超臨界直流鍋爐的結焦原因以及改進方法研究

吳澤 李建華 李昌昌 唱文學

摘? 要：超臨界直流鍋爐是電廠電力生產中的重要設備，對于電廠正常運行而言起到了非常關鍵的作用。但是，在超臨界直流鍋爐有效工作的過程中，燃煤成分、燃煤品種、燃煤物理成分以及鍋爐結構都會在一定程度上影響鍋爐運行，造成結焦問題。本文筆者對超臨界直流鍋爐的結焦問題進行了分析研究，在文章中詳細闡述了超臨界直流鍋爐的結焦原因，并提出了超臨界直流鍋爐的結焦問題的改進方法。

關鍵詞：超臨界直流鍋爐? 結焦原因? 改進措施? 過熱器

中圖分類號：TM621.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（b）-0102-03

Abstract：Supercritical once-through boiler is an important equipment in power plant power production， and plays a very critical role in the normal operation of the power plant. However， during the effective operation of the supercritical once-through boiler， the coal-burning composition， coal-burning type， coal-burning physical composition， and boiler structure will affect the boiler operation to a certain extent， causing coking problems. In this paper， the author analyzes and analyzes the coking problem of supercritical once-through boilers. In this article， the cause of coking in supercritical once-through boilers is elaborated in detail， and the improved method of supercritical once-through boilers' coking problem is proposed.

Key Words： Supercritical once-through boiler; Cause of coking; Improvement measures; Superheater

超臨界直流鍋爐在電廠中的應用非常重要，鍋爐自身的工作性能也直接決定了電廠能源生產和供應。而在最近幾年，超臨界直流鍋爐的耗能相對較高，其主要原因就是超臨界直流鍋爐結焦，導致自身工作狀態降低。所以，當前對于超臨界直流鍋爐結焦問題的改善至關重要。

1? 超臨界直流鍋爐的結焦問題產生原因

1.1 試驗分析鍋爐介紹

為了研究超臨界直流鍋爐結焦原因，本文以某電廠工程的超臨界直流鍋爐為例進行了試驗研究。該電廠超臨界直流鍋爐設備型號選擇HG-1164/25.4-YM1，該型號鍋爐為350MW直流鍋爐。在進行鍋爐結焦試驗過程中，試驗煤質煤種選擇使用煙煤。以下表1為2×350MW功率超臨界直流鍋爐的具體參數值。

2? 超臨界直流鍋爐結焦的原因分析

在超臨界直流鍋爐正常投入生產的過程中，自身對煤質材料燃燒要發生高溫、物理以及化學反應，而反應勢必會形成煤氣、焦氣等物質，而各種物質在爐膛內無法全部排放，堆積一段時間后就會形成結焦現象，而對本鍋爐進行試驗分析發現，超臨界直流鍋爐的結焦原因具體包括以下幾個方面。

首先，鍋爐結構設計是影響超臨界直流鍋爐結焦問題的主要原因之一。煤碳在爐膛內進行燃燒，爐膛的空間結構，接觸面積都會對煤炭的燃燒進行影響，煤炭燃燒效果受到影響，從而導致爐膛結焦問題。本工程爐膛水平截面的尺寸設計為15.287m×13.217m，爐膛整體形狀結構設計為長方形，并且為了保證有效的燃燒空間鍋爐爐膛高度設計為60.5m。

其次，超臨界直流鍋爐結焦的產生原因還包括煤炭煤質因素，煤炭在鍋爐膛內燃燒，煤炭灰質和熔化溫度在一定程度上會影響煤質的揮發分、低灰分，從而形成結焦問題。一方面，煤炭煤質中如果含有的元素種類相對比較多，就會導致煤炭自身的熔點降低，從而更容易發生結焦。煤炭煤質是由不同的元素組成，并且不同的元素也具有不同的熔點，而煤炭整合后，整體熔點并不是各元素熔點相加，而是由各元素之間化學反應決定，而一般情況下，煤炭中其他元素種類越多，熔點將會越低，所以更容易發生結焦。另外一個方面，煤炭資源中如果堿金屬含量超標，就會造成鍋爐結渣問題。煤炭堿金屬元素在不充分燃燒后會產生大量的沉積物，不僅沉積在爐膛，也可以沉積在爐口，從而加大了爐膛結焦的概率。表2 為本實驗煤質和設計煤種的各方面對比。

第三，超臨界直流鍋爐中的還原性氣體，會導致鍋爐結焦問題。在超臨界直流鍋爐設計過程中，煙道阻力系數設計非常關鍵，如果煙道阻力設計相對比較少，就會導致設計的鍋爐生產過程中，送風量值難以控制，所以鍋爐在燃燒過程中會出現不充分燃燒現象，而不充分燃燒會產生一氧化碳其他，一氧化碳是還原性其他，會將三氧化二鐵還原為氧化鐵，而氧化鐵的溫度為1000°C? ?～1200°C? 之間，相對比較低，所以更容易造成結焦。

