燃煤鍋爐結(jié)焦是影響鍋爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要問(wèn)題。國(guó)內(nèi)不少鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爐膛結(jié)焦嚴(yán)重，多次發(fā)生因結(jié)焦嚴(yán)重而降出力運(yùn)行或被迫停爐清焦的問(wèn)題，嚴(yán)重影響鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；同時(shí)也影響機(jī)組的發(fā)電和供熱。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象展開了大量的研究，也提出了不少行之有效的解決方法。由于不同鍋爐結(jié)構(gòu)的差異性以及燃用煤種的多變性，需要針對(duì)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行狀況和煤種情況采取行之有效的解決結(jié)焦的方法。
    本文主要就燃用神華煤鍋爐出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象進(jìn)行分析，通過(guò)采用防止燃燒器區(qū)域水冷壁大量掉焦的有效措施，基本上解決了鍋爐結(jié)焦難題。
1、鍋爐概況及主要參數(shù)
1.1主要運(yùn)行參數(shù)
    裝機(jī)容量400 MW，兩臺(tái)汽輪機(jī)是德國(guó)ABB公司制造的DKEH - IND31型冷凝、雙抽供熱式機(jī)組。4臺(tái)鍋爐是哈爾濱鍋爐制造廠生產(chǎn)的HG - 410/9.8 - YM15型高壓煤粉爐。爐本體為單爐膛形式，直流燃燒器四角切圓布置，切圓直徑400 mm，爐膛斷面為9 800mm×9 800 mm，由膜式水冷壁組成，入爐煤質(zhì)情況見表1，鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)見表2。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(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)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。
1.2熱風(fēng)送粉系統(tǒng)
    鍋爐送粉系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為熱風(fēng)送粉，熱風(fēng)由高溫風(fēng)和冷風(fēng)混合而成，設(shè)計(jì)風(fēng)溫160℃，高溫風(fēng)取自高溫段預(yù)熱器出口，設(shè)計(jì)風(fēng)溫330℃，冷風(fēng)取自送風(fēng)機(jī)出口，設(shè)計(jì)風(fēng)溫30℃。
1.3  吹灰系統(tǒng)及設(shè)備
    鍋爐配有3種型號(hào)的吹灰器，型號(hào)分別為IK - 525、IR - 3D、G98，分別用于清除過(guò)熱器管壁上的積灰、清除水冷壁上的積渣和積灰和清除省煤器管排上的積灰。爐膛吹灰器為短行程形式，水平煙道的對(duì)流受熱面為長(zhǎng)行程吹灰器，尾部對(duì)流受熱面為固定式吹灰器，鍋爐設(shè)計(jì)的吹灰介質(zhì)為生產(chǎn)抽汽。
2、結(jié)焦原因分析
    鍋爐自1999年投產(chǎn)燃用大同煤以來(lái)，多次發(fā)生燃燒器燒損現(xiàn)象，造成鍋爐被迫停運(yùn)，自2000年后改燒神華煤，鍋爐燃燒器相應(yīng)進(jìn)行了改造，解決了燃燒器燒損問(wèn)題，由于多方面原因造成鍋爐頻繁結(jié)焦，從2000~2004年，先后發(fā)生5次鍋爐因掉焦滅火。因此，解決鍋爐結(jié)焦問(wèn)題成為當(dāng)前保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要課題。
2.1神華煤的易結(jié)渣特性
    鍋爐受熱面的結(jié)渣主要由煤質(zhì)特性決定，根據(jù)文獻(xiàn)的煤灰結(jié)渣特性判別方法，對(duì)6種樣品的神化煤煤樣的灰渣特性進(jìn)行分析。根據(jù)表3和表4的分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：
    (1)由于T2平均為1277℃，所以可以判斷煤種屬于中等結(jié)渣。
    (2)由于硅鋁比Si02/AI203=24.83/11.91：2.08，可以判斷煤種屬于中等結(jié)渣。
    (3)由硅比G：36.43，可以判斷煤種屬于嚴(yán)重結(jié)渣。
    (4)由堿／酸比B/A：1.17，可以判斷煤種屬于嚴(yán)重結(jié)渣。
    (5)由綜合結(jié)渣指數(shù)R=3.825,可以判斷煤種屬于嚴(yán)重結(jié)渣。綜合比較而言，神華煤屬于嚴(yán)重結(jié)渣煤種。
2.2  熱風(fēng)送粉
