摘要：优化燃料结构、科学合理地开展配煤掺烧工作成为解开降低燃料成本难题的重要钥匙。通过在燃用基本煤种为神华、塔山等烟煤的无分隔墙的八角反向双火焰切圆燃烧1000MW锅炉上进行燃烧调整和运行优化，取得了一些经验，解决了单烧菲律宾煤过程中的屏过结焦问题，实现了安全、经济单烧菲律宾煤的效果。
关键词：1000MW锅炉 菲律宾煤 结焦
0 引言
某电厂锅炉是由哈尔滨锅炉厂生产的超超临界变压运行直流锅炉，单炉膛、一次再热、Π型锅炉，燃烧方式为无分隔墙的八角反向双火焰切圆燃烧，锅炉设计煤种为神府东胜烟煤，校核煤种为山西晋北烟煤。为了节约成本和稳定煤源，电厂从投产当年，即进行掺配煤试验，主要是进行褐煤、菲律宾煤掺烧，掺烧菲律宾煤过程中，出现了锅炉屏过结焦等问题，专业人员通过合力攻关和分析，找到了以上问题的症结，通过燃烧调整和和设备的改造，实现了磨煤机安全、经济单烧菲律宾煤的效果。
#3机组B级检修后，于2016年5月28日并网发电，6月27日机组轮停解列，停炉后检查发现屛过挂焦严重，首先安排了打焦处理，并对结焦情况进行了初步分析，得出了结焦原因，并有针对性的进行调整控制，机组再次启动至今屏过处再没有挂焦。
1 锅炉结焦的机理
炉内结焦既是一个复杂的物理化学过程，也是一个炉内含灰气流的流动和传热传质过程。煤中灰开始熔化，如果积聚在一起，就形成焦渣。灰的熔化分为变形、软化、和熔融（即流动）3个阶段，相应有三个灰渣熔融特性温度，变形温度DT、软化温度ST、熔化温度FT，炉膛温度愈高灰就愈容易熔化，形成结渣的机会就愈多。
软化温度ST的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。灰的熔点低的煤种很容易结渣，灰的熔点决定于灰的化学成分。灰分一般都是由氧化硅、氧化铝和碱类等杂质组成的，不同的煤种，所含的杂质也不同。灰的熔化温度，在很大程度上是随着其化学成分而改变的。当煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时，灰熔点低，就容易结焦；当煤含有较多的硫化铁时，结渣最为严重。当煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点就高，就不容易结焦。煤的灰熔点一般在1250～1500℃，而有些煤的灰熔点则低于1100℃，锅炉燃用这种煤就非常容易结焦［1］。另外，同一种灰分，其周围介质性质改变时，熔点也要发生变化。如灰分与一氧化碳、氢气等还原性气体相遇时，其熔点会降低，这是因为还原性气体在高温下能将灰分中的高熔点氧化铁还原成熔点低的氧化亚铁。所以，在还原性介质中测得的灰熔点要比在氧化性介质中测得的灰熔点低。
锅炉发生结焦多是各种因素复合作用的结果，以煤质特性影响最大，锅炉特性参数次之，然后是空气动力场特性，运行管理方面的原因也不可忽视。
2结焦原因排查
2.1煤质特性
神华和塔山煤为电厂锅炉设计和校核煤种，褐煤、印尼动力煤、菲律宾煤为掺烧煤种，褐煤、印尼动力煤之前均进行了大量掺烧，掺烧过程中没有发现任何结焦问题。机组本次启动后新掺烧煤种为菲律宾煤，下面对各个煤种特性进行工业、灰渣特性分析对比，如表一和表二所示。从表二中的灰渣成分数据得出，菲律宾煤为低灰熔点易结焦煤种且其中Na2O和MgO的成分比例明显比设计煤种和校核煤种高。在1000MW机组上除了掺烧电厂设计煤种神华煤和经济掺烧煤种褐煤外，对菲律宾煤进行试烧，试烧比例为20%（一台磨），逐渐加大掺烧比例，掺烧比例最大控制不超过40%。但在后期实际掺烧过程中，由于褐煤断供、煤场倒空等客观原因，适当加大了掺烧比例，最大掺烧比例为60%。#3炉运行期间菲律宾煤掺烧情况如表三所示。
