燃用五彩灣地區煤種對紅雁池電廠 #3， #4鍋爐運行的影響

李鵬

(華電新疆發電有限公司紅雁池發電廠，烏魯木齊 830047)

1 問題的提出

近年來，由于煤電價格的脫節，使得新疆地區各電廠的經營壓力加大。在國家宏觀政策的調控下，電煤價格一路攀升，電煤供應呈現出“價高質低”的態勢。為了緩解電廠的經營壓力，各發電企業均開始多方采購發電用煤，這樣一來，直接造成了電廠入爐煤品質偏離設計煤種。新疆準東五彩灣地區已探明的煤炭資源儲量相當豐富，作為新疆地區四大煤源之一，準東五彩灣地區來煤已經成為烏昌地區各發電企業的主要用煤。五彩灣地區煤源具有價格低、揮發分高、熱值高、灰熔點低和易結焦的特性。燃用五彩灣地區煤種普遍存在著鍋爐結焦嚴重的現象，嚴重威脅著鍋爐安全運行。對于燃料成本占發電成本70%的發電廠來說，如何最大限度保證燃煤儲量和防止入爐煤結焦，采取科學有效的摻燒措施，是電廠運行人員重要的選擇方式，同時，運行人員燃燒調整也是一個重要的技術問題。華電新疆發電有限公司紅雁池發電廠(以下簡稱紅雁池發電廠)為保證機組安全運行，降低發電成本，提高整體盈利能力，采用科學手段，對實際經驗進行了總結。

2 #3， #4鍋爐主要技術參數和設計煤質

紅雁池發電廠#3，#4鍋爐為超高壓、為一次中間再熱超高壓自然循環汽包爐，П形布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、采用管式空氣預熱器、鋼構架(雙排柱)。制粉系統采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹方式，每臺鍋爐配用4臺磨煤機(其中1臺磨煤機備用)，磨煤機型號為ZGM-95N。煤粉燃燒器采用四角布置切向燃燒、噴嘴固定式直流燃燒器，假想切圓的直徑為529 mm和830 mm。每角燃燒器噴口共布置有14層噴口，其中一次風噴口6層，頂二次風噴口1層，其余7層為二次風噴口，所有一次風噴口均采用百葉窗式水平濃淡燃燒器。在燃燒器頂部設置頂二次風噴口(即OFA噴口)，OFA噴口反切15°，形成逆向旋轉氣流，以降低爐內氣流的殘余旋轉，減少爐膛出口處兩側煙溫的偏差。周界風可以實現自動調節，燃燒器噴口為固定式。爐膛水冷壁為膜式壁結構，爐膛上部垂直分布輻射式全大屏過熱器和輻射-對流式后屏過熱器，水平煙道布置高溫過熱器和高溫再熱器。尾部豎井煙道由中隔墻分隔成前、后2部分，在前豎井中布置低溫再熱器，在后豎井中布置低溫過熱器。在低溫再熱器及低溫過熱器下方布置有省煤器管組，由省煤器垂直懸吊管懸吊低溫再熱器和低溫過熱器。鍋爐的過熱蒸汽溫度調節采用2級噴水減溫，第1級噴水減溫器布置在全大屏和后屏之間，第2級布置在后屏和高溫過熱器之間，噴水水源取自給水泵出口。鍋爐再熱汽溫采用煙氣擋板作為主要調溫手段，輔之以再熱器事故噴水及再熱器備用噴水減溫。空氣預熱器一次風、二次風分開，均為單級管式布置。鍋爐整體呈左右對稱，鍋爐本體部分為懸吊結構，全部懸吊在頂部大梁上，空氣預熱器由獨立的構架支撐，爐膛及尾部包墻為敷管包墻。#3，#4鍋爐主要技術參數見表1，#3，#4鍋爐設計煤質見表2。

表1 #3， #4鍋爐主要技術參數

表2 #3, #4鍋爐設計煤質

3 燃用五彩灣地區煤種對鍋爐運行的影響

3.1 五彩灣地區煤種的煤質特征

五彩灣地區典型煤種的煤質情況見表3。

表3 五彩灣地區典型煤種煤質

3.2 燃用五彩灣地區煤種對鍋爐運行的影響

(1)制粉系統出口溫度較低。因五彩灣地區來煤水分較大，磨煤機出口溫度較低。導致煤粉推遲燃燒，著火點遠，火焰中心上移，相應會帶來爐膛出口煙溫升高和鍋爐結焦等問題。低負荷會影響鍋爐著火的穩定性，嚴重時會使燃燒惡化。為提高磨煤機出口溫度，必須提高一次風壓，在低負荷時需運行3 臺磨煤機。

