300MW機組鍋爐燃燒系統改進優化

梁志剛

（山西漳山發電有限責任公司，山西 長治 046021）

1 引言

2008年，由于電煤市場的變化，漳山發電有限責任公司一期2×300MW機組WGZ1045/17.5-1型鍋爐，開始摻燒劣質煤以降低燃料成本。但自摻燒劣質煤以來，爐膛掉焦現象十分頻繁，經常由于掉焦發生卡澀撈渣機事件甚至還導致鍋爐滅火。2009年以來，因爐膛掉焦已造成多次鍋爐滅火事件。通過停機檢查，發現水冷壁衛燃帶下層及上層衛燃帶沿噴口切圓方向結焦嚴重，有時發現掛焦已將6片衛燃帶全部包覆，厚度可達1 m，并且焦塊成片竄結現象明顯，是影響機組安全穩定運行的重大隱患。經過專業技術人員的共同攻關，提出了噴燃器噴口調整和衛燃帶改進方案，2010年12月份和2011年3月份，分別在#1爐和#2爐大修時按照方案進行了實施，取得了預期效果。#1機組已經連續安全運行349天，#2機組也未發生過掉焦滅火事件。

2 概述

2.1 鍋爐介紹

山西漳山發電有限責任公司一期鍋爐是由武漢鍋爐股份有限公司設計制造的WGZ1045/17.5-1型鍋爐。鍋爐型式為：亞臨界自然循環汽包爐，鋼球磨中儲式冷一次風機制粉系統，熱風送粉，直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，四角布置，切向燃燒方式，尾部雙煙道布置，煙氣擋板調節再熱汽溫，噴水減溫控制過熱汽溫，容克式三分倉回轉式空氣預熱器，刮板撈渣機連續固態出渣，鍋爐一次再熱，平衡通風，全鋼構架，半露天島式布置。

2.2 燃燒器

WGZ1045/17.5-1型鍋爐燃燒器采用美國CE公司引進技術設計制造，采用大風箱、大切角、固定式燃燒器,燃燒器四角布置，采用帶有“百葉窗”濃縮器的左、右水平濃淡直流燃燒器。一次風噴口之間布置了小二次風，一次風噴口布置了側邊風。在爐內形成小直徑雙切園燃燒，切園直徑分別為Φ803、Φ972 mm，平均燃燒角3°。頂部兩層三次風和燃燼風反切10°，假想切圓直徑分別為Φ1 982和Φ2 153 mm。

燃燒器每角共有14個噴口，其中，4只一次風噴口和8只二次風噴口，兩只三次風噴口。二次風一部分作為燃料風，設在每只煤粉噴嘴周圍，一部分作為頂部燃燼風，經燃燒器頂部的二次風噴嘴送入爐膛；其余部分作為輔助風，與煤粉噴嘴相間布置，形成均等配風。所有二次風都由二次風門調節，由電動執行機構驅動。整個燃燒器高度8 714 mm。

2.3 衛燃帶布置情況

由于設計煤種為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩燃，在下爐膛四面水冷壁敷設了較多的衛燃帶，布置在標高為17.4～25 m的燃燒區域，總面積149.95 m2。

2.4 掉焦滅火統計

從2009年6月—2010年5月份統計一期兩臺機組因為掉焦滅火達9次，給鍋爐的安全運行造成巨大隱患。詳細情況見表1。

表1 機組掉焦滅火統計表

3 爐膛結焦原因分析

3.1 結焦基本原理

（1）灰顆粒向水冷壁面輸運是結焦的重要環節。灰顆粒的輸運機理主要有3類：第一類為揮發性灰的氣相擴散；第二類為熱遷移；第三類為慣性遷移。對于尺寸小于1 μm顆粒和氣相灰分,氣相擴散是重要的輸運機理；對于小于10 μm的顆粒，熱遷移是一種重要的輸運機理；對于大于10 μm的灰粒，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運的重要因素。在典型的煤粉鍋爐中，氣流速為10～25 m/s時，直徑為5 μm～10 μm灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。

（2）鍋爐爐內中心溫度約為1 500～1 700℃，煤粒燃燒時其本身溫度要比爐內溫度高200～300℃，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態。在液態灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運動過程中，由于灰顆粒運動速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長大。因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時的狀態對渣的結聚、長大具有重要影響。

（3）煤灰粒子的冷卻過程取決于爐內總體溫度水平及水冷壁附近溫度水平，溫度增高，結焦程度將按指數規律增長。

（4）水冷壁附近的溫度分布除與爐膛中心溫度、水冷壁吸熱熱流有關外，還與水冷壁表面的清潔程度有關。當水冷壁表面附有衛燃帶時，表面溫度迅速增高。這不僅有可能使灰渣表面具有黏性，捕捉飛灰，而且還降低了慣性輸運灰粒的冷卻程度，因而灰渣的積聚具有自加劇性，即一旦發生結焦，其程度將會越來越嚴重，直到外層灰渣因熔化而發生自流。

（5）同一煤種的灰渣，在弱還原性中，其灰熔點最低，在氧化性中則較高。

（6）若一次風門與二次風門調節不當，容易產生燃燒不完全，產生大量的CO，使灰熔點降低，導致結焦。

3.2 結焦原因分析

（1）通過電科院做實驗測試，鍋爐燃用煤種DT（變形溫度）為1150～1260℃，屬中等結焦性煤種，雖然其ST（軟化溫度）為1 500℃，但其結焦性將比設計煤種大為增強。

