淺析某燃煤電廠鍋爐燃燒結(jié)焦原因及解決辦法

胡凱

摘 要：煤炭是火力發(fā)電廠的主要燃料，在鍋爐運(yùn)行調(diào)整過程中，有時(shí)這些物質(zhì)會(huì)沉積在表面受熱從而造成表面的結(jié)焦。這種現(xiàn)象有很大的危害，它會(huì)降低燃燒效率、甚至發(fā)生人身傷害事故，從而導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性降低，進(jìn)而影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文從運(yùn)行調(diào)整及設(shè)備檢修兩方面進(jìn)行了案例分析，并最終解決了鍋爐燃燒結(jié)焦問題。

關(guān)鍵詞：結(jié)焦原因分析；運(yùn)行調(diào)整；設(shè)備檢修

中圖分類號：TK227.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0161-02

中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費(fèi)國，在中國的能源結(jié)構(gòu)中，占主導(dǎo)地位的仍然是煤炭。火電依然在中國占據(jù)主要的電力供應(yīng)，這種情況不會(huì)在短期內(nèi)改變。煤炭具有特殊的品質(zhì)，它在燃燒的過程中會(huì)釋放大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物質(zhì)、這些物質(zhì)容易沉積，進(jìn)而造成結(jié)焦。鍋爐的結(jié)焦是電廠運(yùn)行中較為常見的問題，也是工作人員急需解決的問題。然而解決鍋爐的結(jié)焦問題，必須找到它的成因，才能有的放矢，科學(xué)快速的解決問題。從而保證電廠經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行，保證資源的節(jié)約利用，保證人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 案列分析

1.1 情況介紹

鍋爐某燃煤電廠#13、14機(jī)組為2臺350MW超臨界機(jī)組，鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計(jì)、制造的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超臨界鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、平衡通風(fēng)、全懸吊結(jié)構(gòu)п型鍋爐。型號為HG-1125/25.4-YM1。如表1、2所示。

鍋爐原設(shè)計(jì)煤種為陜西銅川貧煤、甘肅華亭長焰煤、河南鄭煤貧煤按比例7：4：5混合的混煤，校核煤種1為陜西銅川貧煤，校核煤種2為河南鄭煤貧煤、甘肅華亭長焰煤按比例1：1混合的混煤；燃油采用#0輕柴油。

鍋爐燃燒方式為前后墻對沖燃燒，前后墻共布置5層哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)制造的LNASB型低NOx軸向旋流燃燒器，其中前墻布置3層，后墻布置2層，每層各有4只，共20只。在煤粉燃燒器的上方，前后墻各布置2層燃盡風(fēng)口，每層4只，共16只。每只燃燒器配有一支油槍，用于點(diǎn)火和助燃，其中，前墻最下層燃燒器的一次風(fēng)部分已更換為煙臺龍?jiān)吹牡入x子體點(diǎn)火燃燒器，用以無燃油啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃。