(2)爐膛出口煙溫升高，與同工況相比，鍋爐低溫過熱器入口煙溫上升約20 ℃。這樣會使鍋爐結焦，運行中減溫水量增大，受熱面管壁溫度上升。

(3)鍋爐負荷在170 MW以上時，就地實測鍋爐本體47 m 屏式過熱器后兩側煙溫達到1 050～1 100 ℃，在檢查鍋爐水平煙道時，發現積灰、結焦情況比以前嚴重，高溫過熱器管排間有明顯大焦塊，這種焦塊不易掉落，每班都需人工清理1次。

(4)在檢查中發現撈渣機刮板上黑焦塊明顯增多，說明爐膛結焦量大。

4 燃煤摻燒原則和依據

針對紅雁池發電廠實際來煤煤源及鍋爐結焦的實際狀況，對來煤煤質要根據以下原則進行摻配。

(1)按照紅雁池發電廠#3，#4鍋爐設計煤種的變形溫度為1 150 ℃、軟化溫度為1 260 ℃的要求選取煤種，1 150-100=1 050 (℃)，1 260-150=1 110 (℃)，二者選取低者作為入選煤種。

(2)根據紅雁池發電廠鍋爐對各煤種燃燒的實際情況，灰熔點的軟化溫度高于1 250 ℃和二氧化硅質量分數大于50%作為主要判斷依據，氧化鈣質量分數可作為輔助判斷依據來選取煤種。

1)灰熔點溫度高于1 250 ℃且二氧化硅質量分數超過50%視為不易結焦煤，可作為摻配煤種，它與結焦煤以1∶2比例摻配。

2)灰熔點溫度為1 210～1 250 ℃且二氧化硅質量分數為40%～50%視為弱結焦煤，鍋爐負荷為170 MW以下可作為摻配煤種，它與結焦煤以1∶1比例可摻配。鍋爐負荷為170 MW以上可作為單獨燃燒煤種。

3)灰熔點小于1 250 ℃且二氧化硅質量分數小于40%即認為是結焦煤種。

(3)無論二氧化硅質量分數或氧化鈣質量分數高低如何，只要灰熔點溫度低于1 210 ℃就視為結焦煤，則必須燃用摻配煤種。

(4)在燃用攙配煤種時，對各臺鍋爐的爐膛出口煙溫進行了測量，發現在燃用該煤種時，#3鍋爐負荷不得高于180 MW，#4鍋爐負荷不得高于170 MW。當負荷高于此限時，爐膛出口煙溫會大幅升高，鍋爐容易結焦。

5 分倉上煤和摻配、摻燒試驗

(1)由于原煤緊張，紅雁池發電廠進行了原煤倉分倉上煤的試驗(紅雁池發電廠制粉系統為正壓直吹式中速磨煤機，每臺鍋爐配置4臺磨煤機)，根據各臺鍋爐長期采用3臺磨煤機運行的情況，在燃用易結焦煤種無法改變的前提下，應盡量縮短飛灰在鍋爐內的停留時間，以防止飛灰被熔融黏結在受熱面上而加劇爐膛結焦。因此，參照各礦點原煤的特性，在#4原煤倉內上易結焦的煤種，在#3，#2，#1原煤倉依次上灰熔點較高且不容易結焦的煤種。在配煤過程中，按照灰熔點高的原煤可以上到上層磨煤機的原煤倉中且灰熔點低的原煤禁止上到下層磨煤機的原煤斗中的原則，在摻配、摻燒方案實施中，將不易結焦的煤種作為種子煤，摻燒五彩灣地區煤種，摻燒比例從1∶1提升至1∶2，然后將配煤上到各機組#4原煤倉中。紅雁池發電廠#3，#4鍋爐爐型相同，因此，以#3鍋爐為例進行了摻配、摻燒試驗，試驗結果見表4。

表4 #3鍋爐(負荷200 MW)摻配、摻燒試驗

通過試驗可知，#4原煤倉上易結焦煤種摻配比例達到1∶2后，管壁經常出現超溫問題，排煙溫度升高，減溫水量增大，水平煙道以及過熱器、再熱器管屏有結焦現象，需要每班對以上部位進行人工清灰。采取相應措施后，結焦程度仍在控制范圍以內，不影響鍋爐安全運行。

(2)針對來煤量最大的A礦點單獨進行了試驗。A礦點每天的進煤量為3 000～4 000 t，占每日進煤量的一半左右。根據新疆發電用煤質量監督檢驗中心對A礦點原煤種化驗結可知，該煤種灰熔點溫度為1 200～1 300 ℃，氧化鈣含量偏高，屬于易結焦煤種。紅雁池發電廠專門對A礦點來煤進行了分倉摻燒試驗，遵循縮短飛灰在爐內的停留時間、防止飛灰被熔融黏結在受熱面上造成爐膛結焦加劇的原則，制訂了試驗方案，將#1，#2，#3原煤倉上可摻配煤與結焦煤進行摻配試驗，其比例為1.0∶1.5，#4原煤倉單獨上A礦點的原煤，試驗結果見表5。

