八角切圓塔式鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗研究

宋 浩，關(guān)風(fēng)一，束繼偉，張振杰，冷 杰

(1.國家電投集團(tuán)東北電力有限公司，沈陽 110181; 2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，沈陽 110006;3.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

某發(fā)電廠2號鍋爐為德國某公司生產(chǎn)的亞臨界、一次上升、中間再熱直流鍋爐，與600 MW汽輪機組相配套。該鍋爐于2013年完成了優(yōu)化改造，主要包括低氮燃燒器改造、空氣分級燃燒改造、水冷壁延長改造以及煙氣脫硝改造等項目。自從2014年3月15日2號機組正式啟動后，鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r日趨嚴(yán)重，熔融狀態(tài)“爐渣”不斷下落，在爐排中間的渣井覆蓋角(俗稱大鼻子)上堆積，逐漸形成大面積的焦床。7月9日由于渣井覆蓋角上方結(jié)焦嚴(yán)重，嚴(yán)重危及設(shè)備和人身安全，2號機組被迫停運進(jìn)行除焦工作。2號機組于7月15日除焦完畢后重新并網(wǎng)發(fā)電，7月16日機組帶550 MW負(fù)荷后，渣井覆蓋角上方開始堆焦，并有大量熔融狀態(tài)“爐渣”流下，考慮到設(shè)備及人身安全，2號機組負(fù)荷降到400 MW運行。渣井覆蓋角上結(jié)焦問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到2號機組的發(fā)電任務(wù)及安全運行。

在現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)下，為了解決渣井覆蓋角上結(jié)焦問題，同時提升2號機組帶負(fù)荷能力，現(xiàn)以2號鍋爐為研究對象，進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗研究。

1 設(shè)備性能與改造概述

該發(fā)電廠2號機組是中國由德國引進(jìn)的第一臺600 MW火力發(fā)電機組，2號機組鍋爐為亞臨界、一次上升、中間再熱直流鍋爐，采用室內(nèi)塔式布置，四級過熱器、二級再熱器、二級省煤器懸掛在爐膛上方。

鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1，表2為設(shè)計燃料特性。設(shè)計燃料為褐煤，采用風(fēng)扇磨負(fù)壓直吹式制粉系統(tǒng)，平衡通風(fēng)。空氣預(yù)熱器為風(fēng)罩回轉(zhuǎn)型二分倉空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器直徑為14.0 m，型號為Vu14.0-/0.45+1.2+0.45WT。單臺鍋爐共計配置8臺S70.45型風(fēng)扇磨煤機，均勻布置在鍋爐四周，靠近鍋爐每側(cè)墻布置有2臺風(fēng)扇磨煤機。24組直流燃燒器呈3層8角布置，現(xiàn)每臺磨煤機帶一個角的3組5個一次風(fēng)噴嘴(最上層第6層一次風(fēng)噴嘴已封堵)，采用八角切向燃燒方式，磨煤機進(jìn)口由熱風(fēng)、冷爐煙和熱爐煙的混合介質(zhì)來干燥煤粉，鍋爐帶B-MCR負(fù)荷時7運1備。爐膛冷灰斗底部出渣設(shè)備采用液壓推進(jìn)式爐排，濕式機械式刮板撈渣機。除灰設(shè)備經(jīng)改造后采用4臺四電場電氣除塵器。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)Table 1 Main design parameters of boiler

表2 設(shè)計燃料特性Table 2 The characteristics of design fuel

2013年鍋爐進(jìn)行了改造，采用八角布置、五層噴口，對燃燒器重新設(shè)計尺寸；增加一組SOFA(燃盡風(fēng))噴口；除渣裝置整體下移2 m，并對空氣預(yù)熱器及水冷壁進(jìn)行了改造等。改造前后主要結(jié)構(gòu)參數(shù)變化見表3，改造后噴口型式如圖1所示。

表3 改造前后主要參數(shù)變化Table 3 Changes of main parameters before and after ttransformation

圖1 改造后強化著火型煤粉噴嘴Fig.1 Enhanced ignition pulverized coal nozzle after modification

2 燃燒優(yōu)化調(diào)整

2.1 煤粉細(xì)度調(diào)整試驗

通常情況下，煤粉細(xì)度過小，極易造成煤粉著火提前，造成火焰中心偏低，噴口結(jié)焦或燒損；相反，煤粉細(xì)度過大，會推遲煤粉著火，拉長煤粉燃盡的時間，造成灰渣可燃物含量升高[1-3]。試驗?zāi)康氖橇私猱?dāng)前磨煤機出口分離器擋板調(diào)整改變煤粉細(xì)度后，對渣井覆蓋角處結(jié)焦的緩解程度。

分離器上、下?lián)醢彘_度保持30°和70°時，運行磨煤機的煤粉細(xì)度R90平均為58%。就同一臺磨煤機5根粉管內(nèi)煤粉分配比例來看，1號、3號、4號和7號磨煤機的中下層噴口對應(yīng)粉管內(nèi)煤粉量普遍較少，粉量所占比例僅為7%～14%；而5號和8號磨煤機的下下層噴口對應(yīng)粉管內(nèi)煤粉量較少，粉量所占比例僅為10%。在此基礎(chǔ)上為適當(dāng)降低煤粉細(xì)度，將投運磨煤機出口分離器上、下?lián)醢彘_度關(guān)至40°和80°，調(diào)整分離器擋板時2號機組帶420 MW負(fù)荷運行，2號和6號制粉系統(tǒng)停運。

將分離器上、下?lián)醢彘_度調(diào)至40°和80°時，運行磨煤機的煤粉細(xì)度R90平均為55%。可見，分離器上、下?lián)醢彘_度由30°/70°關(guān)至40°/80°后，煤粉細(xì)度R90變化不大，僅下降了3%。另外，就同一臺磨煤機5根粉管內(nèi)煤粉分配比例來看，變化不大。

