國華公司的600 MW亞臨界機組所配置的鍋爐都是為燃用神華侏羅紀低灰熔點煙煤而設(shè)計制造的，由于設(shè)計煤種的灰熔點在1 200℃以下、早期投產(chǎn)鍋爐的分隔屏底部設(shè)計煙溫達到1 400℃左右，所以鍋爐投產(chǎn)后出現(xiàn)了爐內(nèi)粘污結(jié)渣嚴重、屏區(qū)大渣墜落砸傷水冷壁、排煙溫度偏高、主汽溫度偏低、再熱器減溫水量較大等問題，危及鍋爐的安全經(jīng)濟運行。為此，先后開展了摻燒神華石碳紀煙煤、加裝屏區(qū)吹灰器、細化煤粉、優(yōu)化配風(fēng)方式等試驗工作，基本保證了鍋爐的安全經(jīng)濟運行，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、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、設(shè)備簡介
    鍋爐型號為SG-2008 /17.47-M903，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、強制循環(huán)、亞臨界參數(shù)汽包爐。配備六套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，采用濃淡分離寬調(diào)節(jié)比(WR型)燃燒器，四角布置，切向燃燒。
    為降低切向燃燒引起的爐膛出口及水平煙道中煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)所造成的煙氣側(cè)的屏間熱偏差，采用同心反切加燃盡風(fēng)(OFA)和部分消旋二次風(fēng)技術(shù)，使爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強度具有一定的可調(diào)性。燃燒器沿爐膛高度方向自下而上分別編號為AA、A、AB、B、BC、C、CD、D、DE、E、EF、F、FF及OFA，其中A、B、C、D、E、F層為帶有周界風(fēng)的煤粉燃燒器；AA，AB、BC、CD、DE、EF、FF層為輔助風(fēng)。AB、CD、DE層二次風(fēng)噴嘴為4.5°順時針偏轉(zhuǎn)，BC層二次風(fēng)噴嘴為15。順時針偏轉(zhuǎn)，它們牽引對沖的一次風(fēng)構(gòu)成順時針方向旋轉(zhuǎn)的爐內(nèi)主氣流：EF層二次風(fēng)為20°逆時針偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)F層及OFA層為25°逆時針偏轉(zhuǎn)，它們具有減輕和消除氣流殘余旋轉(zhuǎn)的功能；由于AA層二次風(fēng)具有托粉作用，不作偏轉(zhuǎn)。為了調(diào)節(jié)再熱器汽溫，一次風(fēng)噴嘴可上、下擺動20°；二次風(fēng)噴嘴可上、下擺動30°。
2、爐內(nèi)摻燒與加裝吹灰器
    為解決上述問題，國華公司與西安熱工研究院、各屬地電科院等單位合作，針對甲、乙兩臺鍋爐進行了燃燒優(yōu)化工作。
    首先針對設(shè)計煤種灰熔點低的情況，為改善灰渣成分、提高灰熔點，確定了摻燒神華煤中灰熔點較高的保德煤的方案。由于配煤設(shè)施有限，不能實現(xiàn)煤場混配，所以通過試驗比較，確定了以C磨煤機單獨燃用保德煤的方式來實現(xiàn)爐內(nèi)摻燒的方案。表1為兩種煤質(zhì)摻混前后的灰熔點數(shù)據(jù)，其中上灣煤為低灰熔點侏羅紀煙煤，保德煤為高灰熔點石碳紀煙煤。
    其次為進一步減輕爐膛結(jié)渣和受熱面積灰情況，經(jīng)過與鍋爐廠充分協(xié)商，在分隔屏、后屏、低溫過熱器部位加裝了16只吹灰器。甲鍋爐在上述改進方案實施前后的運行數(shù)據(jù)如圖1所示。
