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1、引言
    2008年，由于電煤市場的變化，漳山發(fā)電有限責(zé)任公司一期2x 300 MW機組WG21045/17.5-1型鍋爐，開始摻燒劣質(zhì)煤以降低燃料成本。但自摻燒劣質(zhì)煤以來，爐膛掉焦現(xiàn)象十分頻繁，經(jīng)常由于掉焦發(fā)生卡澀撈渣機事件甚至還導(dǎo)致鍋爐滅火。2009年以來，因爐膛掉焦已造成多次鍋爐滅火事件。通過停機檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁衛(wèi)燃帶下層及上層衛(wèi)燃帶沿噴口切圓方向結(jié)焦嚴(yán)重，有時發(fā)現(xiàn)掛焦已將6片衛(wèi)燃帶全部包覆，厚度可達Im，并且焦塊成片竄結(jié)現(xiàn)象明顯，是影響機組安全穩(wěn)定運行的重大隱患。經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的共同攻關(guān)，提出了噴燃器噴口調(diào)整和衛(wèi)燃帶改進方案，2010年12月份和2011年3月份，分別在#l爐和#2爐大修時按照方案進行了實施，取得了預(yù)期效果。#1機組已經(jīng)連續(xù)安全運行349天，#2機組也未發(fā)生過掉焦滅火事件。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。
2、概述
2.1鍋爐介紹
    山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司一期鍋爐是由武漢鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的WG21045/17.5-1型鍋爐。鍋爐型式為：亞臨界自然循環(huán)汽包爐，鋼球磨中儲式冷一次風(fēng)機制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉，直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，四角布置，切向燃燒方式，尾部雙煙道布置．煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，噴水減溫控制過熱汽溫，容克式三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，刮板撈渣機連續(xù)固態(tài)出渣，鍋爐一次再熱，平衡通風(fēng)，全鋼構(gòu)架，半露天島式布置。
2.2燃燒器
    WG21045/17.5-1型鍋爐燃燒器采用美國CE公司引進技術(shù)設(shè)計制造，采用大風(fēng)箱、大切角、固定式燃燒器，燃燒器四角布置，采用帶有“百葉窗”濃縮器的左、右水平濃淡直流燃燒器。一次風(fēng)噴口之間布置了小二次風(fēng)，一次風(fēng)噴口布置了側(cè)邊風(fēng)。在爐內(nèi)形成小直徑雙切園燃燒，切園直徑分別為∮803、∮972 mm，平均燃燒角30。頂部兩層三次風(fēng)和燃燼風(fēng)反切100，假想切圓直徑分別為∮1982和∮2153 mm。
    燃燒器每角共有14個噴口，其中，4只一次風(fēng)噴口和8只二次風(fēng)噴口，兩只三次風(fēng)噴口。二次風(fēng)一部分作為燃料風(fēng)，設(shè)在每只煤粉噴嘴周圍，一部分作為頂部燃燼風(fēng)，經(jīng)燃燒器頂部的二次風(fēng)噴嘴送入爐膛；其余部分作為輔助風(fēng)，與煤粉噴嘴相間布置，形成均等配風(fēng)。所有二次風(fēng)都由二次風(fēng)門調(diào)節(jié)，由電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。整個燃燒器高度8714 mm。
2.3衛(wèi)燃帶布置情況
    由于設(shè)計煤種為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩(wěn)燃，在下爐膛四面水冷壁敷設(shè)了較多的衛(wèi)燃帶，布置在標(biāo)高為17.4-25 m的燃燒區(qū)域，總面積149.95m2。
2.4掉焦滅火統(tǒng)計
