大壩發(fā)電公司-3鍋爐是引進(jìn)美國B&W公司技術(shù)系北京鍋爐廠制造的B&WB-1025/18 3-M型亞臨界參數(shù)，中間再熱，自然循環(huán)，單爐膛，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，鋼架緊身封閉全懸吊式燃煤鍋爐。該爐設(shè)計燃用靈武煙煤，采用冷—次風(fēng)正壓直吹式中速磨煤系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，配5臺ZGM95G型磨煤機(jī)。
   3#鍋爐在1997年投產(chǎn)，投產(chǎn)初期鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象輕微。從1999年10月份開始，鍋爐結(jié)焦較嚴(yán)重，結(jié)焦主要區(qū)域分布在爐膛的出口處，即在屏式過熱器的屏底處，有些焦塊在屏底之間搭成橋，水冷壁在折煙角處的后墻上也有部分結(jié)焦。爐膛上部的大量結(jié)焦不但嚴(yán)重影響了鍋爐主參數(shù)的穩(wěn)定，使汽溫偏低，排煙溫度升高，而且大量掉焦引起爐膛冒正壓、排渣不暢，嚴(yán)重危害鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1、鍋爐結(jié)焦的原因分析
   鍋爐結(jié)焦機(jī)理是十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它和鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計、燃煤煤質(zhì)及鍋爐燃燒調(diào)整等因素有關(guān)。爐膛出口結(jié)焦的主要原因是鍋爐出口煙溫高于煤灰熔點(diǎn)，一般要求鍋爐爐膛出口煙溫比煤灰熔點(diǎn)低100℃～150℃，才能防止鍋爐爐膛出口結(jié)焦。經(jīng)分析研究，目前3#鍋爐的結(jié)焦主要和以下因素有關(guān)。
   三門峽富通新能源銷售的生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，如下圖所示：     爐膛容積熱負(fù)荷、爐膛斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷、爐膛幾何尺寸對鍋爐結(jié)焦有直接關(guān)系。爐膛容積熱負(fù)荷設(shè)計值的選取不但影響煤的燃盡，更重要的是影響爐膛出口溫度和爐膛溫度，特別對于灰熔點(diǎn)低的煤種，選取較大的爐膛容積和截面積是必然的，否則爐膛上部及爐膛受熱面將結(jié)焦。#3鍋爐在設(shè)計煤種下MCR工況時，鍋爐截面熱負(fù)荷為5.22 MW/m2，鍋爐容積熱負(fù)荷為127kW/m3。對比同類型機(jī)組的爐膛熱負(fù)荷數(shù)值，大壩發(fā)電公司#3鍋爐的爐膛熱負(fù)荷設(shè)計值選取都較低，在一定程度上可避免爐膛結(jié)焦。從鍋爐爐膛尺寸看，爐膛寬14.1 m、深123 m，頂棚標(biāo)高4985m，爐膛呈矮胖型，這對防止水冷壁結(jié)焦有利，但是，當(dāng)煤質(zhì)波動、煤粉燃盡性變差時，就對防止?fàn)t膛出口受熱面結(jié)渣很不利。
    查閱有關(guān)資料得到歐洲電站鍋爐爐膛截面尺寸設(shè)計選擇與機(jī)組大小的關(guān)系，見圖1。
    大壩發(fā)電公司機(jī)組容量為300 MW，設(shè)計燃燒煤種為易結(jié)焦煙煤，在圖1曲線上對應(yīng)的爐膛截面積為200 n/左右，而3鍋爐實(shí)際爐膛截面積約為174 m2，可見爐膛橫斷面尺寸設(shè)計選擇仍然趨向于小值，這無疑會增加鍋爐對煤質(zhì)的敏感性，從而增加了實(shí)際運(yùn)行中結(jié)焦的可能性。1.2煤質(zhì)的影響
