1、引言
    內(nèi)蒙古某熱電有限責(zé)任公司1#鍋爐于2001年9月投產(chǎn)，系哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-670/13. 7-YM13型超高壓、一次中間再熱、固態(tài)排渣煤粉爐，制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式系統(tǒng)，配有5臺MPS-170型中速磨煤機(jī)。
    該爐自投產(chǎn)以來，結(jié)焦現(xiàn)象十分嚴(yán)重。爐膛結(jié)焦后，水冷壁被大面積的焦塊遮住，爐內(nèi)正常的換熱過程被打破，導(dǎo)致?lián)Q熱推遲，過熱器超溫，減溫水量增大，排煙溫度升高，熱效率降低。另外，爐膛內(nèi)的焦塊落下時不僅引起爐膛負(fù)壓的波動，導(dǎo)致MFT（主燃料跳閘）動作，鍋爐頻頻滅火，而且大塊的焦還砸壞冷灰斗，影響撈渣機(jī)的運(yùn)行。結(jié)焦問題已嚴(yán)重影響該爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，亟需找出導(dǎo)致結(jié)焦的主要原因，并采取相應(yīng)措施加以解決。
2、鍋爐基本情況介紹
2.1設(shè)備及主要參數(shù)簡介
    該爐呈“Ⅱ”型布置，平衡通風(fēng)，爐膛寬度和深度均為11600mm，高度為40000mm，爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛上方布置有前屏過熱器，爐膛出口布置后屏過熱器，水平和尾部煙道中按煙氣流向依次布置對流過熱器、再熱器熱段、再熱器冷段、省煤器和空氣預(yù)熱器，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，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。
    鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
    額定蒸發(fā)量    670t/h;
    鍋筒工作壓力    15.89MPa;
    過熱蒸汽壓力    13.7MPa;
    過熱蒸汽溫度    540℃；
    再熱蒸汽溫度（人／出口）  317/540℃；
    再熱蒸汽壓力（入／出口）  2,6/2.4MPa；
    熱風(fēng)溫度    339℃；
    排煙溫度    137℃：
    鍋爐效率    92.05%。
    鍋爐燃燒方式為四角噴燃切圓燃燒，各角沿高度方向布置有5只一次風(fēng)噴口、7只二次風(fēng)噴口及2只油配風(fēng)器噴口，分上下兩組排列，均等配風(fēng)，氣流形成逆時針假想切圓，切圓直徑為+864mm。燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。
2.2煤質(zhì)特性
    該爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤（海渤灣老石旦、準(zhǔn)格爾煤田），實(shí)際燃用煤種為準(zhǔn)格爾小窯煤，兩種煤的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表2和表3。
    兩種煤的結(jié)渣特性用煤灰軟化溫度ST作為判別，由表2知：兩者的軟化溫度ST >1500℃，屬不易結(jié)渣煤；用灰成分結(jié)渣指數(shù)R。來預(yù)測結(jié)渣。經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)煤種R=0.55，現(xiàn)用煤種R。=0.10，設(shè)計(jì)煤種與現(xiàn)用煤種均屬不易結(jié)渣煤。因此，煤質(zhì)特性不是影響該爐結(jié)渣的主要因素。
3、爐內(nèi)空氣動力場冷態(tài)試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)內(nèi)容及方法
    (1)冷態(tài)�；�計(jì)算。
