某660MW前后對沖鍋爐結焦分析及處理

中電華創電力技術研究有限公司 劉忠軒 蕪湖發電有限責任公司 金方舟 王 建

近年來，為了降低燃料成本，國內各電廠普遍燃用經濟煤種，多次出現燃用低熔點煤導致鍋爐結焦嚴重的事件[1-5]。鍋爐結焦將影響受熱面傳熱，降低鍋爐效率，嚴重時會迫使機組降負荷運行乃至停機。影響鍋爐結焦的因素較多，由于各電廠爐膛結構、燃用煤種、運行方式、設備狀況的參數不同，結焦原因也不盡相同。某燃煤電廠煤源以市場煤為主，煤源較雜，煤質變動較大，先后出現兩次結焦情況，影響了機組正常運行。通過對入爐煤的化驗檢測，分析了導致兩次結焦的主要原因，并通過針對性的運行調整基本解決了結焦對于機組運行的影響，保證了機組的安全穩定運行。

1 設備概況

某機組鍋爐型號為B&WB-2091/26.15-M，系北京B&W公司設計的超超臨界參數、螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、露天布置的π型鍋爐，鍋爐配有帶循環泵的內置式啟動系統。鍋爐設計煤種為淮南潘集煙煤，校核煤種為國投新集煤。鍋爐尾部設置分煙道，采用煙氣調溫擋板調節再熱器出口汽溫。鍋爐豎井下設置兩臺三分倉回轉式空氣預熱器。鍋爐采用中速磨直吹式制粉系統，前后墻對沖燃燒方式，鍋爐配有六臺HP1063型磨煤機，正常運行時投運五臺磨煤機，一臺作為備用，每臺磨煤機供一層燃燒器；燃燒器分三層對稱布置在鍋爐的前后墻，每層6只燃燒器，前后墻各18只，共36只燃燒器，配置B&W公司DRB-XCL型燃燒器及NOx噴口（OFA）。

DRB-XCL型燃燒器上配有雙層強化著火的調風機構，從開式環形大風箱來的二次風分兩股進入到內層和外層調風器，少量的內層二次風作引燃煤粉用，而大量的外層二次風用來補充已燃燒煤粉燃盡所需的空氣，并使之完全燃燒。內、外層二次風具有相同的旋轉方向。二次風的旋流強度可以改變，其旋轉氣流能將爐膛內的高溫煙氣卷吸到煤粉著火區，使煤粉得到點燃和穩定燃燒。鍋爐設計煤種見表1。

表1 鍋爐設計煤種參數

2 結焦事件一

2.1 事件經過

受煤炭市場影響，該電廠于某月購入低熔點煤兩批次共約2萬t，當月26日采用爐外摻混的方式，低熔點煤與常用動力煤采用1:1方式加兩臺鍋爐的中層磨。次月1日發現#2爐#3渣井結焦嚴重，擠壓頭部位有一長約2m、寬約1.4m、厚約0.4m的大型焦塊，不得不采用人工搗焦的方式進行清理。由于焦塊硬度過高，在碎渣機處較多焦塊無法破碎，導致碎渣機堵塞。撈渣機擠壓頭頻繁動作，仍然無法確保順利排渣，不得不頻繁進行人工搗焦。

2.2 原因分析

對兩批次低熔點煤分別進行了灰熔點和灰成分化驗，結果見表2和表3。

表2 灰熔點化驗結果

煤的灰熔點作為煤灰顆粒開始熔融、燒結的重要特征溫度，通常被用作評價煤種沾污、結焦傾向的判定依據,此外用于判別煤結焦特性的指數主要有堿酸比、硅比、硅鋁比、綜合指數等。各判別指數的判斷界限見表4。

表4 結焦判別指數的界限

根據灰分化驗結果計算了兩批次煤的判別指數，結果見表5。

表5 低熔點煤結焦判別指數

從表5可以看出除硅鋁比以外，其他結渣特性判別指數均為嚴重。

2.3 運行調整

由煤質分析可知，此次結焦主要原因在于煤質灰熔點較低，遠低于鍋爐設計煤種（＞1500℃）。

避免結焦的關鍵在于降低燃用低熔點煤所處區域溫度，進行了如下運行調整：一是后墻中、底層燃燒器的截面熱負荷相對較低，后墻底層磨全部燃用低熔點煤，后墻中層磨采用1:1爐外預混加倉。二是增大兩側外二次風開度，降低燃燒煙氣貼壁，減小側墻壁面還原性氛圍。三是加強鍋爐受熱面壁溫監視，增大受熱面的吹灰頻次，保持受熱面的清潔，降低受熱面的黏結能力。

在進行運行調整后，鍋爐結焦狀況有明顯改善，至兩批次低熔點煤燃盡未發生大面積掉焦和生成大焦塊事件，鍋爐運行穩定，壁溫未發生大的偏差。

3 結焦事件二

3.1 事件經過

電廠新進一批澳洲進口煤，從化驗結果來看，該煤屬于較為優質的煙煤。于當月18日1:40開始澳煤加#1、#2爐各倉。19日10:30發現#1爐有大塊焦掉落至渣井內，落焦呈熔融狀，擠壓頭反復擠壓無法擠碎；其中#1渣井落焦數量多，焦塊較小，#3渣井掉落一塊大焦，焦塊外部堅硬內部呈熔融狀。19日12:00調整澳煤與煤場動力煤1:1加倉，對渣井進行人工清焦；20日9:50#1機組解列調停備用。

