關于鍋爐低氮燃燒器改造對結焦特性的影響分析

劉 斌

華電青島發電有限公司 山東 青島 266100

1 引言

在燃煤鍋爐運行中比較常見的問題之一就是爐膛結焦的問題，其形成原理如下：由于燃煤鍋爐爐膛內的火焰中心溫度在1500～1700℃范圍之內，而且爐膛內的煤灰顆粒也處于熔化狀態，在這些處于熔化狀態中的煤灰顆粒隨著煙氣排出的過程中，在僅僅水冷壁或爐膛出口的位置就會由于煙氣溫度逐漸降低而固化，因此不會在受熱面上黏附。但是如果其與水冷壁等受熱面接觸時仍然保持熔化狀態，就容易在受熱面上由于驟冷凝固而出現結焦問題。尤其是在目前燃煤電廠中所應用的煤種的品質比較惡劣的情況下此問題更容易發生。針對此問題中比較常見的水冷壁結焦來說，不僅會增加傳熱熱阻以及降低水冷壁的吸熱能力，從而提高排煙溫度以及降低鍋爐效率。而且還要增加過熱器和再熱汽對流換熱量，導致出現管理超溫等問題，增加出現爆管的概率。此外還會由于減少局部水冷壁吸熱量而影響局部水循環問題，導致出現水冷壁爆管的問題。不僅如此，鍋爐中的燃燒工況發生改變時還會由于受熱面上大面積的焦塊脫落而影響燃燒的穩定性，甚至會導致爐膛滅火問題的發生。同時水冷壁上的焦渣還會與管壁發生化學反應而造成腐蝕問題，增加其出現爆管事故的概率。為此就以某電廠為例對其解決鍋爐水冷壁結焦問題的低氮燃燒器改造措施進行介紹。

2 結焦的影響因素分析

一是煤灰分特性因素。這主要是由于煤灰中不同的組成成分會對其熔融特征溫度和粘溫特性產生直接影響，表現出其中高熔點物質的含量越高則會具有越高的熔點，反之亦然。同時還會由于具有較高的灰分而增加結焦的概率。此外煤灰的物理結果中具有越高的孔隙率，則會具有越好的燃盡性，這也會降低其出現結焦的概率。

二是煤粉細度因素。針對低揮發分煤種來說，煤粉細度越大導致其燃盡時間越長，這就會提升爐膛出口煙氣溫度并增加此位置的對流管束出現結焦問題的概率。同時還會由于其顆粒更大而更容易從旋轉氣流中分離出來，這就會在遇到水冷壁時出現結焦問題。而針對高揮發分的煤種來說，煤粉細度越小反而會由于提前著火而增加燃燒器噴口和附近區域出現結焦的問題。

三是煙氣氣氛。針對爐膛出口煙氣含氧量過低而表現出的還原性氣氛，則由于其灰熔點降低而增加其出現結焦的概率。這主要是在還原性氣氛中，爐膛內的Fe2O3就會被還原為FeO，由于其具有較低的熔點，以及容易與灰渣中的SiO2形成具有更低熔點的物質，這就更容易出現在爐膛內結焦的問題。

四是爐內空氣動力場。由于爐內燃燒器射流角度未滿足設計要求的原因會導致在鍋爐燃燒中出現火焰中心偏斜、火焰貼墻或切圓直徑偏大的問題，這都會增加出現水冷壁結焦的問題概率。而且在不合理的配風情況下也會由于煤粉與空氣無法有效混合而導致出現不完全燃燒的問題，這也會增加水冷壁的結焦問題概率。

五是溫度場。經過研究可知，爐內溫度較低時會降低煤粉顆粒軟化或融化的概率，降低出現結焦的概率。這主要是由于水冷壁區域溫度較低，而在爐內溫度普遍較低的情況下，則會使得煤灰顆粒在撞擊水冷壁之前就已經冷卻完成，難以在水冷壁上黏附而導致結焦問題。

3 低氮燃燒器改造方案

由于在改造之前，一次風沒有經過水平濃淡分離燃燒器且其燃燒器的噴口出現嚴重的燒損問題，導致此主燃區內出現較多的無組織漏風問題，這就會增加切圓而導致煤粉貼壁燃燒的問題。而由于靠近水冷壁的位置具有較高的問題，這就會導致此區域中處于熔化狀態中的煤灰顆粒在水冷壁上黏附而導致結焦問題。因此，針對低氮燃燒器改造，重點就是對主燃區內的無組織漏風問題進行有效治理，主要是通過燃盡風系統的應用來實現配風調整，同時在對其一次和二次風燃燒器進行更換之后，不改變切圓大小。具體地說就是將此燃燒器中為WR型的垂直濃淡燃燒器改換為置丘體水平濃淡分離煤粉燃燒器，而且將其中的雙通道自穩燃式燃燒器改為微油燃燒器，并且對其一次風標高進行調整。通過上述改造之后，通過水平濃淡分離燃燒器的應用以及實現重新配風來實現對切圓直徑的調整，同時由于降低了主燃區內的問題而降低了出現水冷壁結焦問題的概率。

4 改造工作對結焦特性的影響分析

4.1 對爐內空氣動力場的影響 經過上述改造之后，通過置丘體水平濃淡分離煤粉燃燒器可以將一次風氣流按照8：2的比例分為濃淡兩股氣流并向爐膛內噴入，而且其中的濃一次風的射流反切角為8°，從而保證一次風以及二次風的射流方向滿足所設計的方向要求，同時還通過一次風噴口背火側位置的側邊風來起到隔絕一次風與水冷壁的作用，通過“風包粉”的燃燒方式來確保水冷壁區域中的氧化性氣氛，起到對結焦問題的抑制作用。

不僅如此，在經過上述改造之后還使得懈怠大量煤粉的濃一次風射流速度提高，這也提高了其剛性以及增加了著火距離，實現了切圓直徑的減小而避免出現煤粉貼墻的問題，同樣也降低了結焦的概率。

4.2 對溫度場的影響 經過上述改造之后也對配風方式進行了調整，通過空氣分級低氮燃燒技術來保持此主燃區內的空氣過量系數在0.85附近，通過此種欠氧燃燒的方式來降低主燃區內的溫度，同樣也減少了其中處于熔化或軟化狀態中的煤灰數量。此外，對于上述“風包粉”的燃燒方式也可以起到隔離一次風和水冷壁的作用，同樣也減緩了靠近壁面的溫度梯度，這就會使得處于上述軟化或熔化狀態中的煤灰顆粒在與水冷壁接觸之前就已經被冷卻固化，從而實現了結焦概率的降低。

5 結語

以某燃煤電廠為例，由于其燃燒過程中存在較為嚴重的水冷壁結焦問題，在對其結焦原理以及影響結焦問題的因素進行分析之后，文章提出了相應的低氮燃燒器的改造方式，并且對其改造之后的效果進行分析，證明此改造方案的有效性和可行性。