摘要：锅炉建造时都已设计好匹配的煤种，只有在煤种如发热量、灰分、挥发份、含硫含水等指标匹配时，锅炉才能连续正常工作。当前，在资源和成本的双重制约下，设计煤种采购困难，越来越多的电厂开始大量采用“炉内掺烧”的方式，燃用非设计煤种和掺烧劣质煤种，在这种情况下如果运行调整不好，设备存在缺陷，极易造成锅炉结渣和结焦，影响锅炉安全高效洁净燃烧。基于此，本文主要对660MW机组锅炉炉内结渣的原因及解决措施进行分析探讨。
关键词：660MW机组；锅炉炉内结渣；原因；解决措施
前言
吉林电力股份有限公司白城发电公司1、2号机组为660MW超临界燃煤空冷发电机组，锅炉是三井巴布科克公司的标准化典型设计锅炉，锅炉型号HG-2070/25.4-HM9，设计煤质和校核煤质均是内蒙古霍林河露天矿业股份有限公司生产的褐煤，35只低NOX轴向旋流燃烧器采用前后墙布置、对冲燃烧，7台MPS225HP-II中速磨煤机配正压直吹制粉系统。由于燃料来源供应紧张，为此公司购进大量白音华褐煤，燃用白音华褐煤期间发现锅炉屏过结焦严重，排烟SO2含量大幅升高，汽温偏差不可调整，升负荷汽温下降较大，为了解决上述问题，同时优化运行参数，白城发电公司委托中电投东北节能技术有限公司进行2号机组锅炉掺烧白音华褐煤优化调整试验工作。
1、试验内容和结果
大修前#2机组锅炉存在掺烧白音华褐煤屏过严重结焦，受热面烟气通道大面积堵塞，形成烟气走廊，汽温偏差不可调整，升负荷过程汽温下降较大，垂直水冷壁壁温经常超温，同时存在SCR入口NOx含量升高，为了解决上述问题，同时优化运行参数，中电投东北节能技术有限公司于2018年5月10日-5月12日完成大修后冷态试验，6月10日-7月3日完成大修后掺烧白音华褐煤优化调整试验，达到预期目的。
从煤场取白音华蒙东煤种样品进行化验，化验结果与设计、校核煤质对比结果如下：白音华褐煤全水分34.9%，高于设计和校核煤质；收到基硫分8%，高于设计和校核煤质；其它成分或者与设计煤质接近或者与校核煤质接近；灰分成分化验结果为白音华褐煤灰分二氧化硅含量55.35%，比设计煤质灰分减少约15%，氧化铝16.90%，比设计煤质灰分增加约3%，氧化铁7.45%，比设计煤质灰分增加约3%，三氧化硫达到7.0%，设计值只有1.32%。白音华褐煤灰熔点软化温度1240℃比设计煤质灰熔点软化温度值低50℃。有资料表明随着硫的质量分数及铁的质量分数的增加，结渣现象总是加剧。
在灰渣特性中，其粘度受温度变化影响不同，受温度影响大的称为短渣，影响小的称为长渣。从灰熔点上判别，长渣表现为DT与FT之间温差大，一般达到200℃及以上；短渣表现为DT与FT之间温差小，一般在100℃及以内。在灰熔点温度ST一定时，燃用长渣煤，一般情况下结焦相对进行缓慢；而燃用短渣煤，短时间内可能出现大面积结焦现象。白音华褐煤熔点温度ST与设计值接近，DT与FT之间温为180℃，比设计值370℃低了190℃，因此结焦相对容易。
已有研究表明，锅炉结焦受结焦指数影响，而结焦指数的高低主要取决于煤灰中碱性氧化物与酸性氧化物的比值。一方面煤灰的结焦指数随着煤灰中碱性氧化物与酸性氧化物的比值增大而升高；另一方面煤中硫含量升高，则结焦指数值增大，结焦越严重。同时只有当煤灰中碱性氧化物与酸性氧化物的比值接近，结焦指数值的大小，才取决于含硫量的高低。因此单纯从煤中含硫量的高低并不能判别该煤种是否容易结焦。
有研究表明锅炉燃烧时烟气中的含氧量多少是至关要素，炉内燃烧烟气是还原性还是氧化性气氛，对锅炉燃烧有很大的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果炉内燃烧气氛是氧化性的，煤粉中含Fe化合物就会变成稳定型的氧化物Fe3O4，它和煤粉中的其他氧化物SiO2形成较高熔点的复合物，其熔点高达1594℃，不易黏附在水冷壁或其他受热面上，不易结焦，具体反应如下
3Fe+2O2=Fe3O4.
如果炉内燃烧气氛处于H2，H2S，CO等还原性气体较多的燃烧氛围中，则会发生还原反应，生成FeO，具体反应过程如下
Fe3O4+H2=H2O+3FeO；
3Fe3O4+H2S=SO2+H2O+9FeO；
Fe3O4+CO=CO2+3FeO.