    鍋爐投產(chǎn)后實(shí)際運(yùn)行滿負(fù)荷時(shí)熱風(fēng)溫度一般在220~240℃。該煤種揮發(fā)份一般在35%以上，雖然采用配煤（神7：準(zhǔn)3配比），其揮發(fā)份仍在30%~35%，極易燃燼，熱風(fēng)溫度與火焰溫度成正比，爐膛中燃燒器區(qū)域火焰溫度經(jīng)常達(dá)到1500℃以上，燃燒器高度近水冷壁處火焰溫度亦達(dá)到1300℃以上，高于煤種T2溫度，結(jié)焦成為必然。
2.3三次風(fēng)影響
    風(fēng)速設(shè)計(jì)45 m/s，三次風(fēng)風(fēng)速設(shè)計(jì)為60m/s（2臺(tái)磨煤機(jī)同時(shí)運(yùn)行），實(shí)際由于磨煤機(jī)出力較大，儲(chǔ)備系數(shù)達(dá)到1.7，經(jīng)常單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，二次風(fēng)和三次風(fēng)風(fēng)速超過(guò)設(shè)計(jì)值。一方面使得爐膛內(nèi)切圓加大，火焰與水冷壁間距縮短，燃燼的熔融性灰粒直接沖刷水冷壁，這就是燃燒器高度水冷壁結(jié)焦的主要原因之一；另一方面，燃燒器噴口回流加劇，為燃燒器噴口結(jié)焦并加劇創(chuàng)造了條件。
2.4分級(jí)燃燒
    燃燒器改造后的燃燒方式為分級(jí)燃燒，爐膛燃燒器區(qū)域的中部、下部為弱氧燃燒區(qū)，爐膛燃燒器區(qū)域的上部及以上區(qū)域?yàn)楦谎跞紵齾^(qū)。在優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量水冷壁壁面煙氣含氧量均低于2%，這樣，燃燒器中、下部的火焰處于還原性氣氛，從而降低了煤質(zhì)的T2溫度，在該區(qū)域結(jié)焦并積存也就成為必然。
3、解決的措施
    針對(duì)存在的結(jié)焦問(wèn)題采用常規(guī)辦法如適當(dāng)提高煙氣中氧含量、改造燃燒器、調(diào)整配風(fēng)方式、調(diào)整火焰中心位置、降低一次風(fēng)溫、一次風(fēng)噴嘴加裝周界風(fēng)、燃料中添加除焦劑等措施，但是都沒(méi)有達(dá)到理想的效果。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察、對(duì)鍋爐掉焦后的渣樣分析以及對(duì)爐膛掉大焦后爐膛出口煙溫和減溫水量變化等運(yùn)行參數(shù)的總結(jié)比較，確認(rèn)造成爐膛壓力反正的原因是燃燒器區(qū)域水冷壁大面積掉焦所致。
3.1燃燒器區(qū)域安裝蒸汽吹灰器
    爐膛燃燒器區(qū)域安裝蒸汽吹灰器的目的是定期清除水冷壁面上的積渣，消除形成大量掉渣的條件，使水冷壁掉焦量保持在可控范圍。神華煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)份較高，入爐煤揮發(fā)份在320/0~38 010左右，即使吹灰時(shí)汽流吹到已著火的煤粉流上，但是神華煤高揮發(fā)份和低灰份的優(yōu)勢(shì)可以使煤粉流中的揮發(fā)份在很短的時(shí)間內(nèi)大量逸出并強(qiáng)烈燃燒，而且能使整個(gè)煤粉顆粒燃燒，所以燃燒過(guò)程極為穩(wěn)定�；�于四角切向燃燒方式的特點(diǎn)和神華煤的特點(diǎn)，在燃燒器區(qū)域加裝水冷壁吹灰器：
    (1)使用IR - 3D型短行程吹灰器。
    (2)燃燒器區(qū)域每側(cè)爐墻（共4面墻）安裝2臺(tái)吹灰器，分兩層布置，每臺(tái)爐共加裝8臺(tái)吹灰器。
    (3)吹灰器安裝在每側(cè)爐墻水平線的中心位置，距相鄰爐墻4.9 m，距燃燒器外緣4.4m。
    (4)下層吹灰器的安裝標(biāo)高與下層一次風(fēng)噴口水平中心線相同，上層吹灰器的安裝標(biāo)高與三次風(fēng)噴口水平中心線相同。
3.2混煤比例的調(diào)節(jié)
    由于神華煤與準(zhǔn)格爾煤的來(lái)煤都很不穩(wěn)定，維持目前恒定的混煤比較困難，因此對(duì)鍋爐進(jìn)行了煤種變換試驗(yàn)研究，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行。
    (1)燃燒較高比例的準(zhǔn)格爾煤與神華煤的混煤試驗(yàn)研究。燃用大比例神華煤時(shí)，一次風(fēng)溫度的控制很重要。入爐煤比例神8：準(zhǔn)2時(shí)，一次風(fēng)壓宜維持在1 800~1 850 Pa，一次風(fēng)溫應(yīng)不超過(guò)120℃，一次風(fēng)箱的熱風(fēng)門開度不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機(jī)轉(zhuǎn)速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執(zhí)行發(fā)電部制定的吹灰制度；鍋爐負(fù)荷小于75%時(shí)可適當(dāng)提高一次風(fēng)溫，但是不得超過(guò)130℃。
