660 MW“W”型火焰鍋爐結(jié)焦分析及治理

陳光偉，何 剛

（貴州省習(xí)水鼎泰能源開發(fā)有限責任公司，貴州 遵義564611）

鍋爐結(jié)焦的主要原因之一是煤中黃鐵礦的存在[1]。“W”型火焰鍋爐設(shè)計燃用低揮發(fā)份無煙煤，燃燒室大量未燃帶的布置和燃燒器的布置方式?jīng)Q定了鍋爐側(cè)墻與翼墻易結(jié)焦，影響鍋爐效率，降低運行安全系數(shù)[2-3]。鍋爐結(jié)焦會導(dǎo)致水冷壁傳熱惡化、排煙問題升高， 嚴重時還會出現(xiàn)跨大焦造成爐膛負壓大幅波動以及撈渣機被迫停運等問題。

某2×660 MW 電廠“W”型火焰鍋爐運行期間，鍋爐側(cè)墻和翼墻結(jié)焦問題嚴重，跨大焦爐膛負壓波動最大可達+1 790 Pa（爐膛負壓三取二高二值+2 400 Pa，延時5 s 鍋爐MFT；三取二高三值+3 250 Pa，延時2 s 鍋爐MFT）。 據(jù)統(tǒng)計，該電廠此型號鍋爐至2015 年投產(chǎn)以來，撈渣機多次被迫停運，爐底冷灰斗被砸損一次。 為提高鍋爐運行的穩(wěn)定性、安全性，該電廠試驗出一種“W”型火焰鍋爐化焦方法，并被所在區(qū)域其他“W”型火焰鍋爐電廠的借鑒。

1 概述

1.1 鍋爐概況

該電廠2×660 MW 超臨界機組鍋爐系北京巴布科克威爾克斯有限公司生產(chǎn)的超臨界、 垂直管圈水冷壁、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、單爐膛露天島式布置“W”型火焰燃燒變壓直流鍋爐，其型號為：B&W B-2090/25.4-M。 每臺爐配置一臺刮板式撈渣機，6 臺正壓直吹式制粉系統(tǒng)，燃燒器采用濃縮型EI-XCL 低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器（如圖1 所示）。 燃燒器平行對稱布置于爐膛下部的爐拱上，前、后各12 只；在燃燒器下部與燃燒器相對應(yīng)，前、后墻各布置12 個乏氣噴口。與煤粉燃燒器對應(yīng)配置了24 只點火油槍，每個燃燒器下部均設(shè)有分級風(fēng)管，每個分級風(fēng)管與燃燒器噴口一一對應(yīng)。

1.2 燃料特性

鍋爐設(shè)計燃用煤種為本地煤， 煤質(zhì)特性和灰渣 特性見表1、表2。

圖1 燃燒器、分級風(fēng)、乏氣噴口布置示意圖

表1 設(shè)計、校核煤質(zhì)特性

表2 灰渣特性 （%）

2 結(jié)焦情況及分析

2.1 結(jié)焦情況

根據(jù)運行統(tǒng)計，機組長時間低負荷運行，鍋爐結(jié)焦問題比較嚴重， 結(jié)焦部位集中于20 m、23 m 層側(cè)墻和翼墻， 負荷升至500 MW 時常出現(xiàn)跨大焦的情況。通過側(cè)墻觀火孔觀察，鍋爐20 m 層右中、左中側(cè)墻區(qū)域結(jié)焦嚴重，焦層厚度達40 cm，右后側(cè)墻區(qū)域常出現(xiàn)懸焦；鍋爐23 m 層右后、左后側(cè)墻區(qū)域焦層厚度35 cm 左右；鍋爐10 m、13.7 m 層左、右側(cè)側(cè)墻無結(jié)焦現(xiàn)象。

2.2 結(jié)焦分析

2.2.1 運行控制不當

有研究表明[4-5]，“W”型火焰鍋爐側(cè)墻、翼墻結(jié)焦原因為：燃燒器噴入的風(fēng)粉混合物往下沖時會向兩側(cè)擠壓，出現(xiàn)部分風(fēng)粉混合物向側(cè)邊偏斜的現(xiàn)象，在沖刷側(cè)墻、翼墻的過程中，熔融煤灰撞擊墻面從而形成結(jié)焦。 不同負荷時段，前、后墻拱上套筒風(fēng)箱調(diào)節(jié)門、分級風(fēng)箱調(diào)節(jié)門、NOx風(fēng)箱調(diào)節(jié)門不匹配，套筒風(fēng)分門與分級風(fēng)分門不匹配， 加劇了上述現(xiàn)象的發(fā)生。 由于火焰行程較短，火焰中心區(qū)域偏高，燃燒區(qū)域溫度高，真正的“W”型燃燒難以實現(xiàn)。

