135MW機組煤粉鍋爐結焦原因分析及治理

王飛 姜麗鳳 馬凌雯

【搞要】 本文針對鶴煤熱電廠2×135MW機組煤粉鍋爐結焦現狀，從結焦機理入手，分析原因，根據分析結果制定調整措施，徹底杜絕了鍋爐的結焦現象，保證了機組的安全穩定運行。

【關鍵詞】 煤粉鍋爐 結焦 調整措施

河南能源化工集團鶴煤公司熱電廠（以下簡稱鶴煤熱電廠）2×135MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠制造的型號為DG-445/13.7-Π1的超高壓、四角切圓燃燒、固態排渣煤粉爐。1#鍋爐自2013年鍋爐燃用發熱量僅為3500kca的中煤以來，在負荷高于90MW階段，爐膛水冷壁大面積結渣，焦塊頻繁掉落，引起爐膛負壓大幅度波動，掉落焦塊破壞爐底水封，爐膛漏入大量冷風引起鍋爐滅火二次；較大焦塊堵塞爐膛底部冷灰斗，無法排渣，引起機組被迫停運一次，嚴重威脅到機組的安全運行。

針對1#爐頻繁掉大焦的現象，從結焦的機理出發，分析原因后制定運行措施，調整運行參數杜絕了爐膛大面積結焦，掉大焦的現象。

一、結焦機理及影響因素分析

1.1結焦機理

鍋爐燃燒過程中的結焦是一個非常復雜的物理化學過程，與燃煤的燃燒、爐內傳熱、煤質特性、燃燒調整有著密切的關聯。首先煤粉在劇烈燃燒過程中產生熱量，火焰中心溫度高達1500～1700℃，而我單位燃用中煤的熔融溫度為1480℃，因此火焰燃燒區域煤粉中的灰一定處于熔融狀態，這些灰粒具有一定的表面黏度。且理論上10微米的顆粒會從高溫區域向低溫區域遷移，尤其在四角切圓燃燒的煤粉爐中，煤粉同時又受到旋轉的離心力作用，若調整不當則會造成灰渣在水冷壁管壁上黏結、積聚，至自身重力大于粘結力而掉落。

1.2影響結焦的因素

1.2.1鍋爐自身固有因素

由于兩臺鍋爐設計原因，在初期投產階段主、再熱汽溫遠低于設計溫度，無法滿足運行要求。因此對鍋爐燃燒器噴口改為上翹12°、1#爐水冷壁敷設衛燃帶132m2。這就使得在現今燃用發熱量為14.6MJ/kg中煤的熱值，遠低于發熱量為20.89MJ/kg的設計煤種的熱值，且燃煤中的收到基灰分高達47%，遠高于30%的設計值。

以上各種因素造成爐膛主燃燒區域熱負荷高于原設計值，主燃燒區域溫度水平較高，熔融的煤粉更加容易粘附在衛燃帶上，在此部位積渣、結焦。

從看火孔與打焦孔檢查情況分析，中下層噴燃器區域結焦厚度大約500～600mm，因此鍋爐自身改造后的衛燃帶也是引起爐膛結焦的主要原因。

1.2.2燃燒調整方面因素

1）給粉機調節失當：當最下層A層給粉機轉速達到總轉速的60%，由此也可以認為整個鍋爐燃燒所需要的燃料，60%集中在A層燃燒區域，這就造成此區域的爐膛斷面熱負荷過大。

該斷面燃料燃燒放熱量與水冷壁的吸熱量的差值，無法使得帶有熔融狀態煤粉顆粒的煤粉氣流，在此區域水冷壁附近得到及時冷卻，由于熱遷移效應、切圓因素與煤粉顆粒的離心力總和作用，煤粉顆粒更加容易黏結在水冷壁表面，進而逐漸積聚形成巨大焦塊，在自重和應力作用下掉落，引起鍋爐負壓劇烈波動、滅火以及堵塞爐膛底部排渣口，嚴重危機機組的安全運行。

2）鍋爐運行的配風方式是結渣的主要因素之一，一、二次風調配比例失當，易造成煤粉氣流混合不良，局部區域的煤粉濃度過高，其他部位濃度較低，則會高煤粉濃度區域溫度場較高，同時一次風壓、風速過高，引起切圓過大與煤粉顆粒離心力增加，會使得未燃盡和熔融狀態且未冷卻的煤塵顆粒黏結在管壁上，導致結渣進而大面積結焦。