    從圖1可以看出改進方案實施后A、B側(cè)排煙溫度顯著降低。A空預(yù)器出口煙氣溫度2較加裝前降低最大達到11.9℃，A空預(yù)器出口煙氣溫度1降低幅度最低為10.1℃。
    從圖2可以看出，增加吹灰器后過熱器出口溫度平均達到A側(cè)536.2℃、B側(cè)536.7℃，較以前全燃神華低灰熔點煙煤時的527.7℃和532.3℃提高了8.5℃和4.5℃，較摻燒保德煙煤工況也稍有提升。
    從以上數(shù)據(jù)可以看出，鍋爐在額定負荷下按20%摻燒保德煤，因分隔屏結(jié)焦以及對流豎井積灰情況大幅度降低，空預(yù)器入口煙溫降低11.9℃，排煙溫度降低4.24℃；同時，因分隔屏結(jié)焦脫落，過熱器吸熱量增加，主蒸汽溫度有所提高，爐膛出口煙溫在噴燃器擺角水平位置情況下，比摻燒前下擺12°低52℃，說明機組在連續(xù)高峰負荷期間摻燒保德煤可以提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟性。
    以上甲、乙兩臺鍋爐摻燒保德煤和加裝吹灰器后的運行數(shù)據(jù)表明，通過采取這些措施有效地減輕了爐內(nèi)受熱面結(jié)渣和尾部積灰情況，使鍋爐運行的安全性得以保證，并在經(jīng)濟性方面基本達到了設(shè)計要求。
3、結(jié)渣情況差異分析
    雖然甲、乙兩臺鍋爐通過摻燒保德煤和加裝吹灰器的措施基本保證了鍋爐的運行安全性，并在一定程度上提高了經(jīng)濟性，但是兩臺鍋爐的運行工況卻存在著較大的不同，表3是現(xiàn)場采集到的兩臺鍋爐的運行數(shù)據(jù)。
    從表3可以發(fā)現(xiàn)，與乙鍋爐相比，甲鍋爐的排煙溫度的低12℃左右，過熱器減溫水量多50 t/h左右，再熱器減溫水量少34 t/h左右。這說明甲鍋爐的分隔屏過熱器結(jié)渣較乙鍋爐輕微。
    造成這種差別的原因之一是爐內(nèi)配風(fēng)方式不同，分析如下。
    甲、乙兩臺鍋爐的二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)角度配置為下部啟旋、上部消旋，煙氣在爐膛內(nèi)整體呈順時針方向流動并形成“風(fēng)包粉”流場。那么按照切向燃燒煙溫偏差理論，在爐膛出口應(yīng)當是左側(cè)煙溫高、右側(cè)煙溫低，對應(yīng)的過熱器減溫水流量應(yīng)當是左側(cè)高、右側(cè)低。但表3所示的數(shù)據(jù)卻與此規(guī)律完全相反：甲鍋爐的過熱器一級減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低5.1 t/h，二級減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低1.8 t/h，乙鍋爐的過熱器一級減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低23.6 t/h，二級減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低9.9 t/h。因此可以初步斷定由于消旋風(fēng)動量過大在爐膛上部煙氣流動出現(xiàn)了反旋，由順時針旋轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏁r針旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。
    從表4還可以看出，甲鍋爐的消旋二次風(fēng)門開度比乙鍋爐的消旋二次風(fēng)門開度小，而啟旋二次風(fēng)門的開度比乙鍋爐的啟旋二次風(fēng)門開度大，所以甲鍋爐的過熱器減溫水流量偏差比乙鍋爐的過熱器減溫水流量偏差小得多。但兩臺鍋爐的過熱器減溫水流量都是左側(cè)低于右側(cè)，所以在爐膛上部都出現(xiàn)了煙氣反旋，只是旋轉(zhuǎn)強度不同而己。
