1、設(shè)備概況
國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司2x600 MW超臨界機(jī)組的鍋爐型號(hào)為HG-1913/25.4-HM15，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型燃煤鍋爐。爐膛寬20 402.3 mm，深20 027.3 mm，高80 160mm。爐膛四周為膜式水冷壁，由螺旋盤(pán)繞上升水冷壁和垂直上升水冷壁組成。磨煤機(jī)采用長(zhǎng)春發(fā)電設(shè)備總廠(chǎng)生產(chǎn)的MPS212HP-II型中速磨煤機(jī)。主燃燒器選用低NO，的水平濃淡燃燒器，采用墻式切圓（大直徑單切圓）燃燒方式，二次風(fēng)偏離一次風(fēng)5°進(jìn)入爐膛，形成了空氣在外、煤粉在內(nèi)的“風(fēng)包粉”結(jié)構(gòu)。4組燃燒器分別布置在爐膛靠近四角的爐墻上，分上、中、下3層，并拉開(kāi)一定的距離，以降低燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，有效減少爐膛結(jié)焦。四層燃盡風(fēng)(SOFA)為水平擺動(dòng)形式，布置在燃燒器的最上部，氣流與燃燒器煤粉流形成反向切圓。煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流送風(fēng)機(jī)和2臺(tái)入口靜葉可調(diào)軸流引風(fēng)機(jī)，以平衡通風(fēng)。空氣預(yù)熱器為三分倉(cāng)容克式。鍋爐排渣采用風(fēng)冷干式除渣機(jī)，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
木屑顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
鍋爐設(shè)計(jì)煤種為寶日希勒礦褐煤。在設(shè)計(jì)煤種、BMCR工況下鍋爐熱力計(jì)算性能參數(shù)見(jiàn)表2。
2、存在的問(wèn)題
目前，國(guó)內(nèi)采用墻式切圓燃燒方式的鍋爐較多，但是多數(shù)燃用煙煤，國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司2x600MW超臨界機(jī)組鍋爐是為數(shù)不多的燃用褐煤的鍋爐。自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，2臺(tái)鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，焦量多，最大焦塊直徑達(dá)1500 mm以上，大塊焦渣經(jīng)常將干除渣系統(tǒng)壓死，甚至造成機(jī)組被迫降低出力運(yùn)行，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
在鍋爐停運(yùn)時(shí)，檢查2臺(tái)鍋爐受熱面結(jié)焦情況，發(fā)現(xiàn)分割屏和爐膛出口末級(jí)過(guò)熱器處無(wú)結(jié)渣現(xiàn)象，而在標(biāo)高30—60m區(qū)域內(nèi)一段水冷壁部位有明顯的掛焦痕跡，初步確定鍋爐是因?yàn)槿廴跔畹拿夯覜_刷側(cè)墻水冷壁而發(fā)生了結(jié)焦。
3、結(jié)焦原因分析
3.1燃煤特性
鍋爐結(jié)焦的根本原因是當(dāng)爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)組織得不好或因設(shè)計(jì)上存在缺陷，火焰直接沖刷水冷壁時(shí)，如果熔融狀的小渣滴在撞擊受熱面之前得不到充分冷卻，就不斷黏附在受熱面上形成結(jié)渣”1。寶日希勒礦褐煤屬于高水分、高揮發(fā)分、低發(fā)熱量、低灰熔點(diǎn)(1160℃)、結(jié)渣性強(qiáng)的煤種，而且該褐煤的Fez03和S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高(分別為12.27%和0.15%)，容易在水冷壁上凝固形成原生層，這是引起該電廠(chǎng)鍋爐結(jié)焦的主要原因。
3.2鍋爐設(shè)計(jì)特性
墻式切圓燃燒方式下，爐內(nèi)火焰噴射方向與爐墻垂直，燃燒器出口射流兩側(cè)具有較大的空間，有利于高溫?zé)煔饣亓�，減小水冷壁附近煙氣流擾動(dòng)的影響，從而避免了因燃燒器噴口區(qū)域狹窄而引起燃燒器及附近爐角側(cè)墻處發(fā)生結(jié)焦。
但數(shù)值模擬結(jié)果表明：墻式切圓鍋爐在爐膛內(nèi)、沿著爐膛高度方向任意切面存在一個(gè)溫度較高的“高溫火環(huán)”（類(lèi)似于水桶狀），而不是四角切圓的“高溫火球”，即在爐膛切面存在一個(gè)煤粉濃度較高的“煤粉環(huán)”。這主要是由于墻式切圓直徑較大，大直徑高溫火環(huán)在爐膛四墻局部存在風(fēng)粉氣流沖刷側(cè)墻水冷壁的現(xiàn)象；另外由于一次風(fēng)動(dòng)量高，二次風(fēng)不易滲透到該“煤粉環(huán)”內(nèi)部，進(jìn)一步造成了“煤粉環(huán)”內(nèi)部缺氧，從而引起鍋爐水冷壁掛焦。根據(jù)鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)時(shí)的溫度分布計(jì)算模型和煙花示蹤照片可以證實(shí)這一點(diǎn)。
3.3燃燒調(diào)整問(wèn)題
配風(fēng)方式不合理：在總風(fēng)量一定的情況下，附加風(fēng)開(kāi)度過(guò)大，主燃燒器二次風(fēng)開(kāi)度過(guò)小，造成主燃燒區(qū)域因缺氧燃燒產(chǎn)生還原氛圍，使褐煤的灰熔點(diǎn)大大下降，從而使煤灰的結(jié)渣性大大增加。
3.4煤粉細(xì)度問(wèn)題
煤粉過(guò)細(xì)使火焰短、燃盡速度快，不能形成分
段燃燒，造成爐膛熱負(fù)荷過(guò)于集中。
4、防結(jié)焦措施
為解決鍋爐結(jié)焦問(wèn)題，進(jìn)行了一系列專(zhuān)項(xiàng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)，制定出如下防結(jié)焦措施。
