330 MW四角切圓鍋爐去除衛(wèi)燃帶后影響分析

馮文會(huì)，李彥龍，張海楠，程廣立

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，河北 石家莊 050200；2.華電電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180)

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)于環(huán)保要求逐漸提高以及煤炭市場(chǎng)供應(yīng)波動(dòng)，越來(lái)越多的機(jī)組開(kāi)始進(jìn)行不同煤質(zhì)摻燒，造成對(duì)原有機(jī)組產(chǎn)生不同程度的影響。某300 MW亞臨界參數(shù)機(jī)組鍋爐在進(jìn)行煤質(zhì)摻燒時(shí)，鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，影響機(jī)組安全運(yùn)行[1]。新疆宜化330 MW機(jī)組為亞臨界參數(shù)、四角切圓鍋爐，在燃用準(zhǔn)東煙煤過(guò)程中，結(jié)焦嚴(yán)重，導(dǎo)致汽溫、煙溫等參數(shù)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值[2]。云南某電廠300 MW機(jī)組在燃用劣質(zhì)煤時(shí)，偏離原來(lái)設(shè)計(jì)煤質(zhì)，導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦，影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1 設(shè)備概況

某電廠2×330 MW機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)制造的1170 t/h、亞臨界壓力、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、干式排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架的П型汽包鍋爐。中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)采用低速筒式鋼球磨煤機(jī)，熱風(fēng)干燥送粉。采用水平濃淡寬調(diào)節(jié)比(WR)燃燒器，四角布置切向燃燒方式。燃燒器每角共裝設(shè)16只噴嘴，由6只煤粉噴嘴，8只二次風(fēng)噴嘴和2只三次風(fēng)噴嘴組成。低氮燃燒器改造后在鍋爐各燃燒器頂部標(biāo)高33.3 m處布置2層下部燃盡風(fēng)噴嘴(BAGP1、BAGP2)，標(biāo)高37.5 m處布置2層上部燃盡風(fēng)噴嘴(UAGP1、UAGP2)。本鍋爐設(shè)計(jì)燃用無(wú)煙煤，為使著火穩(wěn)定及低負(fù)荷穩(wěn)燃，在爐膛下部燃燒器區(qū)域四周水冷壁處鋪設(shè)衛(wèi)燃帶，分上、中、下3段，總面積98.8 m2，鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 存在問(wèn)題

該電廠原爐內(nèi)布置按照低揮發(fā)分煤(Vdaf為11.75%～13%)選型設(shè)計(jì)，目前運(yùn)行燃煤的揮發(fā)分較高(Vdaf為18%～22%)，并且運(yùn)行中的煤種來(lái)源廣泛，實(shí)際入爐煤煤質(zhì)成分差異較大，雖然混和后的煤質(zhì)成分靠近低氮燃燒器改造后的煤質(zhì)成分，但原有爐膛設(shè)計(jì)仍不能很好地適應(yīng)目前這種變化。同時(shí)為適應(yīng)國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)變化，電廠采取提高鍋爐煙煤摻燒比例的運(yùn)行方式，導(dǎo)致衛(wèi)燃帶附近煙氣溫度過(guò)高。衛(wèi)燃帶附近過(guò)高的煙氣溫度不僅為結(jié)焦提供了有利條件，還為高溫腐蝕提供了條件[4]，使得鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)如下一系列問(wèn)題。

a.爐膛結(jié)焦

鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中結(jié)焦現(xiàn)象非常嚴(yán)重，掉焦頻率高，掉焦體積大，嚴(yán)重影響機(jī)組正常運(yùn)行。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)結(jié)焦位置主要集中在水冷壁衛(wèi)燃帶附近，焦塊硬度大，為典型的高溫硬焦形態(tài)(見(jiàn)圖1)。鍋爐長(zhǎng)期大量掉落大焦塊進(jìn)一步導(dǎo)致鍋爐水冷壁冷灰斗處四角斜坡段均存在不同程度的下凹變形，其中以2號(hào)鍋爐出現(xiàn)的情況尤為明顯，其2號(hào)角6.5 m鍋爐灰斗處橫向鋼梁更是因下凹彎曲變形而撕裂(見(jiàn)圖2)，影響了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