    爐膛上部煙氣流向反轉(zhuǎn)后會使得“風(fēng)包粉”的流場結(jié)構(gòu)遭到破壞，此時灰顆粒容易貼壁。雖然由于摻燒保德煤使灰顆粒熔點提高以及水冷壁的管壁溫度較低、冷卻效果較好，貼壁顆粒不至于在爐膛上部水冷壁結(jié)渣，但加劇水冷壁沾污則是可以肯定的。那么由于爐膛吸熱份額的減少必然會使屏底煙溫升高，從而加劇分隔屏過熱器結(jié)渣。此外，煤粉顆粒初始在爐內(nèi)按順時針方向螺旋上升，在爐膛上部由于旋向的改變必然會使顆粒在爐內(nèi)的行程變短、停留時間減少，這會使得灰顆粒在到達屏底時由于燃燒時間的縮短而仍然具有較高的溫度，從而更易在分隔屏受熱面上積聚成渣。
    從表3記錄的數(shù)據(jù)可以看出，隨著反旋強度的增大，爐膛左右側(cè)煙溫偏差和受熱面結(jié)渣、積灰程度也在增加，這會對過熱器和再熱器的吸熱比例和換熱效率產(chǎn)生影響，使鍋爐運行的經(jīng)濟性降低。實際運行結(jié)果也證明較高的排煙溫度和較大的再熱器減溫水量是乙電廠的發(fā)電煤耗高于甲電廠的發(fā)電煤耗的原因之一。
    那么為了避免煙氣反旋就需要開大BC層啟旋二次風(fēng)門，改變啟旋風(fēng)和消旋風(fēng)的動量比。但是過大的啟旋風(fēng)量會產(chǎn)生引射作用，將一次風(fēng)拉向二次風(fēng)，由于啟旋風(fēng)偏轉(zhuǎn)角度較大，所以極易使火焰刷墻，在燃用低灰熔點煤時容易結(jié)渣。甲、乙鍋爐的摻燒試驗結(jié)果表明，在C層燃燒器燃用保德煤的效果最佳，這說明C層一次風(fēng)射流受BC層啟轉(zhuǎn)二次風(fēng)的影響最甚、最容易發(fā)生結(jié)渣問題，而在這層燃用高灰熔點煤則最為有效。加拿大自然資源部能源技術(shù)研究中心的計算結(jié)果表明，在爐膛下部存在著速度高達50 m/s的貼壁煙氣流，這也從一個方面證實了上述分析。
    從表5中可以看出，甲鍋爐的煤粉均勻性比乙鍋爐的差，但煤粉細度比乙鍋爐的低。實際上造成過熱器結(jié)渣的主要原因是隨煙氣運動至屏底的灰顆粒的表面溫度大于其軟化溫度，由于具有較高的粘度因而附著在受熱面上逐漸積聚成渣。有實驗研究表明：燃燒器區(qū)域的煤粉顆粒溫度高于煙氣溫度，顆粒的粒徑越大，其表面溫度越高。而且由于大煤粉顆粒的燃盡時間較長，所以其高溫持續(xù)時間越長。
    在與燃燒器距離一定的情況下，500 im粒度的顆粒溫度最多可比煙氣溫度高240℃左右，100 um粒度的顆粒溫度比煙氣溫度高100℃左右，而29 im粒度的顆粒溫度比煙氣溫度高25℃左右。
    爐內(nèi)的熱交換過程以輻射換熱為主，煤粉火焰中灰顆粒的輻射減弱系數(shù)與灰粒徑存在如下相互關(guān)系：
    根據(jù)上述公式可以發(fā)現(xiàn)灰粒子的輻射減弱系數(shù)與灰粒直徑的2/3次方成反比，即灰顆粒越大其輻射能力越弱。那么直徑較大的煤粉顆粒由于在燃燒器區(qū)域就具有較高的溫度以及在爐內(nèi)較弱的輻射能力，必然在隨煙氣運動至分隔屏部時與小直徑的灰顆粒相比仍保持較高的表面溫度。因而在同等條件下，越粗的煤粉越易結(jié)渣。這正是乙鍋爐比甲鍋爐結(jié)渣更甚的另一個主要原因。
4、結(jié)論
    (1)屏底煙溫設(shè)計過高、爐膛上部煙氣反旋、煤粉較粗是導(dǎo)致分隔屏過熱器結(jié)渣的主要原因。
    (2)通過摻燒高灰熔點煙煤和加裝吹灰器，可以基本實現(xiàn)鍋爐安全運行。
    (3)為進一步提高鍋爐運行的經(jīng)濟性，還需要進行以下工作：優(yōu)化燃燒器配風(fēng)，避免煙氣出現(xiàn)反旋；對制粉系統(tǒng)進行優(yōu)化，細化煤粉；盡量保留C磨摻燒方式。


相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機產(chǎn)品：
1、生物質(zhì)壁爐
2、秸稈顆粒機
3、木屑顆粒機