0、引言
    合山發(fā)電公司2 x330 MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計制造的DG1004/18.5 -Ⅱl型亞臨界壓力，一次中間再熱，自然循環(huán)，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，半露天島式布置。鍋爐燃燒系統(tǒng)為固定直流式煤粉燃燒器，四角布置、切向燃燒，假想切圓直徑為D790 mm。燃燒器配制粉系統(tǒng)形式為鋼球磨中間儲倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，共4臺磨煤機，干燥劑為熱風(fēng)加乏氣再循環(huán)熱風(fēng)送粉。
    燃燒器設(shè)計采用一、二次風(fēng)間隔布置方式，每角共布置15層噴口。共設(shè)有5層一次風(fēng)噴口，一層燃盡風(fēng)噴口，7層二次風(fēng)噴口（其中3層布置有燃油裝置），2層三次風(fēng)噴口、頂二次風(fēng)方向反切150，A、B層改造后一次風(fēng)采用橫置鈍體直流燃燒器，C、D、E層一次風(fēng)均采用百葉窗式水平濃淡燃燒器，燃用設(shè)計煤種為混合煤（50%貴州煤與50010合山煤）。
    機組自2004年9月投產(chǎn)以來爐膛結(jié)焦問題一直未能有效解決，表現(xiàn)在高負(fù)荷運行時多次發(fā)生掉大焦引起鍋爐滅火，MFT動作停爐事故，如僅2009年10月至2010年3月，2號爐就發(fā)生五起掉大焦引起MFT動作停爐事故。爐膛結(jié)焦使水冷壁傳熱熱阻增加，水冷壁吸熱不足，鍋爐出力降低，爐內(nèi)換熱減弱導(dǎo)致爐膛出口煙溫上升，排煙溫度升高，燃燒損失增大，結(jié)焦嚴(yán)重影響鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性，因此對造成鍋爐結(jié)焦的主要原因進(jìn)行分析，采取有效措施治理改造，以提高機組運行安全性和經(jīng)濟性。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、原因分析
1.1燃用煤質(zhì)的影響
    鍋爐燃用煤種設(shè)計值：低位發(fā)熱量Q=18840kj/kg，揮發(fā)分V23.1%，灰分A=34.8%，實際混合煤低位發(fā)熱量平均值約17 000 kj/kg，灰分平均值A(chǔ)約39.5%，揮發(fā)分平均值Vdaf約16. 5%，混合煤低位發(fā)熱量低于設(shè)計值1840kj/kg，揮發(fā)分低于設(shè)計值約6.5qc，灰分高于設(shè)計值約4.5%。合山煤是典型高灰、高硫、高水份、低熱值的（三高一低）劣質(zhì)煙煤，由于貴州煙煤難以采購，1、2號爐主要燃用煤種為貴州無煙煤與合山本地煤，貴州無煙煤揮發(fā)分低、不易著火且燃盡度極差。揮發(fā)分偏低使煤粉引燃困難，著火推遲，燃燒不穩(wěn)，煤粉難以燃盡，灰分高使煤的燃盡度變差，可燃質(zhì)相對減少，發(fā)熱量降低，受熱面積灰結(jié)渣增加，根據(jù)對實際入爐煤灰熔點的化驗結(jié)果表明，灰的軟化溫度ST =1 150—1 268℃，即ST最低為l 150℃，最高為1268℃，平均值約為1200℃左右，國內(nèi)一般以煤的灰熔點高低判斷結(jié)渣的傾向程度，當(dāng)ST<1 350℃為強結(jié)渣性煤種，ST>1350℃為弱結(jié)渣性煤種，實際入爐煤灰熔點只有1200℃左右，遠(yuǎn)低于l350℃，屬于強結(jié)渣性煤種，入爐煤灰熔點偏低使結(jié)渣的傾向大大增加，是鍋爐結(jié)焦的一個重要原因。
1.2運行氧量的影響