    從2009年6月-2010年5月份統(tǒng)計一期兩臺機組因為掉
焦滅火達9次，給鍋爐的安全運行造成巨大隱患。詳細情況見表l。
3、爐膛結(jié)焦原因分析
3.1結(jié)焦基本原理
    (1)灰顆粒向水冷壁面輸運是結(jié)焦的重要環(huán)節(jié)。灰顆粒的輸運機理主要有3類：第一類為揮發(fā)性灰的氣相擴散；第二類為熱遷移；第三類為慣性遷移。對于尺寸小于1um顆粒和氣相灰分，氣相擴散是重要的輸運機理；對于小于10um的顆粒，熱遷移是一種重要的輸運機理；對于大于10um的灰粒，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運的重要因素。在典型的煤粉鍋爐中，氣流速為10—25 m/s時，直徑為5um—10um灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。
    (2)鍋爐爐內(nèi)中心溫度約為1500一l 700℃，煤粒燃燒時其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200—300℃，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運動過程中，由于灰顆粒運動速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長大。因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時的狀態(tài)對渣的結(jié)聚、長大具有重要影響。
    (3)煤灰粒子的冷卻過程取決于爐內(nèi)總體溫度水平及水冷壁附近溫度水平，溫度增高，結(jié)焦程度將按指數(shù)規(guī)律增長。
    (4)水冷壁附近的溫度分布除與爐膛中心溫度、水冷壁吸熱熱流有關(guān)外，還與水冷壁表面的清潔程度有關(guān)。當(dāng)水冷壁表面附有衛(wèi)燃帶時，表面溫度迅速增高。這不僅有可能使灰渣表面具有黏性，捕捉飛灰，而且還降低了慣性輸運灰粒的冷卻程度，因而灰渣的積聚具有自加劇性，即一旦發(fā)生結(jié)焦，其程度將會越來越嚴(yán)重，直到外層灰渣因熔化而發(fā)生自流。
    (5)同一煤種的灰渣，在弱還原性中，其灰熔點最低，在氧化性中則較高。
    (6)若一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng)，容易產(chǎn)生燃燒不完全，產(chǎn)生大量的CO，使灰熔點降低，導(dǎo)致結(jié)焦。
3.2結(jié)焦原因分析
    (1)通過電科院做實驗測試，鍋爐燃用煤種DT(變形溫度)為1150-1260℃，屬中等結(jié)焦性煤種，雖然其ST(軟化溫度)為1500℃，但其結(jié)焦性將比設(shè)計煤種大為增強。
    (2)由于設(shè)計煤為極難著火和燃燒的貧煤，為了穩(wěn)燃，在下爐膛水冷壁敷設(shè)較多的衛(wèi)燃帶，從表2可以看出，本公司設(shè)計的爐膛斷面熱負(fù)荷較高，再加上夏季機組背壓超設(shè)計值導(dǎo)致鍋爐經(jīng)常超負(fù)荷運行，使得燃燒區(qū)域爐膛熱負(fù)荷偏高（100qvECR工況下>1800℃），爐膛溫度高，熔融的煤粉極易黏附在衛(wèi)燃帶上結(jié)焦、積渣。這是結(jié)焦的主要原因，從現(xiàn)場看，結(jié)焦主要是出現(xiàn)在爐內(nèi)標(biāo)高17—25m的衛(wèi)燃帶上。
    (3)通過常用煤種和設(shè)計煤種比較，發(fā)現(xiàn)實際燃用煤種的低位發(fā)熱值偏低，含灰量偏高，這就使燃料消耗量大大增加，相應(yīng)的灰分也會大大增加，過多的灰分在衛(wèi)燃帶上沉積，形成大焦塊，加大了結(jié)焦的嚴(yán)重性。燃用較差煤種時含硫量增高，使?fàn)t膛出現(xiàn)較明顯結(jié)焦。
    (4)燃用熱值較低的煤種時，沒有合理調(diào)整煤粉細度。煤粉細度較大時，由于著火的推遲和著火的不完全，可以有效地降低爐膛溫度，但煤粉細度太大時反而由于慣性的作用直接沖刷對面水冷壁，導(dǎo)致結(jié)焦更為嚴(yán)重。煤粉細度小，燃料著火提前且著火完全，爐膛溫度升高，反而更易結(jié)焦。
4、鍋爐結(jié)焦解決措施
