0、引言
近年來，我國電力建設(shè)突飛猛進，火電機組的裝機容量越來越大。但因我國各地動力煤煤質(zhì)差異過大，爐膛結(jié)渣和受熱面污染等現(xiàn)象較普遍，大渣掉落而砸傷冷灰斗水冷壁管，堵塞排渣口促使冷灰斗水封急劇汽化而引起爐膛負(fù)壓波動，由此引起保護動作而MFT，或被迫降負(fù)荷運行，個別鍋爐曾發(fā)生嚴(yán)重事故，限制了鍋爐出力，威脅機組的安全運行。本文針對某600MW超臨界鍋爐爐膛結(jié)渣分析原因并提出對策。
1、鍋爐爐膛結(jié)渣的機理
通常，結(jié)渣的形成包括以下三個過程。
(l)初始沉積層的形成。爐管上灰沉積物迅速聚結(jié)的基本條件是存在一個粘性表面，粘性表面一般由硫酸鈉、硫酸鈣、鈣與硫酸鹽的共晶體等基本物質(zhì)組成。粘性沉積物處于熔融或半熔融狀態(tài)，對金屬或耐火材料具有潤濕作用，并且灰成分一般也能相互潤濕，這樣由于粘附作用而形成初始沉積層a
(2)一次沉積層的形成。隨著初始沉積層的加厚，煙溫升高，沉積速率加快，沉積物與沉積物之間以及沉積物與受熱面之間粘接強度增加，沉積層表面溫度升高，直至沉積層的熔融或半熔融顆粒基本不再發(fā)生凝固而形成粘性流體層，即捕捉表面。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。
(3)二次沉積層的形成。捕捉表面形成后，無論灰粒的粘度、速度及碰撞角度如何，只要接觸到沉積層的顆粒一般均會被捕捉，使沉積層快速增加，被捕捉的固體顆粒溶解在沉積面上，使熔點或粘度升高，從而發(fā)生凝固而又形成新的捕捉表面，直到沉積表面溫度達(dá)到重力作用下的極限粘度值時的溫度，使沉積層的形成不再加厚，而使撞擊上的灰粒沿管壁表面向下流動。結(jié)渣速度取決于一次沉積層的形成過程，各沉積層的形成均以慣性沉積為主，是否結(jié)渣以及結(jié)渣的程度與煤種、爐溫、空氣動力場等有關(guān)。
2、鍋爐結(jié)渣原因分析
摻燒印尼煤期間，l、2號爐多次出現(xiàn)鍋爐掉焦問題，2009年3月份l、2號鍋爐共發(fā)生5次掉焦，鍋爐掉焦瞬時正壓最高達(dá)1196Pa，3月30日23時2號鍋爐因掉大渣造成爐膛負(fù)壓急劇波動而發(fā)生滅火，由于鍋爐多次頻繁發(fā)生掉大渣，為此成立攻關(guān)小組對掉渣原因進行了分析，主要內(nèi)容如下。
2.1煤質(zhì)特性
不同煤種煤灰的結(jié)渣特性相差甚遠(yuǎn)，主要與灰的化學(xué)成分及其礦巖結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，主要包括灰的熔融溫度、灰渣粘溫特性和灰成分。
一般說來，灰的熔融溫度特性中，變形溫度越低，則結(jié)渣性越強，軟化溫度與變形溫度越接近，結(jié)渣性越強：熔渣粘度低的更易濕潤受熱面，因此，灰熔融溫度低和熔渣粘度低的煤灰易結(jié)渣。灰成分中Ca0、Mg0、Na20、K，O與Fe203，F(xiàn)eS2的含量高的結(jié)渣性強，其中Naz0、K20含量高的灰沾污性強；Al203和S102的含量高的結(jié)渣性就弱。
(1)印尼煤灰熔點較低，通過化驗分析，印尼煤灰熔點T2溫度1 130℃，屬于強結(jié)焦性煤種，客觀上為鍋爐結(jié)焦創(chuàng)造了條件。