    燃用煤種的煤質(zhì)對’3鍋爐的結(jié)焦有著根本的影響，結(jié)焦的內(nèi)因受熔化溫度和灰質(zhì)的組成成分影響。煤灰對于高溫受熱面沾污結(jié)焦的傾向，可用灰熔點(diǎn)溫度及灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)。大壩發(fā)電公司3鍋爐設(shè)計煤種的灰熔點(diǎn)為1213℃，一般情況下，當(dāng)爐膛溫度小于1213℃時，爐內(nèi)結(jié)焦可能性��；當(dāng)大于12130C時，爐內(nèi)有可能產(chǎn)生結(jié)焦。但是，單用灰熔點(diǎn)來判別煤灰的結(jié)渣性不準(zhǔn)確，可能會有不同程度的偏差，所以還須用其它指標(biāo)來評價。通常可用灰成分中的鈣酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來判斷其結(jié)焦傾向，用Na20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以判斷其沾污性。一般可把煤灰分為煙煤型灰和褐煤型灰兩種，這兩種灰并不是按煤的分類劃分，而是按煤灰中的w(Fe203)/[ w(CaO)+w(Mg0)的比值來區(qū)分的。當(dāng)比值大于1的煤灰稱為煙煤型灰：當(dāng)比值小于1且w(CaO)+w(Mg0》20%的煤灰稱為褐煤型灰。根據(jù)西安熱工研究院的化驗(yàn)結(jié)果．大壩發(fā)電公司一3鍋爐設(shè)計煤種煤灰屬煙煤型灰，灰的結(jié)渣性、沾污性均較強(qiáng)。
1.3運(yùn)行狀態(tài)的影響
1.3.1運(yùn)行氧量
    鍋爐運(yùn)行氧量即爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛．它對鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如果鍋爐運(yùn)行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣氛較強(qiáng)，煤的灰熔點(diǎn)就會下降，鍋爐就容易結(jié)焦。這是因?yàn)榛胰埸c(diǎn)隨著鐵量的增加而下降，鐵對灰熔點(diǎn)的影響還與爐內(nèi)氣體性質(zhì)有關(guān)，在爐內(nèi)氧化性氣氛中，鐵可能以Fe203形態(tài)存在，這時隨著含鐵量的增加，其熔點(diǎn)的降低比較緩慢；在爐內(nèi)還原性氣氛中（氧量不足），F(xiàn)e2O3會還原成Fe0，灰熔點(diǎn)隨之迅速降低，而且Fe0最容易與灰渣中的Si02形成熔點(diǎn)很低的2FeO - SiO2，其灰熔點(diǎn)僅為1065℃。
    根據(jù)鍋爐廠家提供的控制曲線，在機(jī)組滿負(fù)荷或接近額定負(fù)荷時，鍋爐控制氧量（爐膛出口處）為4%。從1999年10月份開始，由于各種原因，造成鍋爐運(yùn)行局部氧量低于此值．只有1.5qo~2.00/0，特別是有些區(qū)域的氧量只有百分之零點(diǎn)幾，那么在爐膛出口處肯定存在還原性氣氛很強(qiáng)的區(qū)域，使得煤灰的結(jié)焦性很強(qiáng)。
1.3.2爐膛出口煙溫
    83鍋爐經(jīng)常存在再熱汽溫偏低現(xiàn)象，運(yùn)行通常習(xí)慣于較大的一次風(fēng)量，加上本來爐膛高度并不高，當(dāng)投運(yùn)上排磨時，很容易使得爐膛出口煙溫偏高，再加上燃燒器各噴口的配風(fēng)方式是B&W公司按設(shè)計煤種事先把控制曲線設(shè)定在控制系統(tǒng)中（投自動時），主要控制依據(jù)是跟隨負(fù)荷、爐膛負(fù)壓兩個參數(shù)。當(dāng)煤質(zhì)有波動時，運(yùn)行人員不能及時根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，造成鍋爐燃燒配風(fēng)方式不是處于優(yōu)化狀態(tài)，特別是上層燃燒器煤粉顆粒燃盡性差，有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處尚未燃盡，導(dǎo)致鍋爐爐膛出口煙溫偏高，引起結(jié)焦，由于爐膛截面小，熱負(fù)荷較大；當(dāng)煤質(zhì)變劣時，煤粉的燃盡性能適應(yīng)能力不強(qiáng)。按照一般經(jīng)驗(yàn)，爐膛出口煙溫要比煤灰熔點(diǎn)低100℃～150℃，才能保證不結(jié)焦，按目前運(yùn)行情況看，爐膛出口煙溫經(jīng)常超出此值，所以很容易在管子表面形成結(jié)焦。
1.3.3主蒸汽流量偏大