3）過分提高一、二次風壓，使之偏離設計風速過多，就會產生火焰偏斜，引起火焰“刷墻”結焦。

4）煤粉細度的影響：煤粉細度過粗，會造成煤粉的燃盡時間增加，煤粉氣流的離心力升高，煤粉從氣流中的離析能力增加，易于使未燃盡的煤粉沖墻，黏結在受熱面管壁上積聚結焦。

二、調整措施

2.1給粉機給粉量的適當調節

給粉量調整原則應遵循，保證鍋爐穩定燃燒、排煙溫度適中的前提下，上、中、下三層噴燃器口給粉量盡量保持一致，進而保證爐膛劃分為三層的主燃燒區域斷面熱負荷基本持平，不超出設計的斷面熱負荷強度。因此經調節試驗后，將A層給粉機轉速控制在占總轉速比例的35%區間，B層控制在35%左右，C層控制在30%左右，且同層各與煤粉混合后的一次風出口溫度偏差不超過2℃，低負荷階段收排煙溫度的影響可適當增大A、B給粉量比例，但不應使下層比例超出50%。

2.2調節一次風壓

鶴煤熱電廠鍋爐一次風速設計值為22m/s，一次風溫160℃，一次風率為19%，一次風管道阻力為1400Pa。由于運行中是煤粉同空氣混合后的兩相流，其管道壓力損失計算如下：

Δp-輸送管道壓力

λ---純空氣摩擦阻力系數

L---輸送管段當量長度

Dn---樹洞管道內徑

Vf---計算壓力工況下純空氣的末速度

g---重力加速度

K---為兩相流修正系數

μ---煤粉/空氣的比值

帶煤粉情況下k查表取值為1，μ=輸送煤粉量/（一次風密度*一次風量）=73000/（135470*0.8129）=0.66kg/kg由此計算出兩相流狀態下的壓力損失=1400*（1+0.66）；運行中一次風總風壓=噴燃器出口壓力（-20Pa）+壓力損失=2308Pa。

運行中應該維持在2300Pa左右，防止一次風壓過高，

著火延遲，較粗的煤粉因慣性噴射到爐墻上引起結焦。尤其是采用四角切圓燃燒的煤粉鍋爐，每個角分別由上游角推動下游角，逆時針旋轉形成燃燒切圓，增大一次風壓會使各個角的推動力量增加，切圓增大，增加刷墻結焦的幾率。實踐證明將一次風壓調整為2.2～2.3Kpa鍋爐無掉大焦情況發生。

2.3合理組織爐內動力場

在現場觀察鍋爐前后墻打焦孔的過程中，發現鍋爐后墻結焦幾率明顯大于其他三面墻，且后墻打焦孔部位火焰顏色發白、刺目。因此說明爐內動力切圓偏轉后墻，根據冷態動力場報告及相關，關小5%的2A、2B、2C三層一次風門開度，后墻的結焦幾率明顯下降。

2.4適度開啟周界風

開大周界風同提高一次風壓的原理基本一致，會使一次風剛性過強，引起灰粒穿出煤粉燃燒區域刷墻掛焦，因此根據一次風壓調整后周界風門開度控制在20～40%之間。

2.5調整煤粉細度

由于原來運行煤粉細度R90為14%，煤粉顆粒較粗，具有較大的動量，在慣性作用下容易直接沖刷水冷壁，且相對于較細的煤粉顆粒著火需要的預熱熱高，燃不盡、溶化比例較高，沖刷水冷壁后更加容易結焦。由于燃煤中干燥無灰基揮發份為19%，因此經驗計算得出經濟煤粉細度為R90=0.5*22+2=13，通過調節粗粉分離器擋板開度控制煤粉細度R90為12～13。在制粉系統單耗無明顯增長的情況下降低了鍋爐結焦的現象。

三、結論

造成鶴煤熱電廠1#機組鍋爐燃用中煤后頻繁結焦的主要原因是，一是爐內燃燒動力場、溫度場較差，二是配風方式不合理，一次風速過高，切圓偏斜。通過以上觀察分析調整給粉機的出力有效的均衡了爐膛主燃燒區域的斷面熱負荷，一次風壓風門開度及煤粉細度這三項措施，有效的遏制了鍋爐水冷壁大面積結焦和爐膛掉大焦的現象，保證了機組的穩定運行，給四角切圓燃燒煤粉爐在變燃料煤種后出現結焦治理方面提供部分調整經驗。

參 考 文 獻

[1]胡蔭平 電站鍋爐手冊[M]，中國電力出版社，2005.

[2]馮俊凱，鍋爐原理及計算[M]，科學出版社，2003.