劑后有細碎的渣脫落，但未達到預(yù)想效果，鍋爐結(jié)渣仍然很嚴重。

3 原因分析

為了深入分析電廠燃用的煤種的結(jié)渣特性，對燃用的煤種(見表3)進行了計算，結(jié)果見表4，煤種1、2、3、4、5分別為森科煤、科瑞娜煤、莫尼卡煤、埃諾克煤、印尼煤。硅比越大表示煤灰結(jié)渣的可能性就越小。硅鋁比中SiO2和Al2O3是煤中主要酸性氧化物，w(Al2O3)的提高總是使灰熔點上升，而SiO2的影響則具有雙重性，一方面SiO2較容易與堿性成分形成低熔點化合物，降低煤灰熔點，另一方面w(SiO2)高會使灰熔點上升[10]。

表3 煤種分析

表4 結(jié)渣特性計算結(jié)果

表5為結(jié)渣特性程度判斷指標。

表5 結(jié)渣特性程度判斷指標

從表4、表5可以得出：硅比越大，煤灰結(jié)渣的可能性就越?。幻悍N1、2、3、4都屬于易嚴重結(jié)渣的煤種，煤種5屬于較易嚴重結(jié)渣的煤種；SiO2和Al2O3是煤中的主要酸性氧化物，堿酸比過高或者過低都會使得灰熔點提高。

不應(yīng)燃用易嚴重結(jié)渣的煤；煤種3、4的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)接近臨界值，在燃用時，要與抗結(jié)渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險；煤種5的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)為2.08，屬于較易嚴重結(jié)渣的煤，應(yīng)該與結(jié)渣特性好的煤混燒。

4 改造措施

4.1 混煤摻燒

4.1.1 研究內(nèi)容

為避免燃煤引起鍋爐嚴重結(jié)渣，進行了兩種煤樣進行配比摻燒試驗研究。通過分析各摻燒煤樣燃煤結(jié)渣特性，從而確定科學(xué)的摻燒配比方案，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險。混煤摻燒結(jié)渣特性分析內(nèi)容包括混煤的制備、混煤煤灰成分分析、混煤灰熔融性分析、結(jié)渣判斷指標分析。

4.1.2 結(jié)果分析

對大友煤和印尼煤按照GB 474—2008 《煤樣制備方法》制備煤樣后，按照表6中的配比摻配成7種不同配比的混煤并混合均勻，其中1∶0和0∶1配比分別為純大友煤和純印尼煤。采用德國布魯克X熒光光譜分析(XRF)儀分析得出表7中的7種不同配比混煤煤灰成分(見表6)。按照GB/T 219—2008 《煤灰熔融性的測定方法》采用開元智能灰熔點測試儀測定7種混煤的灰熔融性(見表7)。

表6 不同配比混煤煤灰成分分析 %

表7 不同配比混煤煤灰熔融性分析結(jié)果 ℃

從表7可以看出：大友煤灰熔融點很高，變形溫度大于1 500 ℃，屬于難熔融灰；印尼煤則相反，1 218 ℃開始變形，1 228 ℃則已經(jīng)處于流動狀態(tài)，屬于極易熔融灰。將兩者按照不同比例摻燒后，灰熔融性有明顯變化。以大友煤和印尼煤質(zhì)量摻混比例1∶1為分界線，比例大于1∶1，混煤灰熔融點高，灰變形溫度均大于1 500 ℃，隨著摻混比例的降低，煤灰變形溫度、軟化溫度、半球溫度、流動溫度均顯著下降。

采用目前煤粉燃燒領(lǐng)域常用的結(jié)渣判斷指標，分析大友煤和印尼煤及不同配比混煤的結(jié)渣特性，結(jié)渣特性程度判斷指標見表8。

表8 結(jié)渣特性計算結(jié)果

從表8可以看出：印尼煤屬于易嚴重結(jié)渣的煤，綜合結(jié)渣判斷指數(shù)達到了3.81，高于臨界值(2.5)，此外該煤種的酸堿比、硅比等指標也屬于易嚴重結(jié)渣煤種；大友煤屬于難結(jié)渣煤種。從混煤配比摻燒后煤灰的計算結(jié)果看：兩種煤混煤摻燒效果較好，隨著大友煤摻燒比例增大，混煤結(jié)渣程度也從嚴重逐漸改善至輕微。為保證不出現(xiàn)較重的結(jié)渣情況，大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險。

4.2 優(yōu)化調(diào)整

為了防止鍋爐結(jié)渣，在運行中采用如下調(diào)整措施：

(1) 更換抗結(jié)渣特性好的煤種，要注意的是要提前將煤的灰分分析數(shù)據(jù)進行結(jié)渣特性的計算，不能簡單根據(jù)灰熔點、軟化溫度等單一參數(shù)來判斷是否結(jié)渣。

(2) 增加一次風(fēng)風(fēng)量，提高一次風(fēng)射流的剛性，從而將煤粉著火點遠離燃燒器噴口，降低燃燒器噴口結(jié)渣的可能性。減少切圓半徑，將火焰中心盡量保持在爐膛中心位置區(qū)域，防止切圓半徑過大，火焰沖刷水冷壁造成進一步結(jié)渣。

(3) 適當增加爐內(nèi)送風(fēng)量，提高燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)，防止出現(xiàn)還原性氣氛。

(4) 適當提高煤粉的細度。由于印尼煤揮發(fā)分含量很高，煤粉著火比較容易，同時爐膛溫度水平較高，可以將煤粉細度提高，將煤粉著火點推遲，降低爐膛的溫度水平。

(5) 通過增減負荷除掉水冷壁的結(jié)渣，但是要注意增減負荷速度；必要時利用停爐檢修的機會進行清渣處理。

(6) 將磨煤機投入位置適當拉開，防止火焰過于集中，造成結(jié)渣程度增強。

(7) 密切監(jiān)視水冷壁壁溫、屏式過熱器壁溫。

4.3 渣塊處理

摻燒高熔點的煤，如果無法找到高熔點煤可以考慮均勻添加高嶺土。在1號機組摻燒了質(zhì)量分數(shù)為60%的高欄港煤，燃燒后含灰量接近設(shè)計煤種，同時進行了深度變負荷擾動試驗，2號機組摻燒質(zhì)量分數(shù)為30%的高欄港煤，并在2臺機組上都摻燒了少量高嶺土。發(fā)現(xiàn)2號機組在摻燒后渣量大幅增加，1號機組在大幅變負荷后落下大量渣塊，說明通過深度變負荷可以促進渣塊脫落。

5 結(jié)語

筆者系統(tǒng)分析了鍋爐結(jié)渣的原因，并提出了現(xiàn)場配煤摻燒、燃燒優(yōu)化調(diào)整等措施，得出如下結(jié)論：

(1) 不要燃用易嚴重結(jié)渣的煤種，如煤種1、2；煤種3、4的綜合結(jié)渣判斷指數(shù)接近臨界值，在燃用時，與抗結(jié)渣特性好的煤混燒，從而降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險。

(2) 大友煤和印尼煤的摻燒配比大于2∶3，降低鍋爐結(jié)渣的風(fēng)險。

(3) 運行中應(yīng)采取更換抗結(jié)渣特性好的煤種、增加一次風(fēng)量、提高煤粉細度、磨煤機投入位置適當拉開、運行中監(jiān)視壁溫等措施。

(4) 實踐表明添加高嶺土在緩解結(jié)渣方面具有較好的效果。