(2)煤的灰熔點是由灰的特性決定的，并不是簡單的兩種煤的算術(shù)平均值，但實際化驗結(jié)果表明配煤灰熔點T2溫度1130℃與印尼煤一致，因此表明配煤沒有起到提高灰熔點的作用。
(3)印尼煤的灰分很小，即使體現(xiàn)出強結(jié)焦特性，但由于灰量較小，對于鍋爐的影響相對較小，但混配后灰熔點沒有增加，反而大大增加了灰的比例，因此使鍋爐的結(jié)焦量增加。燒印尼煤多次掉焦，基本上都不是發(fā)生在吹灰過程中，因為鍋爐結(jié)焦吹灰頻度已經(jīng)加大，從鍋爐掉焦來看，焦相對疏松，如果在吹灰器吹掃范圍內(nèi)結(jié)焦，完全可以通過吹灰吹落焦塊，而不會是目前結(jié)大焦自動脫落，表明結(jié)焦部位在吹灰器吹掃范圍之外。
(4)煤粉細(xì)度及其均勻性指數(shù)對燃燒有重要關(guān)系，煤粉越細(xì)，越容易燃盡，越粗就越不易燃盡，就有可能產(chǎn)生火焰刷墻，或火焰中心上移，引起結(jié)渣；均勻性指數(shù)n越小，則煤粉中的粗顆粒越多，燃盡就差，同時也易產(chǎn)生火焰沖刷壁面，或因此而使火焰中心上移，引起結(jié)渣。
2.2爐內(nèi)空氣動力特性
爐膛內(nèi)的煙氣溫度以及水冷壁附近的溫度情況和介質(zhì)氣氛等都與爐內(nèi)空氣動力特性密切相關(guān)。正常運行工況下，高溫的火焰中心應(yīng)該位于爐膛斷面的幾何中心處，而在實際運行中，由于爐內(nèi)氣流組織不當(dāng)，造成火焰中心偏移，高溫?zé)煔饬鳑_刷水冷壁面，使熔渣在接觸壁面前無法凝固而造成結(jié)渣。
2.3鍋爐設(shè)計特性參數(shù)
鍋爐燃燒一直存在一定偏斜，兩臺鍋爐長期左側(cè)溫度偏高（分離器A、B側(cè)），雖然目前鍋爐具體結(jié)焦部位還不能確定，但通過多次掉焦前后的參數(shù)變化對比發(fā)現(xiàn)，兩臺鍋爐的結(jié)焦部位有很大的一致性。如果說結(jié)焦影響了受熱面的傳熱，那么掉焦參數(shù)穩(wěn)定后應(yīng)該使汽溫的偏差減小，但恰恰相反，掉焦后反而造成偏差增大，而且非常明顯，只能說明火焰偏斜是造成結(jié)焦的主要原因；掉焦前后垂直水冷壁出口A側(cè)溫度基本不變，而掉焦后垂直水冷壁出口B側(cè)溫度明顯升高（升高10～20℃），幾次掉焦前后l、2號爐上述幾項參數(shù)的變化表現(xiàn)出明顯的一致性，表明結(jié)焦的部位也基本相同，應(yīng)該可以說明這不是一個偶然性的問題。由此也可以判定鍋爐結(jié)焦主要集中在爐膛上方偏左墻位置。
3、預(yù)防鍋爐結(jié)渣采取的措施
3.1正確設(shè)計爐膛結(jié)構(gòu)
過去爐膛設(shè)計最重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)是爐膛容積熱強度和爐膛斷面熱強度，整個爐膛設(shè)計合理的判斷指標(biāo)是爐膛出口煙溫應(yīng)低于燃料的灰熔點。對600MW的鍋爐爐膛設(shè)計的研究表明，大型鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計的指標(biāo)遠(yuǎn)不止這幾項。除爐膛容積熱強度、爐膛斷面熱強度外，還有燃燒器區(qū)域的熱強度、爐膛輻射受熱面熱強度、最上層燃燒器中心距分隔屏式過熱器底部的高度、以及最下層燃燒器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指標(biāo)。