1.2 改造情況介紹

2014年，為了響應(yīng)國家的環(huán)保政策要求，機(jī)組達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，由煙臺龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司對#13、14機(jī)組燃燒器進(jìn)行了低氮燃燒技術(shù)改造。首先，原爐膛出口過量空氣系數(shù)偏高，將爐膛出口過量空氣系數(shù)由1.19降至1.17，為了避免鍋爐運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、煤質(zhì)波動(dòng)情況及保證原設(shè)計(jì)參數(shù)，爐膛出口過量空氣系數(shù)有提高至1.19的設(shè)計(jì)能力。其次，為達(dá)到深化爐膛空氣分級的目的，取消標(biāo)高30205.5mm及標(biāo)高31653.5mm處共16個(gè)燃盡風(fēng)噴口，標(biāo)高30205.5mm處8個(gè)燃盡風(fēng)噴口用水冷壁管屏進(jìn)行封堵。在標(biāo)高31153.5mm處重新布置8個(gè)燃盡風(fēng)噴口。燃盡風(fēng)噴口采用煙臺龍?jiān)垂驹O(shè)計(jì)的LYOFA燃盡風(fēng)噴口。同時(shí)，原燃盡風(fēng)風(fēng)箱、風(fēng)道不能滿足新增設(shè)的燃盡風(fēng)風(fēng)量需求，對原燃盡風(fēng)風(fēng)箱、風(fēng)道進(jìn)行改造，并在燃盡風(fēng)風(fēng)道上布置新的熱補(bǔ)償器和調(diào)節(jié)風(fēng)門。這樣，改造后燃盡風(fēng)噴口中心線距屏底距離14946.5mm，距最上層燃燒器中心線的距離為5180.5m，燃盡風(fēng)風(fēng)量最大可達(dá)30%?？蓪⒅魅紵鲄^(qū)域內(nèi)的過量空氣系數(shù)控制到0.9以下，實(shí)現(xiàn)深度空氣分級。相應(yīng)的，燃盡風(fēng)平臺及樓梯進(jìn)行局部改造。再次，將前墻最下層（A層）4只燃燒器升級為煙臺龍?jiān)垂镜木哂械入x子點(diǎn)火功能的LYSC-Ⅰ型低NOx旋流燃燒器，將其余4層16只LNASB型燃燒器整體改造為煙臺龍?jiān)垂镜腖YSC-Ⅲ型低NOx旋流燃燒器，其標(biāo)高及水平位置均保持不變。

1.3 分析問題及解決辦法

改造后不久，兩臺鍋爐在運(yùn)行中均出現(xiàn)了程度不一的結(jié)焦情況、同時(shí)引發(fā)焦塊掉落時(shí)爐膛負(fù)壓波動(dòng)大、NOX生成濃度高等問題，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生因焦塊掉落壓停撈渣機(jī)的情況發(fā)生，而且焦塊掉落溢出的熱水對零米運(yùn)行人員造成極大的人身威脅。因此，機(jī)組被迫減少負(fù)荷，維持安全運(yùn)行。

為了解決上述問題，我們集思廣益，一邊加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整控制摸索，一邊咨詢相關(guān)燃燒專家，并制定了以下措施：

（1）運(yùn)行氧量控制在2.5-2.8%之間；

（2）就地燃燒器風(fēng)門開度及內(nèi)外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度按照以下設(shè)置運(yùn)行（燃燒器內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度為50%，內(nèi)二次風(fēng)門全開，外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度為最弱，OFA風(fēng)噴嘴旋流風(fēng)旋流強(qiáng)度為最弱）；

（3）中高負(fù)荷鍋爐一次風(fēng)量不低于70t/h且保持一致，BD層二次風(fēng)箱開度為50%、AE層二次風(fēng)箱開度中高負(fù)荷分別為50/75%；

（4）加強(qiáng)對入爐煤監(jiān)控，確保入爐煤灰熔點(diǎn)在1400℃以上；

（5）提高吹灰頻率，一般每班至少吹灰4次，必要時(shí)進(jìn)行不間斷吹灰；

（6）加強(qiáng)爐內(nèi)火焰監(jiān)控和爐膛溫度的測量，盡量保證爐內(nèi)溫度最高點(diǎn)小于1500℃，以降低熱力型NOx的生成。

經(jīng)過上述運(yùn)行控制調(diào)整，結(jié)焦情況有所緩解，但每天仍垮焦5次左右，未根本上解決。

為了徹底消除上述現(xiàn)象，公司組織專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)結(jié)焦分布情況和燃燒情況分析，結(jié)論為結(jié)焦嚴(yán)重的問題根源為火焰中心向上偏移，偏離了原設(shè)計(jì)位置，需檢查調(diào)整燃燒器和強(qiáng)化運(yùn)行調(diào)整同步實(shí)施，共同控制燃燒達(dá)到徹底消除目的。在檢修進(jìn)程中，對兩臺鍋爐的燃燒器進(jìn)行了仔細(xì)檢查，果然發(fā)現(xiàn)部分燃燒器噴口及導(dǎo)流環(huán)被燒損，而且部分D、E層燃燒器水平度仰角>+3°。

