某煤粉鍋爐大渣可燃物異常原因分析

柴成林，倪何軍

(浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 金華 321100)

截至2018年底，我國發電裝機容量達到19億kW，其中，煤電累計裝機容量為10.1億kW，占比53.2%，全國發電量6.99萬億kWh，其中煤電發電量占比為63%[1-2]。鍋爐作為火電廠重要設備之一，提高其熱效率是整個火電廠節能減排最重要的手段之一[3-4]。大渣可燃物是煤炭在鍋爐中未燃盡部分，隨大渣由鍋爐爐底排出，大渣中可燃物含量過高是導致鍋爐效率降低的重要原因之一[5]。鍋爐燃燒過程中大渣可燃物含量高的原因較多，主要有煤質、煤粉細度、燃燒器、運行方式等[6]。

中速磨煤機是燃煤電廠常用的磨煤設備之一，其運行狀態與鍋爐的運行效果關系密切，國內對中速磨煤機的研究較多[7-10]。由中速磨煤機故障導致鍋爐燃燒出現問題是電廠常見的問題。某電廠兩臺300 MW亞臨界機組運行過程中，先后在爐底出現煙花狀落渣，且大渣可燃物含量異常偏高，嚴重影響了鍋爐運行的安全性及經濟性。本文針對該現象出現的原因進行分析討論，并提出解決辦法，為國內其他鍋爐同類型問題解決提供借鑒。

1 鍋爐存在問題描述

1.1 設備及煤質

該廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1038/18.34-HM35亞臨界參數自然循環汽包鍋爐，采用固態排渣，中速磨正壓一次風直吹式制粉系統，配備5臺ZGM-113G-Ⅰ型中速磨煤機，對應5層燃燒器，在爐內組織切圓燃燒[11]。電廠常用燃煤為大南湖煤，煤質見表1[12]。

表1 電廠常用煤質數據

1.2 存在問題

電廠運行過程中，兩臺鍋爐先后出現爐底煙花狀落渣，且該現象在鍋爐各個負荷段均存在，如圖1所示。

圖1 煙花狀落渣

煙花狀落渣持續燃燒，甚至在干渣機鋼帶頂端，仍有未燃盡的碳粒，見圖2。

圖2 干渣機頂部未燃碳軌跡

對大渣進行取樣分析，其可燃物含量見表2。5個樣品取自不同日期、不同負荷段，但均在15%以上，個別樣品的大渣可燃物含量甚至超過20%。

表2 電廠常用煤質數據 %

2 原因分析

2.1 鍋爐運行方式調整

對鍋爐進行調整，適當加大二次風箱壓力，并增加底層二次風風量，以提高二次風剛性，增強其帶粉能力，防止由于二次風剛性不足造成托粉能力下降。同時對鍋爐爐底干渣機封門進行檢修處理，減少爐底漏風率，防止溫度較低的空氣由爐底進入爐膛中，造成煤粉燃燒惡化。

調整后，鍋爐不同工況下大渣可燃物含量降低到18%左右，這表明，二次風托粉能力及爐底漏風不是引起大渣可燃物含量高的主要原因。

2.2 大渣中未燃碳的分布

對大渣取樣，并進行了篩分，分別對各個粒徑范圍內的大渣可燃物含量進行分析。發現大渣中肉眼可見碳粒較多，大部分分布在3～6 mm，見圖3。碳粒尺寸大于6 mm的數量也較多，圖4為某次取樣挑選出的尺寸大于6 mm的碳粒。

圖3 3～6 mm大渣中的碳粒

圖4 大于6 mm的碳粒

對不同粒徑的大渣進行可燃物含量分析，結果見表3。

表3 不同粒徑大渣可燃物含量 %

根據化驗結果，3～6 mm的渣中，可燃物含量達到29.81%，小于200 μm的渣中，含碳量僅占2.20%，尺寸大于6 mm的大渣可燃物含量為7.75%，這表明大渣中的未燃碳主要分布在3～6 mm。由于煤粉顆粒在爐內燃燒過程中，無法由小尺寸顆粒凝聚為大顆粒的未燃碳，因此大渣中尺寸較大的未燃碳可能是大尺寸煤粒從中速磨出口一次粉管送入鍋爐中，由于顆粒較大，二次風無法托住大尺寸煤粒，煤粒在爐膛內下落過程中部分燃燒，形成煙花狀落渣。

2.3 制粉系統試驗

從五臺中速磨中分別取出煤粉，進行了粒度篩分，結果見表4。

表4 煤粉細度 %

根據煤粉細度結果，各磨煤機煤粉細度R90均滿足磨煤機設計參數，但是煤粉中粗顆粒較多，R1000較大，煤粉中甚至有5 mm以上尺寸的煤粒(見圖5)。

圖5 煤粉中的大顆粒

試驗過程中，對磨煤機的風煤比、加載力、分離器開度等進行調整，煤粉細度有相應變化，但煤粉樣品中的大尺寸煤粒始終存在。這表明，磨煤機運行參數不是導致煤粉中出現大的煤顆粒的主要原因。

2.4 磨煤機檢查

停磨后對磨煤機內進行了檢查，發現每臺中速磨中央落煤管處均出現約10 cm×10 cm的破損(見圖6)。

圖6 中央落煤管處破損

待磨制的原煤，由給煤機送到中央落煤管入口，經中央落煤管落入中速磨中，在磨內由磨輥研磨后，隨氣流向上運動，經煤粉分離器分離，細度合格的煤粉進入一次風粉管，送入鍋爐爐膛燃燒，細度不合格的煤粉落入磨煤機內重新磨制。中央落煤管處出現破損，則落煤管內的部分原煤有較大概率未落入中速磨中，而是經破損處被攜帶煤粉的氣流帶走進入一次風粉管，送入爐內(見圖7)。大顆粒煤塊在爐內燃燒過程中，無法被二次風托起，形成了鍋爐爐底煙花狀落渣的現象。

圖7 部分煤粒行程示意圖

2.5 處理措施及效果

對各磨煤機中央落煤管破損處進行焊接修補后，抽取各磨煤機煤粉并篩分細度，結果見表5。

表5 煤粉細度 %

煤粉細度正常，且煤粉樣品中無大顆粒煤塊。此時鍋爐爐底煙花狀落渣現象消失，鍋爐大渣可燃物含量也降低到1.00%左右，鍋爐運行恢復正常。

3 結論與建議

本文描述了一起由于中速磨中央落煤管破損導致的鍋爐運行中大渣可燃物含量過高的現象。通過對磨煤機檢查并修補中央落煤管處破損，解決了爐底煙花狀大渣的現象。該電廠燃煤沖刷磨損指數為2.4，但該煤依然將中央落煤管磨穿，因此建議電廠在中速磨的日常維護中，除了要對磨輥、分離器擋板、風環等部件進行檢查維護，還應定期檢查中央落煤管磨損情況。當電廠燃用磨損性較強的煤種時，應提高中速磨中央落煤管鋼材耐磨等級或貼耐磨瓷片等，以避免中央落煤管的磨損。本文的研究結果可為國內其他鍋爐同類問題解決提供參考。