李鵬，曾琦，李東本

（新疆新特能源股份有限公司自備熱電廠，烏魯木齊 830011）

燃用準東煤鍋爐設(shè)計優(yōu)化建議

李鵬，曾琦，李東本

（新疆新特能源股份有限公司自備熱電廠，烏魯木齊 830011）

準東煤具有易沾污、易結(jié)焦特性，嚴重威脅鍋爐的安全、穩(wěn)定運行。對鍋爐設(shè)計尺寸、二次風口布置方式、燃燒器形式以及熱力參數(shù)等方面進行防結(jié)焦特性分析，提出了燃用準東煤鍋爐的設(shè)計優(yōu)化建議，為今后燃用準東煤鍋爐的選型、改造提供參考。

準東煤；鍋爐；結(jié)焦；優(yōu)化

0 引言

準東煤田是國家確定的第14個能源基地（新疆維吾爾自治區(qū)）的重要組成部分。煤炭資源預(yù)測儲量3 900億t，占全疆儲量（2.19萬億t）的17.8%、全國儲量（5.56萬億t）的7%。目前，已探明煤炭資源儲量2136億t。準東煤具有揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點低、易結(jié)焦等特性，新疆地區(qū)電廠燃用準東煤后普遍出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、受熱面沾污、對流換熱面積灰等現(xiàn)象。

某電廠設(shè)計煤種為準東煤，投產(chǎn)后多次出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、受熱面沾污等情況，限制了準東煤的大量使用。通過一年的努力，該電廠準東煤摻燒比例已達80%，并將結(jié)焦、沾污、積灰控制在安全范圍內(nèi)。鍋爐結(jié)焦一方面是煤質(zhì)的原因，更重要的是應(yīng)從鍋爐設(shè)計角度入手不斷進行優(yōu)化，從根本上進行防準東煤結(jié)焦設(shè)計。

1 準東煤的主要特性

準東煤的顯著特點是煤灰中堿金屬質(zhì)量分數(shù)較高，堿金屬氧化物Na2O的質(zhì)量分數(shù)（以灰分計）總體都在2%以上（為方便對比堿金屬氧化物含量，通常將煤中各種鈉鹽折算成Na2O，總體按Na2O質(zhì)量分數(shù)給出）。Na等堿金屬元素熔點非常低，達到一定溫度就會蒸發(fā)，氣態(tài)的堿金屬遇到溫度較低的水冷壁后放熱凝結(jié)在水冷壁表面，在水冷壁表面局部形成了一層堿金屬氧化物附著層。剛形成的附著層具有一定的黏性，爐內(nèi)未燃盡的煤粉和飛灰很容易黏附在上面；第2層黏附層達到一定厚度后，最里面的堿金屬氧化物會不斷從里向外析出，繼續(xù)黏附新的煤粉和飛灰，最終形成較厚的焦塊。大修時對爐內(nèi)焦塊進行觀察，與上述過程基本一致。

2 鍋爐概況

該電廠鍋爐為HG-1176／25.4-HM2型一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、∏型、緊身封閉布置鍋爐。直吹式制粉系統(tǒng)配6臺MPS160HP-II型磨煤機，5臺運行1臺備用。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，每臺磨煤機供1層的4只噴燃器，燃盡風布置在主燃燒器區(qū)上方。設(shè)計煤種為準東五彩灣地區(qū)天池能源南露天礦煤。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 BMCR工況下鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

3 設(shè)計優(yōu)化建議

查閱鍋爐設(shè)計說明書及相關(guān)設(shè)計資料，通過對比同類型鍋爐，結(jié)合運行和大修中發(fā)現(xiàn)的問題，按照各系統(tǒng)特點提出以下幾方面建議。

3.1 爐膛熱力參數(shù)優(yōu)化

燃燒易結(jié)焦的準東煤時，選取較低的容積熱負荷、斷面熱負荷可以有效降低爐內(nèi)平均溫度，有利于控制結(jié)焦。準東煤揮發(fā)分較高，比較容易實現(xiàn)最低穩(wěn)燃負荷，可以在已有基礎(chǔ)上適當再減少容積熱負荷和斷面熱負荷，從根本上降低爐內(nèi)溫度。

3.2 爐膛尺寸優(yōu)化

（1）該電廠鍋爐為正方形爐膛，寬、深均為14627mm，這種正方形爐膛為爐內(nèi)各層四角切圓提供了足夠空間，并且燃燒器出口四周的補氣條件相同，有利于減少火焰偏斜并可防止燃燒器區(qū)域結(jié)焦。正方形爐膛比長方形爐膛容易建立對稱的空氣動力場，避免了氣流偏斜沖刷水冷壁，同時減少了煤粉沖刷水冷壁造成結(jié)焦的可能性。因此，寬深相同的鍋爐更有優(yōu)勢。