    爐內(nèi)運行氧量對鍋爐結(jié)焦有舉足輕重的影響，增加運行氧量可大大減輕爐膛結(jié)焦，但氧量過大使?fàn)t膛溫度下降，燃燒不穩(wěn)，NOx排放量增加，尾部受熱面低溫腐蝕嚴(yán)重，排煙熱損失增大，鍋爐效率下降；由于l、2號爐空氣預(yù)熱器堵灰較重，煙氣差壓大，滿負(fù)荷運行引風(fēng)機開度高于90%才能維持爐膛負(fù)壓，經(jīng)實測1、2號爐滿負(fù)荷運行平均氧量為4.2%左右，而DCS顯示卻為5%左右，鍋爐燃燒理論表明，最佳運行氧量應(yīng)達(dá)到4.3%~4.5%，燃燒中存在氧量不足現(xiàn)象，由此產(chǎn)生還原性氣氛使灰熔點降低而加劇結(jié)焦形成。
1.3燃燒切圓的影響
    l、2號爐四角切向燃燒，設(shè)計假想切圓直徑為D790 mm，根據(jù)廣西電科院對1、2號爐冷態(tài)空氣動力場試驗結(jié)栗表明，1號爐假想切圓直徑為10 m．2號爐假想切圓直徑為9m左右，分則是設(shè)計假想切圓直徑的12、11倍左右，切圓過大使火焰刷墻程度增加且一次風(fēng)煤粉氣流因補氣條件差而受到鄰組噴嘴氣流沖擊，易偏轉(zhuǎn)貼墻而引起結(jié)焦；通過模擬爐內(nèi)射流流場結(jié)果來看，爐膛內(nèi)高溫氣流主要分布在四面水冷壁附近，停爐檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器區(qū)域水冷壁管被氣流沖刷、管壁減簿現(xiàn)象，說明存在燃燒切圓過大，氣流刷墻嚴(yán)重。
1.4風(fēng)粉配合的影響
    1、2號爐運行中均存在多臺給粉機給粉不均勻、下粉小暢的問題，所用給粉機為國產(chǎn)葉輪式給粉機，目前國產(chǎn)葉輪式給粉機普遍存在這一現(xiàn)象，使燃燒器各角噴口一次風(fēng)粉氣流煤粉濃度分配不均勻，加上一次風(fēng)速不平，勢必造成有些燃燒器缺風(fēng)，有些燃燒器缺煤的現(xiàn)象，使燃燒器偏離最佳上況工作；燃燒器的負(fù)荷分配直接影響爐內(nèi)空氣動力場及溫度場，當(dāng)風(fēng)粉分配小均時，就會產(chǎn)生爐膛火焰偏斜，局部區(qū)域熱負(fù)荷過高；爐內(nèi)有些區(qū)域或有的角燃燒相對缺風(fēng)，有的卻多風(fēng)富氧燃燒，即存在粉少風(fēng)多、粉多風(fēng)少的現(xiàn)象，這樣煤粉濃度高、缺氧燃燒的區(qū)域就會產(chǎn)生還原性氣氛，使灰熔點降低而加劇結(jié)焦形成。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
1.5敷設(shè)衛(wèi)燃帶的影響
    1、2號爐大修中在燃燒器區(qū)域四面水冷壁各敷設(shè)了163.8m2衛(wèi)燃帶，在三次風(fēng)噴口上部敷設(shè)了83m2衛(wèi)燃帶。雖然敷設(shè)衛(wèi)燃帶減少了燃燒器區(qū)域水冷肇吸熱程度，提高，爐膛溫度，火焰中心上移，有利于提高汽溫及燃燒穩(wěn)定性，但由此也加劇了結(jié)焦的形成，特別是燃用灰熔點低的煤種，處于熔融狀態(tài)的煤粉氣流沖刷水冷壁或衛(wèi)燃帶并在卜耐粘結(jié)沉積，形成焦塊，衛(wèi)燃帶表面粗糙及隔熱作用還會加劇結(jié)焦的形成，使焦塊連成一大片，當(dāng)焦塊過重落下就會砸壞冷灰斗及發(fā)生滅火停爐事故，嚴(yán)重威脅鍋爐的安全運行。
1.6燃燒器布置方式的影響