加設(shè)這些指標(biāo)的目的是不僅要滿足爐膛燃燒和傳熱的要求，還要保證爐膛運行安全可靠。設(shè)計燃燒器和選擇假想切圓的原則應(yīng)是在保證一次風(fēng)射流引射和卷吸高溫?zé)煔猓蛊溲杆僦鸷腿紵�(wěn)定的前提下，提高射流速度，減少偏轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)在爐墻附近燃燒，尤其不能出現(xiàn)射流貼墻燃燒。為此，在設(shè)計燃燒器時，應(yīng)控制單組燃燒器的高寬比，一般不要大于8。為避免產(chǎn)生風(fēng)簾，兩組燃燒器之間的有效間距通常不應(yīng)小于1100mm，這樣可減小射流兩面的壓差，提高射流剛度，防止射流貼墻或靠墻。在選擇四角射流假想切圓時，考慮到射流進入爐膛后不可避免的要產(chǎn)生較大偏轉(zhuǎn)，因此切圓直徑不易過大，一般以600～800mm較為合適。根據(jù)試驗研究和我國目前的運行實踐證明，燃燒器在正常運行調(diào)整時選擇上述數(shù)值，一般可避免射流偏轉(zhuǎn)而引起的爐膛結(jié)渣。
合理選擇和布置吹灰器。對于爐膛吹灰器沒有布置或布置不足的電站鍋爐，需要增加爐膛墻式吹灰器的數(shù)量以強化燃燒器區(qū)吹灰。某電廠機組爐由于水平煙道吹灰器數(shù)量不足，導(dǎo)致在燃用低灰熔點準(zhǔn)東煤時高溫過熱器和高溫再熱器沾污嚴(yán)重又不能及時清除，積灰落至折焰角斜坡堆積，并將高溫過熱器和高溫再熱器管淹沒，嚴(yán)重影響了煙氣的正常流通，后在水平煙道增加一層4只吹灰器，積灰問題得到解決。
3.2保持適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度和均勻度
燃煤過粗會延遲燃燒過程，使?fàn)t膛出口煙溫升高，同時煙氣中會出現(xiàn)未完全燃燒的顆粒，這樣會造成結(jié)渣。煤粉過細(xì)，煤灰易于黏附壁面，影響受熱面?zhèn)鳠帷Ｗ龊萌紵芾砉ぷ鳎M行全面的燃燒特性分析，特別是灰的成分分析及灰熔點和結(jié)渣特性分析，盡量用固定煤種，避免鍋爐運行時煤種多變。保持合適的煤粉細(xì)度和均勻度，不使煤粉過粗，以免火焰中心上移，導(dǎo)致爐膛出口結(jié)渣。另外，做好灰粒的慣性輸運。在三種灰粒輸運機理中，擴散和熱遷移主要是對初始沉積層的形成起作用。對具有潛在結(jié)渣傾向的煤，初始沉積層主要由揮發(fā)性灰冷凝而形成，具有較低熔點的堿金屬和堿土金屬硫酸鹽，呈液態(tài)容易捕捉飛灰。對潛在結(jié)渣傾向小的煤，初始沉積層有一部分是由小顆粒的熱遷移而產(chǎn)生，對慣性撞擊灰的捕獲能力較小。由于初始沉積層對鍋爐的安全運行不構(gòu)成影響，并且控制初始沉積層幾乎是不可能的。因此，要控制鍋爐的結(jié)渣，就要避免煤灰粒子向水冷壁慣性撞擊。
3.3控制爐膛出口煙溫
當(dāng)有充足的空氣量時，控制爐膛出口煙溫是避免結(jié)渣的又一重要方面。爐膛出口煙溫控制在規(guī)定范圍內(nèi)，一般可避免爐膛上部的結(jié)渣。為使?fàn)t膛出口煙溫不過高，可采用調(diào)整燃燒和適當(dāng)減少爐膛熱強度的方法達(dá)到。