    入爐煤比例為神9：準(zhǔn)1時(shí)，一次風(fēng)溫應(yīng)不超過(guò)110℃，一次風(fēng)箱的熱風(fēng)門開度不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機(jī)轉(zhuǎn)速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執(zhí)行發(fā)電部制定的吹灰制度；鍋爐負(fù)荷小于75%時(shí)可適當(dāng)提高一次風(fēng)溫，但是不得超過(guò)120℃。
    (2)燃燒100%神華煤試驗(yàn)研究。純燒神華煤時(shí)，建議鍋爐負(fù)荷維持85%左右，一次風(fēng)壓宜維持在1800~1850 Pa，一次風(fēng)溫應(yīng)不超過(guò)100℃，一次風(fēng)箱的熱風(fēng)門開度建議不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機(jī)轉(zhuǎn)速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執(zhí)行發(fā)電部制定的吹灰制度；鍋爐負(fù)荷小于75%時(shí)可適當(dāng)提高一次風(fēng)溫，但是不得超過(guò)110℃。
    鍋爐可以在燃用100%的神華煤，負(fù)荷在85%以下長(zhǎng)期運(yùn)行。此時(shí)鍋爐具有一定的自清潔能力，但應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)結(jié)焦?fàn)顟B(tài)的監(jiān)控。短期內(nèi)可以在100%負(fù)荷下燃用神華煤，但應(yīng)當(dāng)在一定的時(shí)間后降低負(fù)荷清潔爐膛。神華煤易結(jié)焦性，不宜大比例神華煤、高負(fù)荷運(yùn)行。
3.3鍋爐三次風(fēng)噴口處加裝打焦孔
    考慮三次風(fēng)噴口經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦、長(zhǎng)大，不易清除，且經(jīng)常出現(xiàn)掉焦鍋爐爐膛壓力返正現(xiàn)象，開孔后為清除結(jié)焦創(chuàng)造了條件。
3.4鍋爐一次風(fēng)冷風(fēng)管改造
    原一次風(fēng)冷風(fēng)管直徑為530 mm，一次風(fēng)風(fēng)溫一般在220℃左右，降到200℃以下比較困難，因此將該管改為630mm。
4、防結(jié)焦技術(shù)改造后效果分析
    (1)安裝吹灰器后，4號(hào)爐熱態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明：鍋爐負(fù)荷在400~430 t/h時(shí)，新加裝的吹灰器可以有效地清除燃燒區(qū)域水冷壁所掛焦渣。鍋爐未發(fā)生異常掉焦。投入燃燒器區(qū)域吹灰器時(shí)，對(duì)汽溫的影響較大。低溫過(guò)熱器反應(yīng)強(qiáng)烈，一級(jí)減溫水量大幅度變化。吹灰時(shí)對(duì)過(guò)熱器出口汽溫略有影響，主汽溫度下降2~3℃。
    (2)更換燃料適應(yīng)性研究試驗(yàn)證明，鍋爐都可以燃用100%的神華煤，在85%以下負(fù)荷長(zhǎng)期運(yùn)行，但應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)結(jié)焦?fàn)顟B(tài)的監(jiān)控；短期內(nèi)可以在100%負(fù)荷下燃用神華煤，但應(yīng)當(dāng)在一定的時(shí)間后降低負(fù)荷清潔爐膛。因?yàn)樯袢A煤易結(jié)焦性，不主張片面追求大比例神華煤、高負(fù)荷運(yùn)行。
    (3)鍋爐三次風(fēng)噴口處加裝打焦孔后，解決了原該處結(jié)焦無(wú)法清除，形成大塊現(xiàn)象；有效克服了脫落后砸傷水冷壁．落入撈灰機(jī)水封槽內(nèi)，導(dǎo)致鍋爐爐膛正壓，從而MFT動(dòng)作，造成鍋爐滅火的事故。
    (4)鍋爐一次風(fēng)冷風(fēng)管改造后，一次風(fēng)冷風(fēng)管直徑為從530 mm變?yōu)?30 mm，鍋爐一次風(fēng)風(fēng)溫控制在100℃以下，結(jié)焦情況大為緩解。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
5、結(jié)論
    鍋爐結(jié)焦是一個(gè)多因素作用的結(jié)果，針對(duì)具體情況應(yīng)采取不同的解決方案，從根本上治理，達(dá)到減緩鍋爐結(jié)焦的速度，降低結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)的目的，保證鍋爐能夠安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。解決鍋爐結(jié)焦問(wèn)題是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，通過(guò)采用爐膛燃燒器區(qū)域安裝蒸汽吹灰器，混煤比例的調(diào)節(jié)，在鍋爐三次風(fēng)噴口處加裝打焦孔等手段，基本上解決了410t/h鍋爐燃用神華煤結(jié)焦的技術(shù)難題。