4.1來(lái)煤煤質(zhì)盡量接近設(shè)計(jì)煤種
從鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況看，當(dāng)鍋爐來(lái)煤發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量420 kJ以下時(shí)，鍋爐不會(huì)發(fā)生結(jié)焦；當(dāng)來(lái)煤發(fā)熱量比設(shè)計(jì)煤種低420 kJ以上且灰熔點(diǎn)也比設(shè)計(jì)煤種低時(shí)，鍋爐開(kāi)始產(chǎn)生結(jié)焦，并隨著偏差的增大結(jié)焦會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。因此，鍋爐來(lái)煤煤質(zhì)是保證鍋爐不結(jié)焦的前提，應(yīng)選用盡量接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)的燃煤。
4.2選擇適當(dāng)?shù)闹芙顼L(fēng)速
由于墻式切圓燃燒器具有風(fēng)粉噴射距離小(由常規(guī)的四角切圓28 m降至20 m)、易變形的特點(diǎn)，所以選擇合適的煤粉燃燒器周界風(fēng)速，對(duì)優(yōu)化爐內(nèi)燃燒至關(guān)重要。
通過(guò)實(shí)際運(yùn)行情況表明，燃燒器最佳周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度為20%~40%（即風(fēng)速保持在48 m/s左右）。合適的周界風(fēng)量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性氣氛，可有效防止結(jié)焦和高溫腐蝕。
4.3降低爐膛與大風(fēng)箱差壓
通過(guò)采用降低爐膛與大風(fēng)箱差壓(在BMCR工況下可由設(shè)計(jì)的l kPa降至500 Pa)，以及在保證制粉系統(tǒng)不發(fā)生堵煤的前提下適當(dāng)降低一次風(fēng)率（在BMCR工況下，可將一次風(fēng)率由40%降至35%）等手段降低噴燃器出口風(fēng)粉動(dòng)量，即通過(guò)降低墻式切圓上游噴燃器風(fēng)粉動(dòng)量避免下游噴燃器風(fēng)粉氣流變形掃墻，從而減少貼壁燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。
通過(guò)調(diào)整周界風(fēng)速和降低爐膛與大風(fēng)箱差壓，鍋爐風(fēng)粉掃墻現(xiàn)象明顯減少。
4.4適當(dāng)提高主燃燒區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)
提高主燃燒區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)，避免因缺氧燃燒產(chǎn)生還原性氣氛，是防止燃用褐煤鍋爐結(jié)焦的有效措施。對(duì)于已投運(yùn)的燃燒器，其輔助風(fēng)應(yīng)維持相對(duì)大的開(kāi)度，以保持主燃燒區(qū)所需的足夠空氣。
根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)保持省煤器出口氧體積分?jǐn)?shù)不低于4%，對(duì)防止結(jié)焦的效果較明顯。
4.5定期檢測(cè)煤粉細(xì)度
保持合適的煤粉細(xì)度對(duì)防止褐煤鍋爐結(jié)焦具有重要意義，當(dāng)煤粉細(xì)度在設(shè)計(jì)值的t5%范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)鍋爐燃燒影響不大；如超出此范圍，燃燒狀況將惡化，會(huì)加劇結(jié)焦。因此，應(yīng)定期對(duì)煤粉細(xì)度進(jìn)行檢測(cè)，將其控制在規(guī)定范圍內(nèi)。
4.6適當(dāng)開(kāi)啟燃盡風(fēng)擋板，實(shí)現(xiàn)兩段燃燒
在保證主燃燒區(qū)不出現(xiàn)還原性氣氛的前提下，適當(dāng)開(kāi)啟燃盡風(fēng)擋板，以拉長(zhǎng)爐膛火焰，實(shí)現(xiàn)分級(jí)供風(fēng)，降低爐膛燃燒區(qū)域熱負(fù)荷，從而降低該區(qū)域的煤灰及煙氣溫度；但在爐膛總風(fēng)量一定的情況下，如果燃盡風(fēng)的開(kāi)度過(guò)大，又會(huì)造成燃盡風(fēng)與主燃燒區(qū)搶風(fēng)現(xiàn)象，使主燃燒區(qū)因缺氧燃燒而發(fā)生結(jié)焦。
根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷大于滿(mǎn)負(fù)荷的60%時(shí)，開(kāi)啟下層燃盡風(fēng)擋板；當(dāng)負(fù)荷大于滿(mǎn)負(fù)荷的80%時(shí)，開(kāi)啟上層燃盡風(fēng)擋板，這種運(yùn)行方式可起到良好的防結(jié)焦效果。
4.7對(duì)鍋爐噴燃器噴射角度進(jìn)行改造
利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)，對(duì)鍋爐噴燃器噴射角度進(jìn)行相應(yīng)的改造，縮小切圓直徑，減少風(fēng)粉掃墻現(xiàn)象的發(fā)生。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)采取以上一系列調(diào)整措施，國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司2x600 MW機(jī)組墻式切圓鍋爐爐焦量顯著下降，焦塊直徑最大不超過(guò)100 mm，達(dá)到了控制結(jié)焦的目的。目前，鍋爐干除渣系統(tǒng)能夠保持連續(xù)長(zhǎng)周期的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在多次停爐檢查中，受熱面干凈無(wú)掛焦，鍋爐結(jié)焦問(wèn)題得到明顯遏制。