19日19:00發現#2爐撈渣機大量落渣堵塞，落渣呈熔融狀，開啟擠壓頭反復擠壓清理，20日14:00開始停止澳煤上倉，改全袞礦動力煤上#2爐各倉；20日15:40大塊焦塊脫落至#2爐渣井，擠壓頭來回擠壓清理，之后#2爐結焦情況有所緩解。24～25日配合盤煤，煤場堆澳煤削頂加#2爐E、F倉，25～26日#2爐再次出現較大焦塊脫落至渣井。

3.2 爐內檢查

#1機組調停后，28日對#1爐內結焦情況進行檢查，前屏、后屏過熱器下方未見掛焦，前后墻水冷壁未見掛焦及結焦痕跡；A側水冷壁冷灰斗區域殘余少量結焦，有多處小塊結焦脫落后殘余痕跡，與停爐前#1渣井頻繁掉落小塊結焦相符；B側水冷壁上層燃燒器至燃燼風噴口區域殘余大塊結焦，焦塊較薄，中層燃燒器至上層燃燒器區域有大塊結焦脫落后殘余痕跡，與停爐前#3渣井掉落的大塊結焦相符。

3.3 原因分析

出現結焦狀況后，懷疑此批澳煤灰熔點偏低導致爐膛結焦。根據上述摻燒低熔點煤的經驗，采取的調整措施如下：一是僅在底層磨一倉燃用澳煤，暫停其他倉澳煤加倉。二是降低兩側燃燒器二次風旋流強度。三是調整二次風門開度，開大靠近側墻燃燒器二次風門。

次月10日6:00，#1爐底層磨一倉上澳煤，11日9:30觀察螺旋水冷壁壁溫測點出現偏差，判斷有可能出現結焦情況，隨后渣井開始出現焦塊，驗證了結焦的判斷。通過上述調整，未能解決結焦問題。

此次摻燒澳煤的結焦原因與摻燒低熔點煤不同。為尋找燃用澳煤結焦的原因，對澳煤進行了煤質分析和灰成分分析，同時化驗了燃用澳煤前的袞礦動力煤以及焦塊作為對比。煤質分析結果見表6，灰成分分析結果見表7。

表6 煤質分析結果

表7 灰成分分析結果

從表6數據來看，澳煤為較為優質的煙煤，澳煤灰熔點稍低于袞礦動力煤，渣樣灰熔點更低一些。盡管澳煤灰熔點稍低于設計煤種，但從前文敘述中可知，該機組采用底層磨燃用低熔點煤的方式順利燃用了ST溫度僅有1100℃左右的低熔點煤，因此判斷灰熔點并不是本次燃用澳煤結焦的主要原因。

根據表3和表7數據，計算了澳煤的各結焦判別指數，結果見表8。

表8 澳煤結焦判別結果

從判別結果來看，各判別指數之間存在顯著差異。澳煤僅有硅鋁比（Nsio2/Nal2O3）一項判別結果為嚴重，其余均為輕微。袞礦動力煤僅有硅比（G）一項為中度，其余均為輕微。渣樣灰熔點為中度，但已達到中度判斷的邊界接近輕微區間，硅鋁比為中度但達到邊界接近嚴重，其余均為輕微。

從化驗結果來看，灰熔點并不是導致結焦的主要原因，因此采用底層磨燃用澳煤未能解決結焦問題。為順利燃用此批次澳煤，需要根據燃燒狀況進一步進行運行調整，避免結焦影響機組正常運行。

3.4 運行對策

從上文分析可知，采用燃用低熔點煤的運行方式無法避免機組在燃用澳煤時結焦，煤質化驗結果顯示各結焦判別指數之間存在顯著差異。為保證機組安全穩定運行，需將機組的結焦情況控制在一定范圍內，防止生成過大的焦塊影響機組正常運行，故制定如下運行策略：一是機組上層磨僅在高負荷時投運，采用澳煤僅加倉上層磨的方式避免澳煤連續燃用。二是定期進行磨煤機組合切換。三是通過改變爐膛負壓、改變配風方式、調整爐膛氧量等方式增加擾動。

在采用新的運行策略后，未再有大的焦塊脫落，機組壁溫未出現長時間大幅度的偏差，說明通過間歇性燃用澳煤、增加機組擾動的形式有效避免了大焦塊的生成，保證了機組安全穩定運行。

4 結論

一是由于中下層燃燒器區域熱負荷較低，后墻燃燒器煙氣行程較遠，采用后墻中下層磨燃用低熔點煤的可有效控制鍋爐結焦。

二是通過間歇性燃用、增大爐膛擾動的方式，有效控制了機組在燃用澳煤時的結焦狀況，保證了機組安全穩定運行。

三是在燃用陌生煤種時要加強對于鍋爐受熱面、渣井等處的監視，通過水冷壁壁溫和渣井落焦情況判斷爐內結焦狀況，及時發現問題避免出現嚴重事故。

四是煤的結渣特性難以判斷，各判別指數之間也會存在較大差異，電廠一般僅具備化驗灰熔點的能力，僅從灰熔點判斷結焦特性可能會與實際情況出現較大偏差。

五是影響鍋爐結焦的因素較為復雜，對于不同煤質引起的結焦并無通用的解決方法，需要根據實際情況采用合適的解決方案。