    在實(shí)爐上進(jìn)行冷態(tài)等溫�；�試驗(yàn)，除了保證煤粉燃燒器出口氣流的雷諾數(shù)達(dá)到自模區(qū)，還要按照冷、熱態(tài)時煤粉燃燒器一、二次風(fēng)出口氣流動量比相等的原則進(jìn)行，此次冷態(tài)�；�試驗(yàn)按設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行。
    (2)煤粉燃燒器一、二次風(fēng)速度調(diào)平。
    根據(jù)一次風(fēng)管道上靠背管流量系數(shù)的標(biāo)定結(jié)果和二次風(fēng)擋板特性曲線，定出冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)時一、二次風(fēng)速度。
    (3)爐內(nèi)空氣動力場試驗(yàn)。
    在每個風(fēng)噴口上捆綁示蹤煙花，分層按模擬試驗(yàn)風(fēng)速引燃煙花，進(jìn)行空氣射流軌跡示蹤，利用攝影、攝像技術(shù)將該過程記錄下來用于分析爐內(nèi)的空氣動力場情況。攝像平臺及定位燈的布置如圖1、圖2所示。
3.2爐內(nèi)空氣動力場試驗(yàn)結(jié)果
    爐內(nèi)空氣動力場煙花示蹤試驗(yàn)是在爐膛出口負(fù)壓30—50Pa、二次風(fēng)風(fēng)速40～45m/s、一次風(fēng)風(fēng)量17～19m3／s情況下進(jìn)行的。一次風(fēng)煙花示蹤試驗(yàn)結(jié)果見圖3。
    由圖3可以看出，1—4層一次風(fēng)射流形成的切圓逆時針旋轉(zhuǎn)，由于同層四角風(fēng)速不均，部分變形為橢圓形，直徑5700～7100mm，切圓中心向爐膛右側(cè)和后側(cè)偏移1～2m，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部偏斜嚴(yán)重，有射流刷墻。
    二次風(fēng)煙花示蹤試驗(yàn)結(jié)果見圖4。
   由圖4可以看出，二次風(fēng)射流形成的切圓逆時針旋轉(zhuǎn)，直徑5500～7500mm，最大值達(dá)到+7900mm，切圓中心向爐膛右側(cè)和后部偏移l—2m，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部、前水冷壁局部射流沖刷嚴(yán)重。下組燃燒器煙花示蹤試驗(yàn)結(jié)果見圖5。
    由圖5可以看出，下組燃燒器射流形成的切圓逆時針旋轉(zhuǎn)，直徑7000～7500mm，數(shù)值很大，切圓中心多數(shù)向爐膛右側(cè)和后部偏移1—2m，四面水冷壁都有明顯的射流沖刷，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部和前水冷壁局部尤為嚴(yán)重，與爐膛觀察的水冷壁結(jié)渣嚴(yán)重區(qū)域相一致。
4、結(jié)渣原因分析．
4.1爐內(nèi)實(shí)際切圓太大
    切向燃燒在爐內(nèi)形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)上升的氣流，氣流最大切向速度的連線構(gòu)成爐內(nèi)實(shí)際切圓。實(shí)際切圓是切向燃燒的一個重要參數(shù)，它對爐膛結(jié)渣、穩(wěn)燃以及爐膛出的煙速、煙溫偏差均有重要影響。實(shí)際切圓偏大則易引起結(jié)渣，實(shí)際切圓偏小則影響燃燒的穩(wěn)定性，因此保證適中的實(shí)際切圓直徑非常重要。
  該爐假想切圓直徑為∮864mm，冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)表明實(shí)際切圓直徑為8000—9000mm。一般認(rèn)為，實(shí)際切圓相比爐膛斷面的當(dāng)量直徑的范圍在0.4～0,8之間，綜合考慮煤質(zhì)特性及穩(wěn)燃、結(jié)渣問題，對于煙煤應(yīng)取較小值。本爐的實(shí)際切圓相對直徑大于0.7，運(yùn)行時易造成水冷壁結(jié)渣。
4.2爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理