(1)合理配風(fēng)。合理配風(fēng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是風(fēng)、粉混合均勻，著火迅速和燃燒穩(wěn)定。這樣，爐膛出口煙溫就會降低。配風(fēng)不當(dāng)使火焰中心上移，就使?fàn)t膛出口煙溫升高：火焰中心下移，將使冷灰斗附近溫度升高。因此，在運行中應(yīng)注意配風(fēng)，使火焰中心保持在爐膛中心。
(2)減少爐膛熱強度。提高鍋爐效率可減少燃料消耗，保證給水參數(shù)，減少鍋爐飽和蒸汽的用量等均可達(dá)到降低爐膛熱強度的目的。為避免爐膛熱強度過大，應(yīng)禁止鍋爐在較大的超負(fù)荷工況下運行。
(3)降低火焰中心。采用四角布置燃燒器的鍋爐，盡量利用下排燃燒器，同時下排二次風(fēng)量不易過大，這樣可使火焰中心下移。
3.4風(fēng)粉配比的調(diào)整
(l) -次風(fēng)與燃煤配比：風(fēng)粉配比受燃煤指標(biāo)的影響很大，當(dāng)燃燒設(shè)計煤種或進行摻煤燃燒時風(fēng)粉比要進行相應(yīng)調(diào)整，這需要從實際運行經(jīng)驗中摸索數(shù)據(jù)。當(dāng)磨煤機一次風(fēng)投入自動時，給煤量跟蹤一次風(fēng)量，所以恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)粉比至關(guān)重要，經(jīng)試驗得出一次風(fēng)量與給煤量的比例關(guān)系如表l所示。
(2)一次風(fēng)與二次風(fēng)量的配比：該配比能保證在機組一定負(fù)荷下輸入爐膛的二次風(fēng)量合適，即維持爐膛氧量正常，使鍋爐充分穩(wěn)定燃燒。經(jīng)試驗得出一次風(fēng)量與二次風(fēng)量最佳比例關(guān)系表如表2所示。
(3)二次風(fēng)與三次風(fēng)配比：改變二、三次風(fēng)的比例對燃料燃盡有一定影響，雖然三次風(fēng)量較小，但改變了三次風(fēng)也就改變了二次風(fēng)量即改變了配比。從爐拱處下射的二次風(fēng)是燃燒所需空氣的主要來源，同時起著攜帶已經(jīng)著火的風(fēng)粉混合物向下引射達(dá)到下爐膛足夠深度的作用，從而延長火焰行程。而從前后墻下部噴入的三次風(fēng)起著分級燃燒、調(diào)節(jié)火焰長度和補充完全燃燒所需空氣的作用。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)爐底注入熱風(fēng)的調(diào)節(jié)：爐底注入熱風(fēng)布置于下爐膛后墻，再熱蒸汽溫度主要是通過在爐膛底部注入熱風(fēng)予以調(diào)節(jié)的。在鍋爐最大連續(xù)出力時，熱風(fēng)注入擋板開度為零，隨著負(fù)荷的降低，逐漸增大爐底注入的熱風(fēng)量，并相應(yīng)調(diào)整二次風(fēng)，使總風(fēng)量與燃煤量相適應(yīng)。由于爐底熱風(fēng)的注入，抬高了爐膛火焰中心的位置，使得爐膛出口煙氣溫度升高，增加了再熱器的吸熱量，使再熱汽溫能夠維持在額定值。
4、結(jié)論
本文通過某發(fā)電廠600MW超臨界機組鍋爐爐膛結(jié)渣的案例分析，得到了該爐膛結(jié)渣的主要原因，并提出了改進措施，有利于其他同類型電廠結(jié)渣問題的解決，為防止鍋爐結(jié)渣危及到電廠的安全運行提供了有益的參考。