（2）由于設計煤為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩燃，在下爐膛水冷壁敷設較多的衛燃帶，從表2可以看出，本公司設計的爐膛斷面熱負荷較高，再加上夏季機組背壓超設計值導致鍋爐經常超負荷運行，使得燃燒區域爐膛熱負荷偏高（100%ECR工況下＞1 800℃），爐膛溫度高，熔融的煤粉極易黏附在衛燃帶上結焦、積渣。這是結焦的主要原因，從現場看，結焦主要是出現在爐內標高17～25 m的衛燃帶上。

（3）通過常用煤種和設計煤種比較，發現實際燃用煤種的低位發熱值偏低，含灰量偏高，這就使燃料消耗量大大增加，相應的灰分也會大大增加，過多的灰分在衛燃帶上沉積，形成大焦塊，加大了結焦的嚴重性。燃用較差煤種時含硫量增高，使爐膛出現較明顯結焦。

表2

（4）燃用熱值較低的煤種時，沒有合理調整煤粉細度。煤粉細度較大時，由于著火的推遲和著火的不完全，可以有效地降低爐膛溫度，但煤粉細度太大時反而由于慣性的作用直接沖刷對面水冷壁，導致結焦更為嚴重。煤粉細度小，燃料著火提前且著火完全，爐膛溫度升高，反而更易結焦。

4 鍋爐結焦解決措施

4.1 調整燃燒器區域水冷壁衛燃帶面積，防止結焦

鍋爐原設計衛燃帶面積149.6 m2，其中，前后墻衛燃帶面積各38.4 m2，左右衛燃帶墻面積36.39 m2，鍋爐改造后衛燃帶面積96.4 m2，其中，前后墻衛燃帶面積各24.8 m2，左右衛燃帶墻面積23.4 m2，前后墻改造前后見圖1、圖2。

4.2 調整噴燃器角度

4.2.1 衛燃帶改造對氣溫的影響

4.2.1.1 衛燃帶改造前氣溫

圖1 原設計前后墻衛燃帶布置圖

圖2 改造完成后前后墻衛燃帶布置圖

燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，過熱汽溫及再熱氣溫基本控制在535～540℃，在大于75%THA負荷時，鍋爐定壓運行，過熱器噴水量約5～29 t/h；在60%～75%THA負荷時，滑壓運行，過熱器噴水量約10～30 t/h，基本可以滿足要求。

4.2.1.2 衛燃帶改造后對氣溫及噴水量的影響

燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，在滿足過熱氣溫及再熱氣溫的情況下，75%THA以上負荷定壓運行，75%THA負荷以下滑壓運行，過熱器噴水量約0～20 t/h，尾部再熱器煙氣份額基本不變。鍋爐氣溫基本可以滿足要求，但過熱器噴水量偏低。

從上述數據可知，衛燃帶面積減少對汽溫的影響有限，但由于原設計對流受熱面積偏少，雖然氣溫能保證，但減溫水量調整裕度偏小，故衛燃帶減少后應采取適當措施，以改善氣溫偏低的情況。

4.2.2 解決方案

本公司技術人員和武漢鍋爐廠原設計人員取得了聯系，就鍋爐燃燒系統作了詳細的計算和校核，決定提高1.3 m爐膛火焰中心，即燃燒器噴口角度上調8°（上、下二次風噴口和三次風共4層不上調），以改善氣溫偏低的情況。

燃燒器上擺后氣溫情況：100%THA負荷時，燃用日常煤種，過熱器噴水量由5.2 t/h提高至27.2 t/h，再熱煙道份額由36%減至35%；燃用較差煤種，過熱器噴水量分別由22.3 t/h提高至36 t/h，再熱煙道份額由34%減至33%。

燃燒器上擺后，過熱器噴水量調整裕度增大，而尾部再熱煙氣份額變化較小，對保證鍋爐過熱氣溫和再熱氣溫的效果明顯。

4.3 控制結焦的其他措施

（1）在有條件的前提下，合理提高煤粉細度，降低煤灰顆粒細度，防止或減輕結焦。

（2）鍋爐爐膛吹灰器必須完善投用，必須嚴格按運行規程對爐膛進行吹灰。

（3）煤場存煤要按不同煤質進行分堆，根據實際煤質情況配制入爐煤，有條件時，可摻燒其他不易結焦的煤種。

（4）將磨煤機出口溫度由設計值90℃降至70～75℃，降低了一次風粉混合溫度。

（5）二次風擋板調整，開大BB/BC/CC三層,E/F/FF三層保持全開，減弱燃燒器區域熱負荷，降低衛燃帶區域爐膛溫度，使煤粉著火推后。

5 效益評估

（1）通過噴燃器噴口調整和衛燃帶改進，避免了掉焦卡澀撈渣機和鍋爐滅火事件的發生，保證了機組長周期安全穩定運行。

（2）由于鍋爐滅火重新啟動產生燃油每次為10 t，每年按9次來計，直接經濟效益10×9×8 000=72萬元/年。

（3）減少了鍋爐啟動次數，延長了機組使用壽命，間接地降低了生產成本。

6 結束語

當前，我國發電廠煤粉鍋爐廣泛存在燃煤煤質偏離設計煤種現象，且日常燃用煤質普遍較差，嚴重影響機組的經濟性和安全性。文章以漳山公司一期2×300MW機組燃煤鍋爐為研究對象，針對煤種變換后燃燒系統存在的問題展開研究，并取得了效果，為存在類似問題的電廠起到拋磚引玉的作用。

[1]賈宏祿.鍋爐低氮燃燒改造后結渣原因分析及處理.動力工程.2009，29（1）：28-30.

[2]李磊，王紅松，孫紹增等，四角燃燒無煙煤鍋爐穩燃性能分析.節能技術，2006，24（4）：366～368.

[3]柳成亮，電站四角切圓燃燒無煙煤鍋爐燃燒器改造研究與應用，電力學報，2006，21（4）：504-507.