表一 煤质工业分析 表二 灰渣成分分析
表三 #3炉菲律宾煤掺烧情况
2.2.空气动力场特性影响
炉内实际切圆切向燃烧在炉内形成强烈旋转上升的气流，气流最大切向速度的连线构成炉内实际切圆，炉膛中心是速度很低的微风区，这就是切向燃烧锅炉炉膛内空气动力场的特点。实际切圆是切向燃烧的一个重要参数，对炉膛结焦、稳燃以及炉膛出口的烟速、烟温偏差都有重要的影响，实际切圆偏大则会造成高温烟气流冲刷水冷壁等受热面，使熔渣在接触壁面前无法凝固而容易引起结焦，实际切圆偏小则影响燃烧稳定性。因此，保证适中的实际切圆直径非常重要，影响实际切圆直径的主要参数有安装切圆直径、一、二次风动量比、燃烧器喷口总面积与炉膛截面积比及燃烧器摆角等。对#3机组B级检修期间的项目进行盘点，与炉内空气动力场相关的工作主要有以下方面：
2.2.1对燃烧器进行了修复，进行的主要工作有：浓、淡分离器钝铁校正、焊接固定及更换；浓、淡分离器钝铁定位卡焊接；部分浓、淡分离器钝铁框架底部重新贴钢板焊接，部分损坏的油枪旋风罩更换，外部改变角度后内部对燃烧器摆角动作情况进行检查，修复情况良好。
2.3运行管理方面原因
2.3.1对磨煤机煤粉细度和风速进行了测量，测量结果如表四，严格控制煤粉细度在25%以下，并且对风速进行控制在25—30m/s，防止煤粉过粗或一次风速过高或过低，造成燃烧推迟屏过处结焦、粉管堵粉或燃烧器喷口结焦。
2.3.2为确保锅炉不缺氧燃烧，对尾部氧量场和CO场进行测试调整，实测A侧氧量为3.0%，B侧氧量为2.7%，与DCS显示一致，两侧氧量场均匀。950MW负荷下测试的CO数据均在40ppm以下，炉内燃烧工况良好，可排除因缺氧形成还原性气氛导致结焦的可能。
2.3.3配风方式保持与检修前相似，采用缩腰型配风方式。
3结焦原因分析
3.1煤粉细度和风速因素
煤粉细度过粗使火焰中心上移，出口烟温升高，造成出口受热面结焦，所以要有合适的煤粉细度。另外，粗煤粉燃烧温度要高许多，熔化比例也高，冲墙后容易引起结焦，对比#3炉修前修后的磨煤机细度和风速，从表四中看出，R90细度均在16%-25%之间，风速均25m/s-30m/s，可排除由于煤粉过粗、风速过高导致燃烧推迟造成屏过结焦的可能。
表四 #3炉磨煤机煤粉细度和风速
3.2炉内空气动力场因素
#3炉本次设备检修，燃烧器主要进行了钝铁、定位卡修复；B、D磨煤机折向挡板活动润滑。未进行影响燃烧器出口煤粉燃烧、燃烧器喷口总面积和燃烧器摆角等影响炉内空气动力场的改造和检修，可排除因切圆半径发生变化后，导致结焦的可能。
3.3积灰因素
排查屏过、末过区域对应的吹灰器（长吹L/R1～7），吹灰次数和吹灰器运行时间均按要求执行，吹灰压力维持在2.2MPa，吹灰效果正常，可排除屏过受热面积灰过多，导致结焦的可能。
3.4缺氧因素
对比#3炉B修前后的相同煤量、相同负荷情况下的锅炉氧量，从数据分析来看，省煤器出口氧量维持2.8%，尾部CO数值均在40ppm以下，可排除锅炉因缺氧燃烧导致还原性气氛增强，加剧灰熔点降低造成结焦的可能。
3.5磨煤机运行方式因素
#3炉各负荷段磨煤机运行方式与检修前相同，无特殊运行方式导致火焰中心上移后炉膛上部温度过高造成结焦的可能。
3.6煤质因素