b.水冷壁高溫腐蝕

該電廠自進(jìn)行低氮燃燒器改造后，鍋爐水冷壁的高溫腐蝕情況呈現(xiàn)逐年加劇的趨勢(shì)。從檢修期間水冷壁更換管段數(shù)量逐年增多的情況可以推斷，發(fā)生高溫腐蝕區(qū)域的面積逐漸擴(kuò)大，且部分剛更換的管段也存在壁厚迅速減薄現(xiàn)象，最大減薄速率為0.15 cm/a。E、F層一次風(fēng)噴口有明顯燒損現(xiàn)象，三次風(fēng)噴口燒損嚴(yán)重，整體高溫腐蝕情況較為嚴(yán)重。

c.脫硝入口氮氧化物濃度偏高

低氮燃燒器改造后設(shè)計(jì)滿負(fù)荷工況下脫硝入口氮氧化物濃度小于600 mg/Nm3，但近年來(lái)鍋爐爐膛出口氮氧化物濃度一直保持在較高水平，機(jī)組負(fù)荷300 MW時(shí)平均濃度達(dá)到700 mg/Nm3，高峰時(shí)可達(dá)800 mg/Nm3。在165 MW低負(fù)荷時(shí)，濃度也保持在600 mg/Nm3左右，不僅增加了脫硝的運(yùn)行材料費(fèi)用，也加大了空預(yù)器堵塞概率，給環(huán)保安全運(yùn)行帶來(lái)壓力。

3 原因分析及措施

影響鍋爐結(jié)焦的因素很多，主要有燃煤特性、爐膛結(jié)構(gòu)、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)、爐膛衛(wèi)燃帶布置等[5]。對(duì)于四角切圓燃燒類型鍋爐，爐膛截面熱負(fù)荷是非常重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，直接關(guān)系到爐膛的燃燒狀況和受熱面布置[6]，該電廠采用瘦高型爐膛(爐膛斷面近似正方形，寬度14.14 m，深度13.23 m，爐頂管中心標(biāo)高62.5 m)，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷高，水冷壁管壁區(qū)域溫度較高。同時(shí)，為保持燃燒穩(wěn)定，布置了一定量的衛(wèi)燃帶，以提高爐膛溫度，保持燃燒穩(wěn)定，但衛(wèi)燃帶使水冷壁主燃燒區(qū)域溫度升高，為高溫腐蝕創(chuàng)造了條件。

當(dāng)水冷壁壁面有一定結(jié)積物，周圍有還原性氣體，管壁處于相當(dāng)高的溫度時(shí)，水冷壁就容易發(fā)生管外腐蝕。主要影響因素有：燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可產(chǎn)生高溫腐蝕的物質(zhì)；水冷壁附近出現(xiàn)還原性氣氛和腐蝕性氣體；水冷壁附近存在高溫區(qū)域；腐蝕產(chǎn)物剝落，使得腐蝕不斷地滲透內(nèi)層。

由鍋爐結(jié)焦產(chǎn)生的原理可以看出，衛(wèi)燃帶為爐內(nèi)結(jié)渣提供了溫度條件，對(duì)于已投運(yùn)的布置有衛(wèi)燃帶的鍋爐，減少衛(wèi)燃帶面積，特別是減少向火側(cè)易結(jié)渣區(qū)域的衛(wèi)燃帶面積是緩解爐內(nèi)結(jié)渣程度的技術(shù)措施之一[7]。去除爐膛內(nèi)衛(wèi)燃帶，鍋爐熱負(fù)荷下降，有利于降低燃燒區(qū)域氮氧化物生成，也有利于避免發(fā)生高溫腐蝕。但在去除衛(wèi)燃帶后，主燃燒區(qū)域與煙氣的直接接觸面積增加，因此需要在此區(qū)域進(jìn)行防高溫腐蝕噴涂，作為防高溫腐蝕的輔助手段。