    l號爐大修中對燃燒器進(jìn)行丫改造，2號爐由于各種原因沒有對燃燒器改造，燃燒器仍采用一、二次風(fēng)間隔布置方式，與目前燃用的低揮發(fā)分、高灰分、低熱值的混合劣質(zhì)煤種明顯不相適應(yīng)。通過對比就是最好的證明，因為目前1號爐與2號爐有很多相同點：爐膛結(jié)構(gòu)、燃用煤種及摻燒比例相同，運行氧量為4.2%~5%．煤粉細(xì)度R90為4.5%左右，一次風(fēng)速基本保持在22~26m/s，風(fēng)速與目前燃用的煤種相適應(yīng)，兩爐都存在多臺給粉機下粉不暢的問題，衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積與位置基本相同，l號爐燃燒器改造之前與2號爐同樣存在高負(fù)荷運行大最結(jié)焦及因掉大焦引起MFT動作停爐現(xiàn)象，改造后兩臺爐高負(fù)荷運行結(jié)果卻大相徑庭：l號爐只有輕微結(jié)焦，2號爐仍大量結(jié)焦、結(jié)大焦。因此可排除由上述相同因素造成2號爐結(jié)焦為主要原因，主要原因是燃燒切圓過大、火焰刷墻；燃燒器采用一、二次風(fēng)間隔布置方式與目的燃用煤種不相適應(yīng)：由于一、二次風(fēng)混合過快，所需著火熱大而燃用煤種又是揮發(fā)分極低、燃盡性極差的劣質(zhì)煙煤，大量的煤粉顆粒只是到達(dá)水冷壁附近才開始燃燒，原來在火焰中心區(qū)未燃盡的碳再進(jìn)一步燃燒就會造成水冷壁附近熱負(fù)荷高，并形成缺氧區(qū)，缺氧燃燒結(jié)果使煤粉難以燃盡及還原性氣氛增加，使灰熔點降低，熔融的灰渣粘附在衛(wèi)燃帶或水冷壁上形成焦塊，使?fàn)t內(nèi)發(fā)生大量結(jié)焦。
2、解決對策
2.1合理摻配燃用煤種
    煤種問題是產(chǎn)生結(jié)焦的主要原因之一，因此應(yīng)根據(jù)鍋爐設(shè)計煤種進(jìn)行燃煤的組織和選用，確保煤質(zhì)的相對穩(wěn)定，盡量降低其焦結(jié)性及粘結(jié)性指標(biāo)，使人爐煤灰熔點控制在l 350℃以上；實際運行中若燃煤煤質(zhì)發(fā)生較大的變化，應(yīng)進(jìn)行必要的燃燒特性評價，同時要做好運行調(diào)整，確定合理的摻燒比例，以達(dá)到提高灰熔點、降低灰粘度的目的，避免爐膛出現(xiàn)大面積結(jié)焦。
2.2  保持合適的運行氧量及加強受熱面吹灰
    運行氧量充足使煤粉能充分燃燒，并使?fàn)t膛壁面處的煙溫降低，爐壁處的沉積物減少，使水冷壁結(jié)焦的趨勢減少；運行氧量不足，爐內(nèi)還原性氣氛增加，灰熔點降低導(dǎo)致結(jié)焦發(fā)生，應(yīng)保證爐內(nèi)實際運行氧量達(dá)4.5%一5%．以抑制還原性氣氛，防止結(jié)焦。由于l、2號爐空氣預(yù)熱器堵灰較重，應(yīng)在停爐時對預(yù)熱器蓄熱元件進(jìn)行清洗或更換，并加強對空氣預(yù)熱器吹灰力度，維持爐膛負(fù)壓，保證爐內(nèi)供給氧量充足。
    運行中應(yīng)嚴(yán)格吹灰操作，堅持每班次對爐膛、過熱器、再熱器及煙道吹灰一次，保證受熱面干凈，減少結(jié)焦。
2.3  采用合適的燃燒切圓直徑
    1號爐燃燒器改造中，為減少爐內(nèi)貼壁氣流存在，將一次風(fēng)切圓改為對沖布置，二次風(fēng)假想切圓直徑改為D760 mm，三次風(fēng)假想切圓與二次風(fēng)方向一致，切圓直徑改為D600 mm，這樣切圓縮小后可減少爐內(nèi)氣流刷墻程度，合適的切圓直徑會獲得較為理想的爐內(nèi)空氣動力工況，有利于氣流在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)火球，高溫?zé)煔庋a充到燃燒器射流根部，使著火穩(wěn)定，防止氣流偏斜貼壁而結(jié)焦。
2.4保持良好的風(fēng)煤配合
