董文強

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東 潮州 515723）

1 設備概述

某電廠600 MW機組鍋爐是由哈爾濱鍋爐有限責任公司引進三井巴布科克能源公司（Mitsui Babcock Energy Limited）技術生產的超臨界參數變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。鍋爐燃燒方式為前后墻對沖燃燒，前后墻各布置3層哈爾濱工業(yè)大學設計的中心給粉旋流低NOx燃燒器，每層各有5只，共30只。改造后的中心給粉旋流低氮燃燒器原理如圖1所示，該燃燒器一次風管內主要有煤粉濃縮器、中心支架組件，燃燒器內、外二次風噴口同心布置，燃燒器噴口注有澆筑料密封。

圖1 中心給粉燃燒器

2 鍋爐結焦原理

產生結渣的先決條件是呈熔融狀態(tài)顆粒與壁面的碰撞，通常情況下，燃燒后的灰渣顆粒會隨著煙氣一起流動，當流動至爐膛水冷壁或其他受熱面時，因為受熱面吸熱導致溫度下降，混合在煙氣中的大渣粒因為溫度驟降就會凝固，附著在受熱面的管壁上，形成一層比較疏松的灰層。在爐膛內溫度較高的狀態(tài)下，部分達到熔融或半熔融狀態(tài)的灰粒具有較高的黏結力，就會導致在受熱面上，不斷循環(huán)反復，就會導致結焦不斷發(fā)展[1]。

3 常見的鍋爐結焦原因分析

3.1 燃燒器損壞造成受熱面結焦

燃燒會根據旋轉強度的不同，產生不同的煤粉氣流，燃燒最佳氣流應為開放型氣流，當燃燒器設計不合理或者對煤種適應差，燃燒器噴口、燃燒室或者煤粉濃縮器損壞時，一次風剛性變差，氣流的射程減小，燃燒器正常氣流被破壞，容易形成全擴散氣流，又叫做“飛邊”。這樣的氣流離開燃燒器后便會貼墻運動，一方面會使火焰刷墻、燃燒偏斜，另一方面會使燃燒器局部溫度升高，造成燃燒器周圍結焦或側墻結焦[2]。局部結焦會進一步導致爐膛溫度升高，爐膛溫度升高使含有堿金屬化合物的積灰外表面黏結性增強，加速積灰過程的發(fā)展，使受熱面結渣呈指數規(guī)律上升。

3.2 氧量降低造成上部受熱面結渣

1）氧量降低對鍋爐爐膛出口煙溫的影響。低氮燃燒器改造后，由于主燃區(qū)的溫度和氧量的降低，使得煤粉在主燃區(qū)的燃盡程度下降，煤粉的燃盡過程延長，火焰中心有所上移。未燃盡的組分隨氣流上升到爐膛上部的燃盡區(qū)與燃盡風進一步混合燃燒，完成煤粉的燃燒過程，由于未燃盡的組分在燃盡區(qū)的進一步燃燒，造成該區(qū)域溫度比改造前有明顯升高。隨著負荷增加，氧量的降低，爐膛出口煙溫會明顯升高，造成積渣。

2）氧量降低對灰熔點的影響。從低氮燃燒器原理可知，為降低NOx的排放量，主燃燒器區(qū)域內為低溫、低氧燃燒。氧量降低后，CO的生成量會隨之升高，爐內還原性氣氛增強，在還原性氣氛下，容易導致熔點較高的Fe2O3，還原為熔點較低的FeO，在高溫還原性氣氛下，FeO會與SiO2、CaO等化合物生成低熔點共晶體，進而加劇鍋爐的結焦現象，燃用低熔點煤時更容易使受熱面結焦。

3.3 煤粉細度控制不當造成受熱面結焦

某電廠600 MW超臨界機組出現結焦后，對所有制粉系統(tǒng)進行摸底發(fā)現，各臺磨煤機平均煤粉細度均在20%左右，但是其中有兩臺磨煤機3號粉管煤粉細度明顯偏大，達到40%，有一臺磨煤機4、5號粉管煤粉細度明顯偏小，分別為8%、9%，調整后鍋爐結焦問題得到徹底解決。煤粉過細，煤粉顆粒表面積增大，增加煤粉與空氣中氧氣的接觸有利于燃燒，但煤粉出燃燒器噴口易著火，使噴燃器區(qū)域熱負荷更高，容易造成噴燃器附近結焦并燒壞火嘴[3]；煤粉過粗，火焰中心上移，使爐膛出口溫度升高，容易導致爐膛出口受熱面管壁結焦。當單臺磨煤機個別粉管煤粉細度明顯偏大，粗顆粒容易從氣流中分離出來與壁面碰撞，因熱容量大，換熱系數小而在受熱面冷卻固化，導致結焦發(fā)生。所以運行中應保持煤粉細度在合格的范圍內。