    目前機(jī)組在帶相同負(fù)荷時所需的蒸汽流量比機(jī)組性能驗(yàn)收時要高，相同負(fù)荷下，主蒸汽流量偏大，就意味著給水流量也要增大，所需的風(fēng)，煤也要增大，那么風(fēng)機(jī)的出力就顯得吃緊。多次熱力試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，機(jī)組在額定負(fù)荷時的主蒸汽流量大于性能驗(yàn)收試驗(yàn)時的蒸汽流量，相應(yīng)的煤量、引風(fēng)機(jī)電流、引風(fēng)機(jī)開度等都大于性能驗(yàn)收試驗(yàn)時的數(shù)值。引風(fēng)機(jī)裕度不足，局部運(yùn)行氧量較低，而運(yùn)行氧量偏低會使?fàn)t膛出口處造成還原性氣氛，使煤灰熔點(diǎn)溫度下降，造成鍋爐爐膛容易結(jié)焦。
2、防止鍋爐結(jié)焦的對策
    對#3鍋爐必須采用綜合治理的辦法來解決鍋爐結(jié)焦的問題。
2.1短期對策
  ①對鍋爐進(jìn)行優(yōu)化燃燒試驗(yàn)，認(rèn)真詳細(xì)測量爐膛出口溫度。針對現(xiàn)有的燃用煤種，對鍋爐進(jìn)行優(yōu)化燃燒試驗(yàn)。根據(jù)煤種和負(fù)荷，采取可行的燃燒調(diào)整方案，合理配風(fēng)，保證鍋爐設(shè)計熱效率及鍋爐主參數(shù)在額定值范圍內(nèi)的情況下，盡可能降低爐膛出口煙溫。
    ②均衡鍋爐運(yùn)行氧量，避免爐內(nèi)局部出現(xiàn)還原性氣氛。加強(qiáng)爐內(nèi)吹灰工作，特別是重點(diǎn)區(qū)域要增加吹灰次數(shù)，如果運(yùn)行氧量還偏低，必要時適當(dāng)調(diào)整配風(fēng)方式。由于結(jié)焦的主要區(qū)域在爐膛出口處，此處容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，所以要防止結(jié)焦與還原性氣氛惡性循環(huán)的趨勢。機(jī)組檢修時，對空氣預(yù)熱器進(jìn)行重點(diǎn)檢查與清洗，降低風(fēng)煙道的阻力，提高風(fēng)機(jī)的出力。
    ③對汽輪機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能診斷試驗(yàn)，查清汽輪機(jī)疏水、抽汽系統(tǒng)是否有泄漏現(xiàn)象，提高凝汽器的真空度，使得在相同負(fù)荷下主蒸汽流量恢復(fù)到設(shè)計水平，以此降低鍋爐投煤量，相對提高風(fēng)機(jī)的出力裕度。
2.2長期對策
  ①對鍋爐進(jìn)行優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)，對爐膛出口煙溫進(jìn)行在線監(jiān)視，在保證主參數(shù)合格的前提下，建立在線的運(yùn)行優(yōu)化專家系統(tǒng)：通過合理調(diào)配一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)門開度以及運(yùn)行氧量，保證主參數(shù)合格和爐膛出口煙溫低于燃煤灰熔點(diǎn)的同時來保證蒸汽質(zhì)量，從而防止?fàn)t膛出口結(jié)焦；通過對爐膛出口煙溫、過熱汽溫、鍋爐負(fù)荷、燃燒氧量、排煙溫度等各種運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測，也可以評價鍋爐爐膛出口是否會產(chǎn)生結(jié)焦，從而防止在燃用不同煤種時鍋爐爐膛結(jié)焦，并能獲得最大的鍋爐效率。
   ②通過合適的配煤技術(shù)，使配煤的燃燒性能、結(jié)焦性能與原燃用煤種基本一致，盡量降低其結(jié)焦性和粘結(jié)性指標(biāo)。采用燃燒器組中一層或兩層燃燒器來燃燒有利于抑制結(jié)渣的煤種，具體的分層燃燒比例可通過鍋爐運(yùn)行優(yōu)化專家系統(tǒng)進(jìn)行在線優(yōu)化而獲得。
3、結(jié)論
    鍋爐的結(jié)焦機(jī)理是十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，與煤質(zhì)、鍋爐結(jié)構(gòu)及鍋爐燃燒調(diào)整等因素有密切關(guān)系，本文通過具體分析大壩發(fā)電公司#3鍋爐結(jié)焦原因并采取有效對策，可以抑制鍋爐結(jié)焦，改善鍋爐運(yùn)行工況，提高鍋爐效率。