2.2.2 燃用非設(shè)計煤種

“W”型火焰鍋爐結(jié)焦的關(guān)鍵原因是煤種的變化[6-8]。該電廠所處區(qū)域煤礦的特點為“小、亂、差”，與設(shè)計煤種存在差異。 表3 所示為鍋爐實際燃用煤質(zhì)特性，可見，鍋爐長期燃用非設(shè)計煤種。 停爐后檢查鍋爐20 m、23 m 結(jié)焦情況，如圖2、圖3 所示：焦塊較厚，部分處于懸吊狀態(tài)，外觀疏松呈黃褐色，夾帶部分黑色。取樣化驗灰渣熔融特性見表4。由參考文獻[1]對比表2、表4 數(shù)據(jù)可知，鍋爐結(jié)焦的主導(dǎo)因素是燃用煤種Fe2O3含量過高。

表3 實際燃用煤質(zhì)特性

圖2 鍋爐20 m 層側(cè)墻結(jié)焦情況圖

圖3 鍋爐23 m 層翼墻結(jié)焦情況圖

基于結(jié)焦指數(shù)理論及沾污指數(shù)理論[9-10]，可計算燃用煤種結(jié)焦指數(shù)RH和粘污指數(shù)（以當量Na2O 表示），判斷燃用煤種特性，公式如下：

通 過 式（1）、式（2）計 算 得 出RH＝0.596、當 量NaO2＝0.849。 根據(jù)文獻[11]所述煤種結(jié)焦性分級與粘污性能分級，RH＞0.3 為中等結(jié)焦性， 當量Na2O 介于0.5～1.0 之間為中等粘污趨勢，由此，可判斷燃用煤種屬于中等結(jié)焦性、中等沾污性煤種。

鍋爐運行期間測量爐膛煙氣最低溫度為1 316℃，燃用煤種軟化溫度為1 190 ℃，遠低于爐膛煙氣溫度，亦說明易于結(jié)焦。

綜上所述，鍋爐結(jié)焦情況與“W”型火焰鍋爐設(shè)計特點、 燃用非設(shè)計煤種及運行控制不當?shù)纫蛩赜嘘P(guān)。

表4 燃用煤種灰渣特性 （%）

3 化焦方法及效果

擬燃用外購設(shè)計煤種從根源上解決鍋爐結(jié)焦問題的設(shè)想， 不僅不切合實際還增加了經(jīng)營成本。 為此，該電廠通過前人已有的研究，深入調(diào)研，試驗出“W”型火焰鍋爐因燃用非設(shè)計煤種導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦的一種化焦技術(shù)， 規(guī)避了鍋爐因結(jié)焦產(chǎn)生的一系列不安全因素。

3.1 化焦方法

在鍋爐20 m、23 m 層側(cè)墻觀火孔處觀察結(jié)焦厚度大于30 cm 時，申請加負荷，關(guān)閉鍋爐20 m、23 m層側(cè)墻風(fēng)手動門和翼墻風(fēng)手動門。前、后墻拱上分級風(fēng)箱總門開至100%、90%開度，前、后墻拱上套筒風(fēng)箱總門開至80%、70%開度。 鍋爐運行時，必須維持前墻拱上風(fēng)箱調(diào)門開度大于后墻拱上風(fēng)箱調(diào)門開度5%～10%，防止火焰偏斜。 如圖1 所示：因C 磨煤機C2、C3 燃燒器和D 磨煤機D1、D4 燃燒器布置在爐膛最邊上， 化焦過程中必須保證C、D 磨煤機運行，在鍋爐10 m 平臺觀察孔處觀察流焦速度， 以每5 s內(nèi)直徑超過1 cm 的焦滴不超過10 滴為正常。