    從爐膛結(jié)構(gòu)方面來看，爐膛斷面越大，爐膛越高，越不易結(jié)渣。該爐爐膛斷面為正方形爐膛，寬度和深度都是11600mm，爐膛高度是40000mm，上一次風(fēng)噴口至屏式過熱器下沿的高度為13000mm，燃燒器整體高度為6835mm，這些數(shù)值與同容量鍋爐相比均較小，導(dǎo)致爐膛容積熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷較高，增大了結(jié)渣的可能性。
4.3爐膛底部漏風(fēng)嚴(yán)重
    該爐排渣機(jī)液壓關(guān)斷門由于損壞密封不嚴(yán)，造成爐底漏風(fēng)十分嚴(yán)重。爐膛漏風(fēng)使?fàn)t膛內(nèi)的溫度水平降低，爐內(nèi)吸熱減少，爐膛上部溫度升高，特別是爐底漏風(fēng)，會使火焰中心上移，引起爐膛頂部受熱面結(jié)焦。該爐爐頂大屏結(jié)焦多屬此種情況。
4.4燃燒器調(diào)整不合理產(chǎn)生還原性氛圍
    該爐自投運(yùn)以來由于煤粉流動性、干燥度及輸粉管的通暢性等原因造成四角給粉不均勻的情況比較常見。四角風(fēng)粉不均會造成爐內(nèi)局部缺氧燃燒產(chǎn)生還原性氛圍，在這種氣氛中，灰中熔點(diǎn)較高的Fe0會還原成熔點(diǎn)較低的Fe0，能使灰熔點(diǎn)降低300～350℃，大大增加了結(jié)渣的可能性。
4.5射流兩側(cè)補(bǔ)氣條件差異較大
    該爐燃燒器軸線與水冷壁夾角al為42。和a248°，兩側(cè)區(qū)域不對稱，由于a2 >al，因此a2側(cè)的補(bǔ)氣條件比a1側(cè)充分，a2側(cè)的靜壓高于ai側(cè)的靜壓，在此壓差作用下，射流向al側(cè)傾斜，氣流容易貼邊而產(chǎn)生結(jié)渣。
5、爐內(nèi)結(jié)渣的防治措施探討
5.1減小燃燒器安裝切圓直徑
    該爐冷態(tài)空氣動力場試驗(yàn)表明，實(shí)際切圓很大，應(yīng)該減小�？稍诟鲗右淮物L(fēng)、二次風(fēng)噴口內(nèi)安裝導(dǎo)向檔板，使射流逆向偏轉(zhuǎn)，這樣通過改變射流角度達(dá)到減小假想切圓直徑的目的，從而減輕水冷壁結(jié)渣。
5.2適當(dāng)提高一次風(fēng)速
  一次風(fēng)速對射流剛性的影響很大，提高一次風(fēng)速可有效增強(qiáng)一次風(fēng)射流的剛性，避免由于射流兩側(cè)靜壓差的作用而產(chǎn)生偏斜，也避免了一次風(fēng)射流直接沖墻而產(chǎn)生的結(jié)渣。
5.3確定煤粉合適細(xì)度
    該爐各臺磨出口分離器檔板開度為35%～40%，煤粉細(xì)度R90為20%～26.8%，較設(shè)計(jì)值R90=16%增大。煤粉顆粒變粗使?fàn)t膛內(nèi)的煤粉火炬拖長，粗粉會因慣性作用直接沖刷受熱面，而且燃燒后的灰粒容易離析、撞擊爐膛而結(jié)渣。另外，粗粉燃燒
溫度比煙氣溫度高很多，熔化比例高，也易沖墻結(jié)渣。
5.4加強(qiáng)吹灰器和除渣設(shè)備的運(yùn)行和維修管理
    運(yùn)行各值要加強(qiáng)對吹灰器的現(xiàn)場檢查，必須嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程對各受熱面進(jìn)行吹灰，發(fā)現(xiàn)吹灰器因泄漏、卡澀或程序控制失靈，應(yīng)及時手操退出，避免吹壞爐管和燒壞吹灰器。要經(jīng)常安排少量吹灰器輪流大修，保持吹灰器較高的可用率。出渣設(shè)備發(fā)生故障應(yīng)立即修復(fù)，防止冷灰斗內(nèi)產(chǎn)生堆渣現(xiàn)象。
6、結(jié)論
    燃煤鍋爐的結(jié)渣問題十分復(fù)雜，影響因素很多，與煤質(zhì)特性、爐膛熱力參數(shù)、燃燒器的結(jié)構(gòu)、爐內(nèi)空氣動力工況、鍋爐運(yùn)行參數(shù)等密切相關(guān)。防止及解決爐內(nèi)結(jié)渣問題的主要措施應(yīng)從改善爐內(nèi)空氣動力工況人手，通過爐內(nèi)空氣動力場試驗(yàn)去分析結(jié)渣的主要原因，如切圓直徑，氣流的偏斜情況，一、二次風(fēng)的配比，燃燒器的布置，爐膛結(jié)渣部位等，然后提出對應(yīng)的解決方案，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑顆粒燃料。