表5 #3鍋爐(負荷170 MW)摻配、摻燒試驗

通過試驗可知，在#4原煤倉單獨上A礦點煤種，其他原煤倉上可摻配煤與結焦煤摻配的煤種，其比例為1.0∶1.5，鍋爐負荷加至170 MW時，鍋爐已有明顯結焦，低溫過熱器入口煙溫及排煙溫度均有上升，通過及時吹灰打焦、人工清焦的方式可維持鍋爐安全運行。因此，在采用此種方式配煤時，應盡量使鍋爐帶低負荷，單臺機組負荷不得高于170 MW。

6 防結焦措施

(1)鍋爐主蒸汽流量在50%額定容量以上時,必須堅持連續投入蒸汽吹灰。吹灰時,母管蒸汽保持較高壓力。夜間低負荷吹灰壓力不滿足時,值長應與調度積極溝通和聯系，增加帶母管機組負荷，以提高吹灰壓力，滿足鍋爐全面吹灰1次的要求。

(2)加強設備巡檢次數。每班2次檢查管屏和迎火面結焦、積灰的情況，同時嚴密監視引風機電流、低溫過熱器入口或低溫再熱器入口煙溫。當參數異常時，立即就地檢查水冷壁結焦是否嚴重，此時應加強爐膛吹灰次數。從人孔和打焦孔觀察(每小時觀察1次)是否有熔融態焦落下，并開啟液壓關斷門對渣井底部進行檢查，若發現人孔火焰顏色發亮、刺眼且有液態熔融焦及底部有結焦情況時，應及時匯報并聯系清焦，同時應迅速減負荷，并聯系燃料運行人員盡快換煤。

(3)正常爐渣的顏色應為黃色，當某種元素超標以及爐內工況變化時，會產生不同顏色的焦。低溫焦很酥松，密度小。中溫焦呈半琉璃狀和琉璃狀。高溫焦就是煤粉幾乎完全熔化，也有琉璃狀的結焦，甚至可以形成花崗巖狀的結焦，質地非常堅硬，偏黑有高溫熔化的小孔且很硬。可以推斷當班的煤質情況，以此作為爐膛是否結焦的輔助判斷手段。

(4)當燃用煤種的灰分變形溫度、軟化溫度、半球溫度、融化溫度接近且熔點較低時，煤種的灰分會迅速變成熔融狀態的流體，黏附在受熱面上，嚴重時會將落渣井慢慢堵死，使鍋爐被迫停運。當發現撈渣機刮板上較長時間無渣及經常落下大塊熔融狀無法破碎的黑焦時，應特別注意檢查渣井落渣情況。

(5)在爐膛燃用易結焦煤種時，應適當增加風量和提高一次風壓，盡量減少煤粉在爐內的停留時間。在適當提高風量的同時，應提高送風風壓(即提高風速)，提高一次風壓也是提高一次風速。氧量應控制在高限。

(6)在燃用煤質較差的煤種時，在總負荷允許的情況下，應采取輪流帶低負荷的方式進行掉焦，紅雁池發電廠采取了投入微油槍帶#1磨煤機低負荷的掉焦方式。負荷降低至50 MW以下，主蒸汽、再熱蒸汽汽溫由535 ℃滑至450 ℃。由于負荷降低，爐溫迅速降低，使得附著在受熱面上的焦迅速冷卻，且與管壁接觸面積發生變化，附著力隨之變化，焦塊也就掉落下來。經統計，2012年上半年，紅雁池發電廠共發生結焦18次并及時采取低負荷掉焦措施，避免了鍋爐停運。

(7)采用倒停磨煤機改變燃燒中心的擾動方式進行擾動掉焦。通過對燃燒中心的改變，改變了爐膛內的溫度分布，使高溫區溫度下降，結焦塊掉落。2012年，在#1鍋爐10 m處#2，#3角水冷壁斜坡上發生大面積堆焦。紅雁池發電廠運行人員及時將磨煤機切換為上層磨煤機運行，同時稍開爐底液壓關斷門，使水冷壁底部溫度下降，紅焦硬化后掉落。

7 結束語

基于目前的燃煤形勢，對于燃料成本占發電成本70%的發電廠來說，隨著鍋爐燃燒成本加大，燃料成本對紅雁池發電廠帶來了極大的壓力。在這種狀況下，紅雁池發電廠采用摻配、摻燒的方式勢在必行， 在采取有效的摻配方式和摻配比例下，運行人員積極采取檢查和防范措施，采用正確的掉焦手段可避免因結焦造成的鍋爐被迫停運事故。紅雁池發電廠對發電燃煤進行了摻配、摻燒后，降低了鍋爐結焦，提高了鍋爐的安全運行。