（1）若5 臺磨煤機運行，逐漸提高C、D 磨煤機分離器頻率至45 Hz， 將前墻A2、B2、C2、D1、E1、F1 燃燒器套筒風(fēng)調(diào)節(jié)門和后墻A3、B3、C3、D4、E4、F4 燃燒器套筒風(fēng)調(diào)節(jié)門開至35%～45%開度，對應(yīng)的分級風(fēng)調(diào)節(jié)門開至60%～70%開度。 若不見流焦，可逐漸提高其他三臺磨煤機頻率，通過流焦速度進行調(diào)整。

（2）若5 臺磨煤機運行且分離器頻率在45 Hz以上不見流焦，則啟動第6 臺磨煤機運行，逐漸調(diào)整磨煤機分離器頻率，保證流焦速度正常。

（3）若6 臺磨煤機運行且磨煤機分離器頻率在45 Hz 以上依然不見流焦， 則將C、D 磨煤機各拉掉一根燃燒器粉管。為了防止左、右側(cè)溫度偏差大，左、右都應(yīng)該拉掉一根粉管。 多次試驗結(jié)果表明： 拉掉D3、C4 燃燒器粉管或者C1、D2 燃燒器粉管，化焦效果顯著。

（4）化焦時維持爐膛氧量均值不低于1.5%，在不見流焦的情況下可適當減少總風(fēng)量， 但必須保證送風(fēng)機出口壓力低于3.4 kPa，防止送風(fēng)機失速。

（5）將爐膛負壓設(shè)定為-130 Pa，使融焦在爐膛負壓作用下隨煙氣往爐膛中心抽吸，防止冷灰斗堆焦。

（6）若鍋爐8 m 層或13.7 m 層出現(xiàn)結(jié)焦，應(yīng)根據(jù)結(jié)焦程度及流焦速度決定是否需要繼續(xù)化焦。

（7）化焦時密切監(jiān)視撈渣機動力油站壓力，確保其不大于21 MPa。 若撈渣機動力油站壓力突增超過規(guī)定值時，需停止撈渣機運行，暫?；?。

此化焦技術(shù)主要原理是讓火焰行程縮短， 提高燃燒區(qū)域溫度，減少鍋爐總風(fēng)量，創(chuàng)造還原性氣氛降低灰熔點來融化側(cè)墻和翼墻區(qū)域的焦。 此化焦技術(shù)在該電廠得到成功運用， 解決了該電廠鍋爐因燃用非設(shè)計煤種導(dǎo)致鍋爐側(cè)墻、 翼墻結(jié)焦嚴重出現(xiàn)跨大焦所引起的一系列不安全問題。

3.2 應(yīng)用效果

基于該電廠鍋爐燃用非設(shè)計煤種導(dǎo)致結(jié)焦，誘發(fā)的不安全問題， 采用3.1 所述化焦方法， 分別在450 MW、500 MW、600 MW 及660 MW 負荷工況下進行試驗。 試驗結(jié)果表明：在負荷450 MW 時，鍋爐流焦速度慢， 每5 s 內(nèi)直徑超過1 cm 的焦滴約為6滴，前、后墻火檢信號閃爍，爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，化焦效果不理想；負荷大于500 MW 時，流焦速度每5 s 內(nèi)直超過1 cm 的焦滴約為8～12 滴左右， 爐內(nèi)燃燒工況好，火焰充滿度高，化焦效果顯著，若鍋爐結(jié)焦厚度在40 cm 左右時，6 h 可將其化掉。運用此技術(shù)后，該電廠鍋爐未發(fā)生過跨大焦撈渣機被迫停運、 爐底冷灰斗被砸損等安全問題，同時，機組帶高負荷還增加了經(jīng)濟收入。

4 結(jié)語

“W”型火焰鍋爐燃燒結(jié)焦的特點，加上該電廠鍋爐燃用非設(shè)計煤種中Fe2O3含量過高、運行調(diào)整不當是導(dǎo)致該電廠鍋爐結(jié)焦的主要因素。 在機組500 MW 及以上負荷時，運用縮短火焰行程，提高爐膛溫度、 降低爐膛氧量以降低灰熔點的方法將側(cè)墻和翼墻的焦融化，提高了鍋爐效率和安全系數(shù)。此技術(shù)在該地區(qū)其他“W”型火焰鍋爐的單位得到廣泛應(yīng)用，值得推廣。