第四，鍋爐出現漏風問題將造成鍋爐結焦現象。爐膛風量一定程度上決定了鍋爐燃燒效果，如果鍋爐出現漏風問題，就會是鍋爐內部的燃燒火焰中心發生向上偏移現象，從而造成爐膛上部的煙氣溫度上升，導致整體爐膛結構容易發生煙氣結焦現象。

3? 超臨界直流鍋爐結焦問題的解決

超臨界直流鍋爐結焦問題的影響因素復雜，所以在具體解決中應該從鍋爐結構、煤炭煤質、運行工況等3個方面進行優化，以下是具體解決辦法[1]。

3.1 對鍋爐的過熱器進行改造

通過鍋爐過熱器的有效改造可以合理地增加鍋爐燃燒換熱面積，從而對鍋爐爐膛和路口位置的煙氣進行有效降溫，溫度降低就會加快煙氣排放速度，從而減少煙氣結焦。本工程超臨界直流鍋爐在優化過程中選擇對過熱器的受熱面管長度進行增加，來實現換熱面積擴大。

3.2 對鍋爐煤炭進行摻燒

煤炭煤質燃燒性質對鍋爐的結焦問題造成不小的影響，所以在進行結焦問題解決過程中，應該對煤炭的燃燒過程進行優化[3]。一方面，對煤爐燃燒的煤炭煤種進行優化選擇，合理選擇燃燒煤種，有利于結焦問題的控制。另一方面，可以適當的摻入其他煤灰、煤質，以提升煤碳燃燒的質量。

3.3 增加吹灰器裝置

在優化超臨界直流鍋爐結構設計過程中，可以設計增加吹灰器裝置，利用吹灰器裝置對超臨界直流鍋爐的燃燒灰進行有效處理。吹灰器的增加位置為屏式過熱器和末級過熱器之間。本超臨界直流鍋爐設計加裝吹灰器，吹灰器的吹動壓力設置為2MPa，在鍋爐工作中安排3～4次的吹灰[4]。

3.4 采用除焦劑對鍋爐進行清理

超臨界直流鍋爐結焦后如果不能及時進行清理，就會導致結焦越來越嚴重，從而對鍋爐運行效率造成更嚴重的影響，所以可以設計使用除焦劑進行有效清理，組織鍋爐進一步結焦[5]。當前結焦劑的功效非常多言，包括催化功能、脫硫功能、清凈功能、改性功能以及穩定功能等多種形式。其主要除焦原理包括以下幾方面內容：（1）當除焦劑進入到爐膛中，自身會迅速附著在爐膛內壁，并直接與爐膛的焦渣物體發生反應。（2）焦渣物體受到催化、除硫作用之后自身的酸性氧化物被除焦劑溶解。（3）除焦劑的催化作用還會使鍋爐內壁的焦渣法還是能共熔反應產生共熔物質，共熔物質會改變焦渣的性質狀態，包括物理表現變得稀疏、化學表現溶解速度快。（4）除焦劑通過與焦渣發生反應而使焦渣變得更好處理，實現焦渣清洗脫落的目的。本鍋爐班組中設計每個鍋爐班組的鍋爐投入兩桶除焦劑進行使用。

3.5 控制鍋爐漏風問題

超臨界直流鍋爐爐底漏風問題的解決對于結焦現象的減少非常重要，可以使用液壓關斷門的方法進行漏風控制，液壓關斷門對風門進行局部的調節，從而做到控制漏風[6]。另外，還可以采用對爐底水封進行密實處理的方法，增加漏風保護。

4? 結語

本文從控制鍋爐漏風、優化過熱器結構、優化煤炭燃燒、定期處理結焦以及增加吹灰裝置五個方面闡述了超臨界直流鍋爐結焦問題解決的有效策略。希望能夠對超臨界直流鍋爐結焦問題的解決有所幫助。

參考文獻

[1] 郭馨.660MW超超臨界二次再熱鍋爐調溫策略研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2017.

[2] 袁德權，吳景興，冷杰.350MW超臨界直流鍋爐結焦原因分析與改進[J].鍋爐制造，2016（1）：7-9.

[3] 林樹亮，李建軍.350MW超臨界直流鍋爐結焦原因分析與改進[J].山東工業技術，2018（19）：167.

[4] 蒲江.1000MW鍋爐結焦原因分析及解決措施[J].綠色科技，2018（8）：218-221.

[5] 王林，王紅雨，韓瑞，等.超臨界熱電聯產鍋爐結焦機理分析與工程調整措施[J].燃燒科學與技術，2019，25（1）：37-44.

[6] 秦保國.超臨界直流鍋爐水冷壁水動力特性研究[J].通訊世界，2019，26（2）：188-189.