（2）增加爐膛高度，增大最上層噴燃器口中心到分隔屏底部距離。表1中鍋爐最上層噴燃器中心至屏底的距離為20.20m，最下層噴燃器口至冷灰斗拐點距離為4.86m。建議加大最上層噴燃器中心到分隔屏屏底的距離，使煤粉在爐膛內(nèi)停留時間增加，為進入爐膛的煤粉在爐膛內(nèi)完成著火、燃燒、燃盡提供充足的空間和時間，減少未燃盡煤粉在水平煙道燃燒放熱。

（3）增大折焰角，使煙氣在折焰角處的行程增加，增加煙氣停留時間，有利于煙氣在分隔屏放熱。

3.3 主燃燒區(qū)布置方式優(yōu)化

（1）為防止主燃燒器區(qū)域結(jié)焦，增加各層噴燃器中心之間的距離，使燃燒器周圍壁面熱負荷降低，有效減輕燃燒器噴口周圍因溫度過高造成的結(jié)焦。該電廠鍋爐一次風中心間距普遍為1 580mm，較傳統(tǒng)設(shè)計大；同時，為了進一步減輕燃燒器區(qū)域的結(jié)焦，最底層磨煤機和第4層磨煤機上，又加大了與相鄰一次風中心的距離，達到1 810mm。運行過程中主燃燒區(qū)中上部依然常常出現(xiàn)過熱和結(jié)焦現(xiàn)象，建議進一步加大各層噴燃器口的距離。

（2）主燃燒區(qū)各層燃燒器的分組優(yōu)化。該電廠原有的燃燒器分組為A層一組，B，C，D層一組，E，F(xiàn)層一組，其中微油點火在B層，鍋爐滿負荷運行時B，C，D處常常出現(xiàn)過熱情況，并且F層4個噴燃器全部發(fā)生嚴重變形。初步分析原因為：參與燃燒時，F(xiàn)層噴燃器處在上層煙溫較高處，且周界風開度不足，導(dǎo)致噴燃器得不到充分冷卻。

3.4 二次風優(yōu)化

增加二次風噴口。該電廠鍋爐＃1，＃2，＃3，＃4角的燃燒器共布置15層噴口，其中一次風噴口6層，二次風噴口9層。在A，B層和D，E層一次風噴口中間布置了2個二次風噴口，這樣布置的目的是在煤粉中間增加二次風，使煤粉燃燒氧量增加，有利于煤粉充分燃盡且增加了低負荷時燃燒的穩(wěn)定性。停爐后觀察各個噴燃器口的損壞情況以及爐內(nèi)結(jié)焦情況，可以判斷燃燒過程中EF層以及FF層二次風噴口可以再適當增加1組，以保證主燃燒區(qū)上部充分燃盡。

3.5 SOFA風布置優(yōu)化

為實現(xiàn)充分燃盡，可以增加分離燃盡風（SOFA）與最上層噴燃器的距離，并且增大4層燃盡風的間距。

3.6 爐內(nèi)溫度監(jiān)視優(yōu)化

爐膛出口煙溫反映了爐膛內(nèi)燃燒情況，將出口煙溫控制在灰熔點以下，可以減少結(jié)焦的發(fā)生，爐膛出口煙溫監(jiān)視是運行人員預(yù)防和控制準東煤結(jié)焦的有效手段。傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)計中，只在爐膛出口的左墻或右墻設(shè)置一個正常運行時的溫度測點，四角切圓形式的煤粉爐在燃燒過程中可能發(fā)生火焰偏斜，造成局部過熱、火焰刷墻等不利影響，單一的煙溫測量不易判斷火焰偏斜情況。建議在原有煙溫測點同一平面的前墻和后墻各增加1個溫度測點，并將實時溫度數(shù)據(jù)傳至集控室監(jiān)控畫面。增加溫度測點有利于運行人員監(jiān)控爐內(nèi)燃燒情況，對爐內(nèi)火焰是否偏斜做出準確判斷，及時調(diào)整、控制煙溫。聲波測溫法是一種還沒有普及的方法，這種方法的優(yōu)點是可以測量爐膛出口整個平面的溫度，更有利于控制燃燒準東煤鍋爐爐膛的出口煙溫。

3.7 吹灰器密布

增加主燃燒區(qū)吹灰器的目的是及時、有效地清除主燃燒區(qū)域的結(jié)焦，防止結(jié)焦進一步惡化。因為準東煤的易結(jié)焦性，主燃燒區(qū)域頻繁結(jié)焦，原設(shè)計中爐膛吹灰器只有60個，分別布置在爐膛各處，主燃燒區(qū)沒有設(shè)置吹灰器，因此，建議在鍋爐主燃燒區(qū)利用原設(shè)計的蒸汽管道增加蒸汽吹灰器。新增吹灰器分3層布置，分別布置在噴燃器B，C層之間、噴燃器D，E層之間和噴燃器E，F(xiàn)層之間。每層16只（3層共48只）吹灰器均布在該層的爐本體四面，新增吹灰器與原吹灰器型號、規(guī)格相同。該改進方案已經(jīng)在最近一次大修中實施，效果良好。

