改造者:肖振清
針對某電廠2 號鍋爐頻繁結焦問題,系統(tǒng)分析鍋爐結焦的具體原因,提出采用混煤摻燒試驗、消除氧量偏差、減少鍋爐漏風等方法,成功減輕鍋爐結焦。
某電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造的HG-2145/25.4-YM12 型超臨界變壓運行直流鍋爐,前后墻對沖旋流燃燒器,爐渣采用干式排渣方式,設計煤種為甘肅華亭縣境內煙煤。該電廠2 號鍋爐投運后曾發(fā)生嚴重的結焦現(xiàn)象,表現(xiàn)為受熱面管壁超溫、排煙溫度超過設計值、爐內時有大焦脫落導致除渣系統(tǒng)碎渣機頻繁卡大渣塊跳閘,嚴重威脅機組安全穩(wěn)定運行。經治理后結焦問題大有緩解,以下結合2 號鍋爐運行情況對鍋爐結焦原因及調整對策加以分析。
當熔融或者半熔融狀態(tài)的煤灰與鍋爐受熱面接觸時,由于受熱面溫度較低,煤灰會粘附在受熱面上而產生結焦,所以鍋爐結焦與煤灰的熔融特性有很大關系,灰熔點越低,越容易發(fā)生結焦。該電廠超臨界鍋爐設計煤種為華亭礦區(qū)煙煤,為降低電煤成本,實際采用華亭礦區(qū)煙煤煤和寧夏煤摻燒方案,其中華亭煤約占50%左右,各煤質化學分析如表1 所示。
寧夏煤揮發(fā)分高易燃,爐內燃燒集中,爐膛出口煙溫也隨之升高,而且軟化溫度較華庭煤低60℃;其次寧夏煤含硫量大,文獻2 指出隨著硫的質量分數(shù)及鐵的質量分數(shù)的增加,結渣現(xiàn)象加劇,所以寧夏煤有較強的結焦特性。實際運行中觀察也發(fā)現(xiàn)鍋爐結焦主要發(fā)生在寧夏煤摻煤比例發(fā)生變化時。
煤粉缺氧燃燒時煙氣中會生成CO、H2等還原性氣體,在還原性氣氛作用下灰中高熔點的Fe2O3被還原成低熔點的FeO,使灰熔點迅速降低約200℃,燃燒器噴口處容易發(fā)生結焦。聯(lián)系熱工對空預器入口4 個氧量測點重新校正后檢查各負荷下空預器入口平均氧量均大于3%,再結合飛回含碳量及煙氣CO 含量判斷,爐內燃燒總過量空氣系數(shù)足夠,能滿足完全燃燒條件。
但如果磨煤機出粉管出粉不均或者鍋爐配風調整不當時,盡管爐內總空氣量足夠,局部仍可能出現(xiàn)缺氧產生局部還原性氣氛而導致結焦。如表2 所示,不同負荷下鍋爐B 側氧量始終較A 側氧量低。爐膛左右兩側的氧量偏差,使爐膛內在爐寬方向上產生局部還原性氣氛,造成灰熔點大幅降低,造成燃燒器區(qū)域結焦。
表2 氧量偏差
煤粉過粗的原因:入爐煤可磨性差、發(fā)熱量低,磨煤機長期運行磨輥磨損,研磨出力下降。煤質差時高負荷需六套制粉系統(tǒng)才能滿足鍋爐熱負荷需要。在燃燒調整上多采取加大一次風量,保證磨煤機通風出力,防止磨煤機堵磨;其次各磨煤機風量測點長期不準,風煤比失去參考意義,運行中主要參考磨煤機電流、出口風壓來判斷磨煤機出力狀況。特別是在高負荷時為防止磨煤機發(fā)生堵磨,通常采取高一次風壓、低動態(tài)分離器頻率的調整策略。
一次風壓越大,相同條件下動態(tài)分離器篩選出的煤粉越粗,一次風量越多,使煤粉氣流著火初期所需的熱量增多,煤粉著火推遲,抬高火焰中心,也會加重爐膛出口結焦傾向;同時過高的一次風雨,也容易使煤粉氣流沖刷爐膛內對側水冷壁。
表1 煤質分析
鍋爐采用干式除渣系統(tǒng),用外界冷空氣冷卻爐渣并能回收爐渣部分熱量。2 號鍋爐在高負荷運行時即使鋼帶主進風門全打開,冷卻后的爐渣溫度仍大于設計值100℃,需要開啟部分鋼帶檢查孔增強通風冷卻。這無疑加大爐膛底部漏風,一方面使鍋爐底部燃燒器卷吸到的煙氣溫度大幅降低,不利于煤粉著火;另一方面爐底漏風抬高爐膛火焰中心,造成爐膛中上部燃燒過于集中,爐膛出口煙溫升高,加劇鍋爐結焦程度。