在还原性气氛中，灰分中的FeO与SiO2形成4FeO•SiO2，2FeO•SiO2等复合物共熔体，熔点约为1065℃~1183℃，由此可见灰分的熔化温度在还原性气氛中比在氧化性气氛中低300℃~400℃，因此锅炉燃烧过程中，炉内燃烧气氛处于氧化性氛围有利于防止锅炉结焦。
燃烧煤质含硫量高，煤中富含铁元素。一是有研究表明，煤中富含黄铁矿的灰粒在炉内火焰中的反应及其生成物易在锅炉燃烧时形成熔融、半熔融态的颗粒及复合物，是引起锅炉结焦结渣的主要来源。二是浓淡分离器的煤粉浓缩后，浓侧煤粉气流中会出现含铁颗粒的富集。对于浓淡燃烧器，是不同程度地利用颗粒的惯性及离心力进行浓缩的。制粉过程中黄铁矿硬度大、密度大，且易偏析，会以较粗颗粒出现，这些颗粒品质大，惯性也大，极易经浓缩进入浓侧。浓侧含铁颗粒的较多，这些粗颗粒燃烧时间长，处于熔融态的时间就越长，颗粒就越粗，质量就越大惯性也就越大，越易发生结渣沉积和粘附。通过对几年锅炉掉焦灭火次数与锅炉入炉煤含硫量对比分析，当锅炉入炉煤含硫量升高时，锅炉掉焦现象明显增多，锅炉掉焦灭火事故次数与含硫量变化趋势趋近一致，这和理论上的分析接近。
2、优化调整试验
试验表明在不同负荷下，保证炉膛出口氧量平均值大于3%时炉膛屏区烟气温度最高1250℃，按目前的掺烧方式不会出现大面积结焦的情况，除非掺烧更容易结焦的煤种，降低煤粉细度，提高运行氧量，降低炉膛出口负压，减少炉底漏风都是有利于减少结焦的调整方法。适当提高一次风速，减小旋流强度，对于燃用褐煤不会对导致灰渣含碳量大幅上升，不会降低锅炉热效率。
本次试验已经完成了不烧白音华煤的中低负荷试验测试和下层一台磨、下层两台磨掺烧白音华煤的试验测试工作，根据燃烧器喷口烟气温度和炉膛屏下烟气温度测试结果分析，75%BMCR以下负荷F\G磨同时掺烧白音华褐煤没有有大量结焦现象发生，前墙屏区下沿测试的最高烟气温度在1230℃，向后有屏过吸热烟气温度会小于前墙屏区下沿测试的烟气温度，根据灰熔点判断，白音华褐煤灰熔点在1240℃，因此屏过结焦的可能性不大。
560MW负荷F\G磨同时掺烧白音华褐煤没有有大量结焦现象发生，前墙屏区下沿测试的最高烟气温度在1260℃，向后有屏过吸热烟气温度会小于前墙屏区下沿测试的烟气温度，根据灰熔点判断，白音华褐煤灰熔点在1240℃，因此屏过结焦的可能性不大。
从燃烧器喷口区域测试的烟气温度看F、G、B磨#1#5号喷口区域烟气温度小于1280℃，A、D、E磨#1#5号喷口区域烟气温度最高达到1340℃。从观火孔能够看到的燃烧器区域的螺旋水冷壁，上面没有明显的结焦情况，各别工况只在观火孔上有少量松散结焦。
560MW负荷F\G磨同时掺烧白音华褐煤，燃尽风开度从40%调整到70%，测试炉膛出口屏区烟气温度没有明显上升，SCR入口NOx降低100-150mg/Nm3。因此，参考减温水量，在锅炉减温水量不大的情况下，适当开大燃尽风箱挡板开度不会导致燃烧恶化，不会出现结焦情况。
3、出现结焦后运行注意事项
对于中低负荷试验，停一台掺烧白音华煤的制粉系统，切换到其它没有掺烧白音华褐煤的制粉系统运行，进行炉膛吹灰，屏区受热面吹灰，适当降低负荷。
对于大负荷试验测试如果出现结焦情况，停一台掺烧白音华煤的制粉系统，降低负荷运行，进行炉膛吹灰，屏区受热面吹灰。
适当降低炉膛出口负压，建议设定-30Pa，以便减少锅炉本体漏风，降低通过干排渣机进入炉底的风量。
对于锅炉燃烧器区域结焦，适当提高一次风速，降低煤粉细度，降低二次风旋流强度。
屏区结焦不是短时间能够发现的，需要运行人员注意观察屏过进出口蒸汽温度变化，注意分离器出口蒸汽温度变化，观察其它烟气侧和蒸汽侧运行参数运行参数，发现问题及时提出进行调整。
结语
采用高低负荷变化的合理的运行方式是防止炉内严重结渣的有效措施之一。加强吹灰是防止炉内严重结渣的主要手段之一。特别是在BMCR负荷下,更应加强吹灰，建议在BMCR工况下,吹灰次数应比日常运行时增加1～2倍。
参考文献
［1］裴杰，王建勋，白旭东，等.600MW机组锅炉掺烧劣质烟煤的性能试验研究［J］.锅炉技术，2017（2）：66-69.
［2］李涛.煤质变化对电站锅炉运行的影响及对策［J］.上海电气技术，2012（2）：59-62.
论文作者:吕世岽
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：结焦论文; 锅炉论文; 褐煤论文; 烟气论文; 煤质论文; 温度论文; 熔点论文; 《电力设备》2019年第5期论文;