4.1調(diào)整燃燒器區(qū)域水冷壁衛(wèi)燃帶面積，防止結(jié)焦
    鍋爐原設(shè)計衛(wèi)燃帶面積149.6 m2，其中，前后墻衛(wèi)燃帶面積各38.4 m2，左右衛(wèi)燃帶墻面積36.39 mz，鍋爐改造后衛(wèi)燃帶面積96.4 m2，其中，前后墻衛(wèi)燃帶面積各24.8 m2，左右衛(wèi)燃帶墻面積23.4 m2，前后墻改造前后見圖1、圖2。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。
4.2調(diào)整噴燃器角度
4.2.1衛(wèi)燃帶改造對氣溫的影響
4.2.1.1衛(wèi)燃帶改造前氣溫
  燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，過熱汽溫及再熱氣溫基本控制在535—540℃，在大于75%THA負(fù)荷時，鍋爐定壓運行，過熱器噴水量約5—29t/h；在60%一75%THA負(fù)荷時，滑壓運行，過熱器噴水量約10～30t/h，基本可以滿足要求。
4.2.1.2衛(wèi)燃帶改造后對氣溫及噴水量的影響
    燃用日常煤種，鍋爐在60%～100%THA工況下，在滿足過熱氣溫及再熱氣溫的情況下，75%THA以上負(fù)荷定壓運行，75%THA負(fù)荷以下滑壓運行，過熱器噴水量約0—20t/h，尾部再熱器煙氣份額基本不變。鍋爐氣溫基本可以滿足要求，但過熱器噴水量偏低。
    從上述數(shù)據(jù)可知，衛(wèi)燃帶面積減少對汽溫的影響有限，但由于原設(shè)計對流受熱面積偏少，雖然氣溫能保證，但減溫水量調(diào)整裕度偏小，故衛(wèi)燃帶減少后應(yīng)采取適當(dāng)措施，以改善氣溫偏低的情況。
4.2.2解決方案
    本公司技術(shù)人員和武漢鍋爐廠原設(shè)計人員取得了聯(lián)系，就鍋爐燃燒系統(tǒng)作了詳細的計算和校核，決定提高1.3 m爐膛火焰中心，即燃燒器噴口角度上調(diào)80(上、下二次風(fēng)噴口和三次風(fēng)共4層不上調(diào))，以改善氣溫偏低的情況。
    燃燒器土擺后氣溫情況：100%THA負(fù)荷時，燃用日常煤種，過熱器噴水量由5.2t/h提高至27.2t/h，再熱煙道份額由36%減至35%；燃用較差煤種，過熱器噴水量分別由223t/h提高至36 t/h，再熱煙道份額由34%減至33%。
    燃燒器上擺后，過熱器噴水量調(diào)整裕度增大，而尾部再熱煙氣份額變化較小，對保證鍋爐過熱氣溫和再熱氣溫的效果明顯。
4.3控制結(jié)焦的其他措施
    (1)在有條件的前提下，合理提高煤粉細度，降低煤灰顆粒細度，防止或減輕結(jié)焦。
    (2)鍋爐爐膛吹灰器必須完善投用，必須嚴(yán)格按運行規(guī)程對爐膛進行吹灰。
    (3)煤場存煤要按不同煤質(zhì)進行分堆，根據(jù)實際煤質(zhì)情況配制入爐煤，有條件時，可摻燒其他不易結(jié)焦的煤種。
    (4)將磨煤機出口溫度由設(shè)計值90℃降至70一75℃，降低了一次風(fēng)粉混合溫度。
    (5)二次風(fēng)擋板調(diào)整，開大BB/BC/CC三層，E/F/FF三層保持全開，減弱燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，降低衛(wèi)燃帶區(qū)域爐膛溫度，使煤粉著火推后。
5、效益評估
    (1)通過噴燃器噴口調(diào)整和衛(wèi)燃帶改進，避免了掉焦卡澀撈渣機和鍋爐滅火事件的發(fā)生，保證了機組長周期安全穩(wěn)定運行。
    (2)由于鍋爐滅火重新啟動產(chǎn)生燃油每次為10 t，每年按9次來計．直接經(jīng)濟效益10×9×8000=72萬元，年。
    (3)減少了鍋爐啟動次數(shù)，延長了機組使用壽命，間接地降低了生產(chǎn)成本。
6、結(jié)束語
    當(dāng)前，我國發(fā)電廠煤粉鍋爐廣泛存在燃煤煤質(zhì)偏離設(shè)計煤種現(xiàn)象，且日常燃用煤質(zhì)普遍較差，嚴(yán)重影響機組的經(jīng)濟性和安全性。文章以漳山公司一期2×300 MW機組燃煤鍋爐為研究對象，針對煤種變換后燃燒系統(tǒng)存在的問題展開研究，并取得了效果，為存在類似問題的電廠起到拋磚引玉的作用。