    解決給粉機給粉不均勻、下粉不暢的問題，避免燃燒器各角噴口風(fēng)粉分配不均，爐膛火焰偏斜，局部區(qū)域熱負(fù)荷過高；保持良好的爐內(nèi)空氣動力場及溫度場，避免在燃燒器噴口及水冷壁附近形成還原性氣氛，造成局部嚴(yán)重的結(jié)焦。由于燃用煤種為劣質(zhì)煙煤，為穩(wěn)定煤粉氣流燃燒，減少著火熱，應(yīng)推遲二次風(fēng)與一次風(fēng)過早混合，以保證空氣與煤粉的良好混合。
2.5合適的衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積
    衛(wèi)燃帶敷設(shè)過多增加了爐膛熱負(fù)荷，加劇了結(jié)焦的形成，使火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，考慮到汽溫低及對燃燒穩(wěn)定性的影響，可將衛(wèi)燃帶分割布置，將連成一體的衛(wèi)燃帶縱橫分割成許多格子式的獨立小塊，以防止渣塊在衛(wèi)燃帶上蔓延開來，連成一片過重落下，砸壞冷灰斗及造成MFT動作停爐事故。
2.6燃燒器改為一次風(fēng)噴口集中布置方式
    根據(jù)中國長期燃用無煙煤及劣質(zhì)貧煤的實踐經(jīng)驗，燃燒器一般都采用一次風(fēng)集中布置方式。l號爐燃燒器改造是將2層一次風(fēng)噴口集中布置，并采用一次風(fēng)切圓對沖布置，而二次風(fēng)噴口采用分層布置方式，由于一次風(fēng)在向火面，一次風(fēng)可以直接吸收上游射流的輻射和湍流傳熱，二次風(fēng)布置在一次風(fēng)的外側(cè)，可減緩一次風(fēng)氣流的刷墻程度，從而減輕水冷壁結(jié)焦。一次風(fēng)集中布置方式由于燃燒集中，煤粉濃度較高，所需著火熱小，著火條件好，相對提高了著火區(qū)溫度，有利于保持較高的爐溫。二次風(fēng)采用分層布置，一、二次風(fēng)噴口保持較大的距離，以推遲一、二次風(fēng)混合，待一次風(fēng)煤粉氣流著火穩(wěn)定后再高速噴入二次風(fēng)，使二次風(fēng)卷吸的高溫?zé)煔馀c煤粉氣流強烈擾動混合，有利于在燃燒器出口某一位置形成局部的“三高”區(qū)（高氧量、高溫度、高煤粉濃度），使煤粉盡量燃燒完全，由此大大減少了不完全燃燒所產(chǎn)生的還原性氣氛，減輕了爐膛結(jié)焦，因而一次風(fēng)集中布置適用于低揮發(fā)分、難著火及難以燃盡的劣質(zhì)煙煤，2號爐目前燃燒器布置方式只適用于燃燒揮發(fā)分較高的煙煤。
3、改造效果
    實踐表明，1號爐燃燒器改造后，爐底排渣基本上是較細(xì)的、均勻的渣灰，焦結(jié)現(xiàn)象很少，消除了改造前爐內(nèi)大量結(jié)焦、結(jié)大焦現(xiàn)象。改造運行2年以來燃燒效果良好，未發(fā)生掉大焦引起鍋爐滅火事故，鍋爐熱效率也明顯提高，因此建議對2號爐燃燒器進(jìn)行改造，采用較小的燃燒切圓直徑以避免火焰刷墻，并將燃燒器改為一次風(fēng)集中布置方式，以適應(yīng)燃用的劣質(zhì)煙煤，從而根本上解決高負(fù)荷運行時爐內(nèi)大量、嚴(yán)重的結(jié)焦問題，改善鍋爐安全運行狀況及提高鍋爐熱效率。
4、結(jié)語
    鍋爐結(jié)焦是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它與燃用煤種、爐膛結(jié)構(gòu)、運行氧量、爐內(nèi)空氣動力場及溫度場、燃燒切圓直徑、風(fēng)煤配合、吹灰使用、燃燒器布置方式等許多因素有關(guān)，通過對鍋爐結(jié)焦原因進(jìn)行具體分析，針對性地采取有效措施治理改造，可大大減輕爐膛結(jié)焦的程度，避免爐內(nèi)大量結(jié)焦、結(jié)大焦而危及鍋爐安全運行，并由此改善鍋爐運行狀況，提高運行安全穩(wěn)定性及鍋爐熱效率。
    本次鍋爐改造的成功經(jīng)驗，對大型火電機組節(jié)能及優(yōu)化運行具有一定的參考價值。