2.2 一次風(fēng)速試驗

一次風(fēng)速偏差容易造成爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分布不均，嚴(yán)重時出現(xiàn)結(jié)焦等問題[4-7]。試驗?zāi)康氖钱?dāng)分離器上、下?lián)醢彘_度為40°和80°時，實測燃燒器噴口的一次風(fēng)速大小，為下一步調(diào)整提供參考依據(jù)。

分離器上下?lián)醢彘_度調(diào)至40°和80°、采用5層噴口運行時，一次風(fēng)噴口風(fēng)速基本在20～21.8 m/s，平均噴口風(fēng)速為20.9 m/s，高出此次改造后設(shè)計噴口風(fēng)速近4 m/s。另外，就同層一次風(fēng)噴口風(fēng)速偏差來看，8號磨的上層噴口風(fēng)速偏差較大，偏差率為8%；7號磨、8號磨中上層噴口風(fēng)速偏差率分別為15.3%、10.3%。而中下層和下上層噴口風(fēng)速偏差率基本5%以內(nèi)，屬于合理范圍[8-10]。

2.3 關(guān)閉下下層一次風(fēng)噴口試驗

關(guān)閉下下層噴口情況下，對機組運行參數(shù)以及現(xiàn)象進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)機組運行狀態(tài)良好，渣井覆蓋角結(jié)焦現(xiàn)象明顯緩解。

單從渣井覆蓋角附近實測火焰溫度來看，400 MW 時實測火焰溫度平均值1 190 ℃，500 MW和550 MW時火焰溫度基本在960 ℃附近，下降了近230 ℃。關(guān)閉下下噴口后，火焰亮度也從原來的明亮刺眼變成暗黃色，渣井覆蓋角上熔融狀灰渣也消失。

下下層噴口關(guān)閉后，采用4層噴口運行時，一次風(fēng)噴口風(fēng)速基本在23～27 m/s，平均噴口風(fēng)速為25 m/s，比采用5噴口運行時噴口風(fēng)速高了4 m/s，比此次改造后設(shè)計噴口風(fēng)速高了8 m/s，灰渣可燃物含量平均為0.59%和1.92%，較調(diào)整前大幅度下降，鍋爐經(jīng)濟性明顯升高。

2.4 關(guān)閉其他層噴口試驗

關(guān)閉下下噴口：最高帶550 MW連續(xù)運行，過熱器、再熱器減溫水量分別為195 t/h、55 t/h，排煙溫度高時為167 ℃，而渣井覆蓋角附近溫度950 ℃，未見熔融狀灰渣，明顯變暗。

關(guān)閉中上噴口：400 MW附近，渣井覆蓋角附近溫度在1 210～1 220 ℃，熔融狀灰渣明顯，刺眼，發(fā)亮，短時間即恢復(fù)關(guān)下下噴口。

關(guān)閉中下噴口：400 MW附近，渣井覆蓋角附近溫度在1 210～1 230 ℃，熔融狀灰渣明顯，刺眼，發(fā)亮，短時間即恢復(fù)關(guān)下下噴口。

關(guān)閉下上噴口：500 MW連續(xù)運行9 h，渣井覆蓋角附近溫度1 130 ℃，熔融狀灰渣出現(xiàn)，火焰亮度大。比關(guān)閉中層噴口好轉(zhuǎn)，但不如關(guān)下下噴口。

若僅是噴口風(fēng)速低造成的渣井覆蓋角結(jié)焦，理論上關(guān)閉上述4層噴口其中一個，鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦都會有明顯的緩解；但當(dāng)前試驗結(jié)果是關(guān)閉下下噴口效果最好，下上層噴口次之，中上和中下層噴口關(guān)閉運行時效果最差。分析其原因有幾方面：

a.中層噴口和下上噴口風(fēng)量擋板無電動執(zhí)行機構(gòu)導(dǎo)致關(guān)閉不嚴(yán)。

b.風(fēng)量擋板結(jié)構(gòu)原因有較大縫隙。

c.渣井覆蓋角上焦塊始終未能根除，提供未燃盡渣塊的著火源。

2.5 驗證性試驗

由于之前調(diào)整試驗期間渣井覆蓋角上焦塊一直未能根除，占據(jù)著爐膛空間，對鍋爐運行及關(guān)一次風(fēng)噴口試驗帶來一定的影響，故電廠利用停爐期間對渣井覆蓋角處的焦塊進(jìn)行了清除，重新啟爐之后進(jìn)行了關(guān)閉下下一次風(fēng)噴口的情況下帶600 MW負(fù)荷試驗。

機組沒有出現(xiàn)超溫、超壓、結(jié)焦等影響機組安全運行的因素，機組能夠在關(guān)閉下下層一次風(fēng)噴口的情況下長時間滿負(fù)荷運行。

3 結(jié) 語

1)改造后造成渣井覆蓋角處結(jié)焦的可能原因是一次風(fēng)噴口及送粉管道結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)扇磨煤機各層煤粉分配發(fā)生改變和各層二次風(fēng)噴口面積發(fā)生較大改變，引起了一、二次風(fēng)比例失調(diào)。

2)通過關(guān)閉下下層一次風(fēng)噴口，可有效解決渣井覆蓋角處結(jié)焦的問題，并在多個工況下得到驗證。

3)清除爐底焦塊之后，在關(guān)閉下下層噴口之后，機組可以在600 MW負(fù)荷連續(xù)運行。沒有發(fā)生結(jié)焦以及其他危害機組安全的現(xiàn)象，由于關(guān)閉噴口造成其他只噴口的出力增加，不建議長時間滿負(fù)荷運行。