根據(jù)檢查結(jié)果，有針對性的制定了整改方案，方案如下：

（7）燃燒器一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)擴(kuò)錐、導(dǎo)流環(huán)檢查校正；

（8）部分D、E層燃燒器角度向下調(diào)整為±0°；

（9）磨煤機(jī)分離器折向擋板優(yōu)化設(shè)計(jì)、重新定位。endprint

（10）標(biāo)高為37.25m、25.05m處兩側(cè)前各加裝一只吹灰器，標(biāo)高37m到46m之間的合適位置四面墻加裝一層16只吹灰器。

調(diào)整完畢后，運(yùn)行至今未發(fā)生垮焦情況，為機(jī)組超低排放奠定了良好基礎(chǔ)。

2 燃燒結(jié)焦的原因分析

通過以上事件分析，我們總結(jié)了以下幾個(gè)方面原因：

2.1 煤種的原因

結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上?；业娜埸c(diǎn)是結(jié)焦的關(guān)鍵。煤灰對于高溫受熱面沾污結(jié)焦的傾向，可用灰熔點(diǎn)溫度及灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)?；业娜埸c(diǎn)與灰的化學(xué)成分、灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)。灰的化學(xué)成分以及各成分含量比例決定灰熔點(diǎn)的高低?；胰埸c(diǎn)比其混合物中最低熔點(diǎn)還要低?；胰埸c(diǎn)與灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)降低大約200℃。這是因?yàn)檫€原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃?；胰埸c(diǎn)較低的煤種容易結(jié)焦。

2.2 結(jié)焦與燃燒器設(shè)計(jì)、安裝有關(guān)

直吹式燃燒器安裝角度有偏斜、四角切圓燃燒器切圓過大，燃燒器本身存在缺陷，導(dǎo)致煤粉氣流發(fā)生偏斜，火焰中心上移，爐膛溫度過高，往往會(huì)導(dǎo)致鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦。

2.3 結(jié)焦與燃燒調(diào)整有關(guān)

一次風(fēng)壓過低，煤粉過細(xì)，著火早，空氣氧量不足，二次風(fēng)配比不當(dāng)，sofa風(fēng)的調(diào)整不及時(shí)等等，使煤粉達(dá)不到完全燃燒，未完全燃燒造成煙氣中一氧化碳增多，灰熔點(diǎn)就會(huì)顯著降低，結(jié)焦加重，加之燃煤揮發(fā)份較高，也使結(jié)焦加劇。

2.4 結(jié)焦與吹灰、清焦不及時(shí)有關(guān)

當(dāng)爐膛受熱面積灰過多時(shí)，如清理不及時(shí)，或發(fā)現(xiàn)結(jié)焦沒有及時(shí)清除都會(huì)造成受熱面壁溫升高，從而使受熱面產(chǎn)生結(jié)焦。吹灰和清理焦渣不及時(shí)。積灰使受熱面粗糙，一有粘結(jié)性的灰碰上就附著其上，若不及時(shí)清理將形成惡性循環(huán)。

3 鍋爐結(jié)焦的危害

（1）爐膛局部結(jié)焦后，使結(jié)焦部分水冷壁吸收熱量減少，循環(huán)流速下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使循環(huán)停滯而造成水冷壁管爆管事故；爐膛大面積結(jié)焦時(shí)，會(huì)使?fàn)t膛吸熱量大大減少，爐膛出口煙氣溫度過高，造成過熱蒸汽溫度偏高，導(dǎo)致過熱器管壁超溫；結(jié)焦會(huì)縮短鍋爐設(shè)備的使用壽命；排煙損失增大，鍋爐效率降低；引風(fēng)機(jī)消耗電量增加；