3.8 觀火孔優(yōu)化

為方便觀察爐內(nèi)結(jié)焦情況和打焦，該電廠在鍋爐本體上共布置有7層觀火孔，但各層觀火孔位置與噴燃器的水平距離偏差較大，運行人員很難通過觀火孔看到最近的噴燃器是否掛焦，也不利于噴燃器附近的打焦。建議將觀火孔向各層的4個角平移，方便觀察噴燃器著火及結(jié)焦情況。

3.9 冷灰斗優(yōu)化

固態(tài)排渣鍋爐冷灰斗的作用主要是聚集、冷卻并排出灰渣，而且便于下聯(lián)箱同撈渣機的聯(lián)接和密封。該電廠燃燒準東煤鍋爐的冷灰斗在中間位置一分為二，將冷灰斗分成左右2個，運行期間發(fā)生掉焦事故時，大量焦渣掉落在冷灰斗中間分開的位置，不利于運行安全，建議取消冷灰斗中間的分割。

3.10 撈渣機優(yōu)化

西安熱工研究院有限公司的研究成果表明，鍋爐使用準東煤時，結(jié)焦是不可避免的。通過2年的運行實踐，該電廠鍋爐發(fā)生結(jié)焦后會大量掉焦，常常導(dǎo)致?lián)圃鼨C過負荷跳閘，嚴重時影響機組帶負荷。目前，該電廠對原有撈渣機進行技術(shù)改造，加裝了卷揚機，方便大量掉焦時處理事故。對于新建燃燒準東煤的電廠，建議選型時適當增大撈渣機電機和液壓油站出力（須滿足發(fā)生掉焦事故時的最大出力），確保撈渣機能及時將灰渣排出，保障鍋爐運行。

3.11 制粉系統(tǒng)優(yōu)化

該電廠每臺磨煤機的出力為36 t／h，通過試驗，驗證了每臺磨煤機最大出力為44 t／h。目前的運行方式為A，B，C，D磨煤機出力為35～40 t／h，煤質(zhì)差時磨煤機出力往往不能滿足出力要求，限制了帶高負荷，建議選型時選擇較大的磨煤機出力，煤質(zhì)變化時可進行調(diào)整，減少啟動備用磨煤機。

3.12 空氣預(yù)熱器設(shè)計優(yōu)化

由于準東煤水分大的特點，正常運行中磨煤機的熱風全開、冷風全關(guān)，磨煤機出口溫度僅有50～60℃，不利于煤粉進入爐膛快速著火。建議增加空氣預(yù)熱器中一次風加熱的分配量，以提高熱一次風溫，滿足磨煤機燃燒準東煤的干燥出力要求。

3.13 微油點火裝置改進

鍋爐點火啟動磨煤機時，一次風溫度常常不能達到要求，影響啟動時間并增加了燃油的使用量。通過改造，在鍋爐右側(cè)熱一次風母管上增加一次風暖風器，利用高輔的蒸汽加熱一次風，使磨煤機出口溫度能夠滿足啟動要求。足夠溫度的熱一次風才能實現(xiàn)煤粉的干燥，增加著火的可能。改造后的熱一次風溫上升較快，可以滿足啟磨要求。

4 結(jié)束語

綜上分析，鍋爐設(shè)計廠家可以從熱力參數(shù)、爐膛尺寸、主燃燒區(qū)、二次風、爐內(nèi)溫度測量、吹灰器、打焦孔、冷灰斗、撈渣機、空氣預(yù)熱器、一次風暖風器等方面進行設(shè)計優(yōu)化，不斷從本質(zhì)上提高鍋爐對準東煤的適應(yīng)性，減少燃燒準東煤時發(fā)生的結(jié)焦、積灰等，為最終實現(xiàn)100%純燒準東煤不斷積累經(jīng)驗，為各電廠節(jié)約巨額燃料成本。

［1］蒙毅，劉家利.特變電工新疆硅業(yè)有限公司350MW機組鍋爐燃用天池能源南露天礦煤鍋爐設(shè)備選型研究［R］.西安：西安熱工研究院有限公司，2011.

［2］楊忠燦，劉家利，何紅光.新疆準東煤特性研究及其鍋爐選型［J］.熱力發(fā)電，2010，39（8）：38-40.

［3］岑可法，樊建人，池作和，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算［M］.北京：中國科學出版社，1994.

（本文責編：劉芳）

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：1674-1951（2015）06-0069-03

李鵬（1978—），男，新疆烏魯木齊人，高級工程師，從事火力發(fā)電廠運行管理工作（E-mail：lpc77＠163.com）。

2014-06-26；

2015-05-14