3.4 配煤摻燒不當造成鍋爐結焦

某電廠在摻燒低灰熔點菲律賓煤過程中，屏式過熱器出現了明顯結焦現象，通過煤樣和焦樣分析可知，菲律賓煤屬于易結焦煤，結焦特性如表1所示。在結焦前菲律賓煤最大摻燒比例達到60%，摻燒方式采用分磨摻燒方式，后通過采取將摻燒比例降低至30%以下且在最下層磨煤機摻配措施鍋爐結焦明顯得到改善。

表1 菲律賓結焦特性分析表

摻燒試驗表明，不同灰渣特性的煤種摻燒對于結焦有著明顯的影響，大比例單燒結焦性較強的煤種時，鍋爐容易發(fā)生嚴重結焦，但通過嚴控易結焦煤種的比例或者與高熔點的煤種按一定比例爐外預混摻燒時，結焦會得到有效控制。

4 鍋爐結焦預防措施

4.1 設計及檢修方面

1）進行燃燒器、受熱面等影響爐內動力場的改造時，應充分考慮設計煤種和實際摻燒煤種特性，詳細核算，充分調研，保證改造后鍋爐對煤種的強適應性。

2）燃燒器改造后，鍋爐投運前應進行冷態(tài)爐膛空氣動力場試驗，以檢查燃燒器安裝角度是否正確，確定鍋爐爐內空氣動力場符合設計要求。

3）機組檢修時，重點檢查燃燒器噴口澆注料、煤粉濃縮器及中心支架組件、噴口同心度等，及時對損壞的燃燒器進行更換，對存在變形和磨損的燃燒器進行修補。

4）若煤粉細度明顯異常，經運行調整無效，應及時檢查磨煤機磨輥、動態(tài)分離器、折向擋板等。

4.2 運行調整方面

1）優(yōu)化氧量調整曲線，提高氧量控制值，將尾部CO濃度（質量分數）控制在（200～500）×10-6，防止缺氧燃燒造成爐內還原性氣氛增強及鍋爐大面積結焦。

2）保持合理的一次風速和旋流強度，一次風速控制在27～32 m/s，調整一、二次風率、風速和風煤配比，使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近產生還原性氣氛，避免火焰偏斜直接沖刷水冷壁等。

3）摻配高揮發(fā)份煤種時，提高磨煤機風煤比，推遲著火，預防燃燒器燒損。

4）定期利用測溫裝置對燃燒器噴口及爐內大屏等處測溫，分析爐內溫度場變化，及時發(fā)現爐膛局部溫度高、燃燒器出口火焰紊亂等異常，并采取相應的調整措施。

5）積極進行制粉系統(tǒng)性能試驗，將磨煤機一次風調平、煤粉濃度調平，嚴格控制煤粉細度在合理范圍內，煙煤R90推薦控制在18%～25%，褐煤R90推薦控制在25%～30%。

6）避免機組長期低負荷運行，采用變負荷甩焦，每天負荷變化不小于25%額定負荷。

4.3 配煤摻燒方面

1）摻燒低灰熔點易結焦煤種時，若發(fā)現鍋爐有明顯結焦現象，應立即停止摻燒，待爐膛清潔后再降低比例摻燒。

2）配煤時充分掌握各煤種的煤質特性，合理控制褐煤與煙煤的摻燒比例，采用變比例方式改變燃燒器熱負荷，正常應采用爐內分倉摻燒方式，避免爐外預混引起的燃燒缺氧。

3）摻燒低灰熔點易結焦煤種時，采用與不易結焦煤種爐外預混摻配，對預防結焦有利，但采用此方式時，應對混煤取樣化驗并進行相關指標分析，確定科學的摻燒比例。

4）對于新引進煤種，如果灰熔點偏低（轉化溫度＜1 100℃），為防止出現鍋爐大面積結焦異常，必須謹慎試燒，必要時聯(lián)系電科院做摻燒試驗后，才允許正式摻燒。

5 結論

1）主燃區(qū)缺氧燃燒會導致爐內還原性氣氛變強；燃燒器損壞會導致全擴散燃燒氣流，燃燒偏斜；煤種的易結焦特性、爐內強還原性氣氛、燃燒器全擴散氣流、煤粉細度偏粗或偏細、配煤摻燒不當、一次風速偏低、旋流強度偏大等是造成鍋爐結焦的主要原因。

2）為有效預防鍋爐結焦，燃燒器改造時要充分考慮電廠實際摻燒煤種，機組檢修時要全面檢查燃燒器并對損壞部位進行修復，機組運行時要調平各磨煤機一次風速、煤粉細度，執(zhí)行變負荷甩焦、定期對燃燒器噴口及爐內大屏等處測溫等措施，制定配煤方案時要掌握各煤種的煤質特性，采用合理的配煤方式，低灰熔點易結焦煤種必須進行試燒并控制比例摻燒。