鍋爐負荷越高,爐膛出口煙溫也越高,煤灰在接近受熱面時越容易保持熔融或半熔融狀態(tài),同時高負荷煙氣流速大幅增大,煤粉火炬延長。如果鍋爐長時間高負荷運行,鍋爐結焦可能性增大。
為消除鍋爐氧量偏差,聯(lián)系熱工對鍋爐兩側二次風大風箱調節(jié)擋板進行重新定位,優(yōu)化擋板調節(jié)線性,檢查就地開度與DCS 開度指令基本一致;然后重新調整旋流燃燒器二次風拉桿位置,采用外二次風全開,外二次風旋流50%、內二次風及旋流50%的均等配風方式。進一步消除鍋爐兩側風量不均的影響,防止火焰偏斜。
為了使入爐煤的燃燒性能、結焦特性接近設計煤種,發(fā)電運行部進行了細致的混煤燃燒試驗,逐步改變寧夏煤的摻燒比例,觀察鍋爐結焦情況,盡可能降低混煤結焦性和粘結性指標,保證入爐煤質量。同時加強煤質監(jiān)督管理,煤質變化時及時通知運行人員調整運行方式,優(yōu)化燃燒降低結焦的可能性。
煤粉細度直接影響煤粉的燃盡時間,煤粉過粗時燃盡時間長則火焰中心升高,易導致爐膛出口受熱面結渣;煤粉過細時燃燒器區(qū)域熱負荷過于集中,水冷壁結渣傾向性增加。所以磨煤機動態(tài)分離器頻率應根據(jù)煤粉細度化驗結果及時調整,保證R90 在18%~25%之間,防止結焦的同時也降低了鍋爐飛灰和爐渣含碳量。
二次風擋板在均等配風原則下,采用中間小上下大的策略,但特別是高負荷時,要將中間層的二次風門盡量關小,盡量使爐膛熱負荷分散,以降低爐膛中心溫度,防止鍋爐結焦。低負荷330MW,各運行磨煤機二次風箱擋板開度不低于40%,底層燃燒器不低于50%,燃盡風門開度不低于60%,高負荷550MW,各運行磨煤機二次風箱擋板開度不低于50%,底層燃燒器二次風箱擋板平均開度不低于80%,燃盡風門平均開度不低于90%。
增大爐內過量空氣系數(shù),總風量要參照經濟氧量上限控制,負荷330MW 控制鍋爐氧量在4.0%,最低不低于3.5%,660MW 控制在3.5%,最低不低于3.0%。鍋爐結焦時,氧量應在上述基礎上上浮0.5%~1%。
鍋爐運行中在風量滿足要求的情況下,應適當降低一次風風量,同時根據(jù)煤質變化調整磨煤機熱風溫度,當煤質揮發(fā)分較高時,適當降低磨煤機出口風溫,推遲煤粉著火,避免燃燒器出口結焦。
干式除渣系統(tǒng)的冷空氣量要控制在正常過量空氣系數(shù)以內,在保證鋼帶頭部溫度<100℃的情況下,盡量關閉鋼帶風門及各人孔、檢查孔;同時及時檢查鍋爐所有人孔、觀火孔、打焦孔關閉嚴密,以減小鍋爐漏風,降低火焰中心。
當鍋爐出現(xiàn)結焦跡象,如過熱汽溫及再熱器汽溫升高、排煙溫度升高、空預器電流波動、受熱面金屬溫度超溫等現(xiàn)象時,及時投入鍋爐吹灰。高負荷時更應進行全面吹灰,防止灰渣大量積聚,控制鍋爐結焦程度。
鍋爐長時間高負荷運行后,在用電低谷時申請低負荷運行幾小時。鍋爐熱負荷下降、爐膛溫度降低,積聚在受熱面的灰渣,從高負荷下的熔融狀態(tài)向固態(tài)化方向轉變,并且對水冷壁的附著力大大下降,冷卻的焦塊自行脫落。
通過以上分析,2 號鍋爐結焦主要原因為寧夏煤硫分高、灰熔點低,混煤燃燒時摻煤不合理,入爐煤偏離設計煤種,而氧量偏差和鍋爐底部漏風加大了鍋爐結焦的可能性。通過采取以上措施后,鍋爐結焦基本得到了控制。要想進一步的解決結焦問題,還需要做大量細致的試驗,下一步計劃進行鍋爐冷、熱態(tài)空氣動力場試驗,調整燃燒器內、外二次風配風方式,細化同層二次風拉桿位置,進一步減小鍋爐沿爐膛寬度的氧量偏差。