（2）結(jié)焦易成灰渣大塊，使撈渣機(jī)運(yùn)輸困難，有時(shí)會(huì)過載跳閘，為了保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組不得不降負(fù)荷運(yùn)行。在運(yùn)行當(dāng)中曾發(fā)生幾次大面積掉焦，甚至焦渣掉落時(shí)掉落撈渣機(jī)，將撈渣機(jī)內(nèi)水汽化噴出，經(jīng)實(shí)際測量溫度高達(dá)150℃，多次嚴(yán)重威脅機(jī)組運(yùn)行人員人身安全，同時(shí)掉落的渣塊為結(jié)晶狀，硬度較高，對水冷壁的安全造成很大威脅。

（3）鍋爐的大焦塊掉在撈渣機(jī)后，瞬間產(chǎn)生大量的水蒸氣，破壞撈渣機(jī)的水封，同時(shí)使?fàn)t底漏入大量冷風(fēng)，容易造成燃燒器區(qū)域（尤其是下排燃燒器區(qū)域）煤粉火焰著火狀況的嚴(yán)重惡化，使?fàn)t膛負(fù)壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)（超限）而引起鍋爐滅火。

（4）為減少結(jié)焦，保證蒸汽溫度，運(yùn)行當(dāng)中需要不間斷的進(jìn)行吹灰，加重了吹灰器負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致吹灰器故障頻發(fā)，吹灰器從原來6年一次大修改為現(xiàn)在3年一次，大大增大了運(yùn)行維護(hù)量。但頻繁投入吹灰器容易吹傷水冷壁，造成極大隱患。

以2016年為例：1）2016年#13機(jī)組檢修后運(yùn)行小時(shí)數(shù)2813.48小時(shí)，按受限負(fù)荷40MW計(jì)算，電量總數(shù)11253.9萬度，上網(wǎng)電價(jià)0.38355元/千瓦時(shí)，挽回金額4316.43萬元。2）2016年#14機(jī)組C修后運(yùn)行小時(shí)數(shù)687.12小時(shí)，按受限負(fù)荷40MW計(jì)算，電量總數(shù)2748.48萬度，上網(wǎng)電價(jià)0.38355元/千瓦時(shí)，挽回金額1054.18萬元。3）垮焦嚴(yán)重導(dǎo)致多次壓跳撈渣機(jī)，半年時(shí)間導(dǎo)致共計(jì)機(jī)組直接損失電量1656.2萬千瓦時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)0.38355元/千瓦時(shí)，改造后未再發(fā)生，折算挽回金額635.24萬元。

共計(jì)直接經(jīng)濟(jì)效益：6005.85萬元，其余間接效益如燃料費(fèi)用，人員檢修、材料費(fèi)用因較復(fù)雜，未統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)過解決結(jié)焦嚴(yán)重問題后，對機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供了有效保障，使機(jī)組能夠穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為機(jī)組超低排放奠定了良好基礎(chǔ)，同時(shí)為集團(tuán)公司解決同類問題提供了參考方向。

4 結(jié)語

由于鍋爐低氮燃燒器改造投運(yùn)時(shí)間不長，問題暴露的還不完全，同時(shí)我們對問題的認(rèn)識還不充分，對處理問題的經(jīng)驗(yàn)還不足，我們將繼續(xù)保持謙遜謹(jǐn)慎的心態(tài)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，大膽創(chuàng)新，銳意進(jìn)取，在工作中不斷摸索和總結(jié)，才能達(dá)到燃煤鍋爐在運(yùn)行中不結(jié)焦、少結(jié)焦的效果，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行。為保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行貢獻(xiàn)自己一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]趙曉義.電廠鍋爐結(jié)焦原因分析與對策[J].能源與節(jié)能，2016，（09）：133-134+136.[2017-08-07].DOI：10.16643/j.cnki.14-1360/td.2016.09.054.

[2]潘利民.針對解決鍋爐結(jié)焦問題的探究[J].硅谷，2012，（11）：117-119.[2017-08-07].endprint