对#3炉B修后掺烧煤种进行分析，从表三中的菲律宾煤掺烧情况分析，菲律宾煤是从6月5日开始掺烧，6月13日逐渐加大掺烧比例，最大掺烧比例60%。神华、塔山、褐煤、印尼动力煤的软化熔点温度ST均高于设计煤种软化温度（1160℃），但从表二菲律宾煤灰渣特性数据可以看出，菲律宾煤软化熔点温度只有1100℃，明显低于设计软化熔点温度，且菲律宾煤中碱金属Na2O、K2O含量较高，分别为1.08%和8.70%，明显高于其它掺烧煤种，由于钠和钾在不同的温度下会升华（1400度以上），使碱金属化合物在受热面上凝结（1000~1100度），凝结下来的细粒粘附性很强，同时煤灰的熔融温度随碱金属含量的增大而降低，共同作用下使掺烧菲律宾煤过程中结焦倾向剧增。
综合以上分析，此次#3炉屏过处结焦的主要原因为菲律宾煤的灰熔点过低，碱金属Na2O、K2O含量偏高，且掺烧比例过大。
4预防结焦措施
4.1在A磨或B磨掺烧菲律宾煤时尽量开大对应层燃烧器二次风门（浓淡燃烧器二次风门均设+10偏置），以提高二次风气流的刚性，同时开大 A 层辅助风和 AB 油辅助风门开度，增加下层主燃区氧量，使菲律宾煤尽早燃尽。
4.2 锅炉氧量严格按绩效要求控制，避免在绩效下限以下运行，防止锅炉缺氧燃。
4.3掺烧菲律宾煤时燃烧器摆角严禁随意摆动，正常应置于50%，避免菲律宾煤燃烧滞后。
4.4严格按照吹灰措施规定进行吹灰，无特殊情况时，屏过、分隔屏处吹灰器不能跳吹、漏吹、多吹。
4.5为减少炉底漏风，干排渣各冷却风门正常均保持关闭。同时加强炉底进风温度及一级钢带头部进风温度及碎渣机电流监视，当以上温度出现明显上升同时碎渣机电流波动上升时，则说明锅炉出现掉焦现象。平时应加强监视干排渣各组挤压头对应的摄像头，当发现落渣口有大焦块时，应通过挤压头进行挤碎，如无效则通知检修进行人工清理，以避免渣斗长时间积渣。
4.6对掺烧菲律宾煤的燃烧器，每班佩戴观火眼镜对燃烧器喷口结焦情况进行检查，并将检查结果在日志内进行记录。
4.7机组运行中应加强对锅炉减温水量、过再热烟气挡板开度以及各受热面壁温、烟温监视，发现异常时应及时分析。
5结论和建议
本次#3炉B修后屏过受热面结焦的原因，主要是由于掺烧的菲律宾煤的灰熔点过低，碱金属Na2O、K2O含量偏高，且掺烧比例过大，针对此次掺烧菲律宾煤过程中出现结焦的异常，建议如下：
5.1低灰熔点煤种掺烧量需要控制，对于灰熔点温度低于1160℃的煤种，需谨慎采购和掺烧。
5.2若掺烧灰熔点温度低于1160℃的菲律宾煤等，掺烧比例不能超过30%。
5.3掺烧低灰熔点煤种时，鉴于电厂1000MW机组缩腰型配风方式，建议在下层磨（A或B磨）掺烧。
5.4对于电厂采购的新煤种，必须做好煤质化验和分析，出具正式的煤质检验报告后方可掺烧，否则不能进行掺烧。
参考文献：
［1］何连金.燃煤锅炉的结焦原因及预防.东北电力技术，2009，（4）：43～44
［2］陈孝安.1000MW机组锅炉结焦原因分析及预防措施.华电技术，2009，31（11）：26～27
作者简介：白福军（1984），男，广东汕头人，大学本科，工程师，广东大唐国际潮州发电有限责任公司从事锅炉专业运行管理工作.
论文作者:白福军
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/15
标签：结焦论文; 菲律宾论文; 熔点论文; 锅炉论文; 温度论文; 炉膛论文; 燃烧器论文; 《基层建设》2018年第34期论文;