4 鍋爐去除衛(wèi)燃帶后運(yùn)行參數(shù)變化

通過(guò)衛(wèi)燃帶改造，可以發(fā)現(xiàn)主燃燒區(qū)域的溫度明顯下降，其中以上層爐膛溫度下降最為明顯，且負(fù)荷越高，溫度下降越明顯。在230 MW負(fù)荷下，爐膛平均溫度下降了88.2 ℃，較改造前下降6.57%。溫度降幅最大為F層，高達(dá)151 ℃。在300 MW負(fù)荷下，爐膛平均溫度下降了131.2 ℃，較改造前下降9.87%。溫度降幅最大為E層，溫度降幅達(dá)到了207 ℃。整體爐膛溫度在鍋爐穩(wěn)定燃燒范圍內(nèi)，滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求。改造后不同負(fù)荷下，爐膛溫度對(duì)比見(jiàn)圖3、圖4。

由圖5、圖6可以看出，經(jīng)過(guò)鍋爐水冷壁去除衛(wèi)燃帶改造后，各主要參數(shù)指標(biāo)發(fā)生明顯改變。在相同負(fù)荷情況下，爐膛出口氮氧化物濃度大幅下降。在300 MW負(fù)荷下，排放的煙氣中氮氧化物濃度同比下降9.52%；165 MW負(fù)荷下，排放的煙氣中氮氧化物濃度同比下降超過(guò)23%。氮氧化物濃度降至燃燒器改造的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，有效緩解了脫硝系統(tǒng)運(yùn)行壓力，降低了液氨耗量，機(jī)組減溫水量也大幅下降。在300 MW負(fù)荷下，減溫水下降為47.5%；165 MW負(fù)荷下，減溫水量下降為36.2%，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯提高。

鍋爐主蒸汽溫度較改造前無(wú)明顯變化，再熱汽溫較去除衛(wèi)燃帶前有所降低，可以通過(guò)調(diào)節(jié)尾部煙氣擋板，如關(guān)小低溫過(guò)熱器側(cè)的煙氣擋板增強(qiáng)低溫再熱器側(cè)吸熱，以彌補(bǔ)爐內(nèi)吸熱增加導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫降低及再熱器換熱溫差降低。同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，適度降低爐內(nèi)、過(guò)熱器側(cè)的吹灰頻次，增強(qiáng)再熱器側(cè)吸熱，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行無(wú)不良影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐去除衛(wèi)燃帶后，爐膛主燃燒區(qū)域溫度有了大幅下降，特別是上層爐膛溫度下降最為明顯。機(jī)組負(fù)荷越高，爐膛溫度下降幅度越明顯。在300 MW負(fù)荷下，爐膛平均溫度下降9.87%；在230 MW負(fù)荷下，爐膛平均溫度下降6.57%。去除衛(wèi)燃帶后，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)也得到了優(yōu)化。氮氧化物排放量、機(jī)組減溫水量都大幅下降。但由于爐膛區(qū)域衛(wèi)燃帶去除后，水冷壁區(qū)域與煙氣的直接接觸面積增加，因此此區(qū)域仍需進(jìn)行防高溫腐蝕噴涂，同時(shí)進(jìn)行鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整。此外，去除衛(wèi)燃帶后，機(jī)組再熱汽溫會(huì)有所降低，需采取相應(yīng)手段進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整。綜上可知，去除衛(wèi)燃帶后，爐膛熱負(fù)荷降低，可有效治理鍋爐高溫腐蝕、結(jié)焦、爐膛出口氮氧化物濃度偏高問(wèn)題。對(duì)于因燃燒較高揮發(fā)分混煤而導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度過(guò)高的機(jī)組，去除衛(wèi)燃帶是有效解決鍋爐結(jié)焦的方法。