國(guó)華公司的600 MW亞臨界機(jī)組所配置的鍋爐都是為燃用神華侏羅紀(jì)低灰熔點(diǎn)煙煤而設(shè)計(jì)制造的，由于設(shè)計(jì)煤種的灰熔點(diǎn)在1 200℃以下、早期投產(chǎn)鍋爐的分隔屏底部設(shè)計(jì)煙溫達(dá)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(yán)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(wèn)題，危及鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此，先后開(kāi)展了摻燒神華石碳紀(jì)煙煤、加裝屏區(qū)吹灰器、細(xì)化煤粉、優(yōu)化配風(fēng)方式等試驗(yàn)工作，基本保證了鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，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)、
秸稈顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、設(shè)備簡(jiǎn)介
鍋爐型號(hào)為SG-2008 /17.47-M903，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、強(qiáng)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?fàn)t內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)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(hào)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(shí)針偏轉(zhuǎn)，BC層二次風(fēng)噴嘴為15。順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，它們牽引對(duì)沖的一次風(fēng)構(gòu)成順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的爐內(nèi)主氣流：EF層二次風(fēng)為20°逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，F(xiàn)F層及OFA層為25°逆時(shí)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(dòng)20°；二次風(fēng)噴嘴可上、下擺動(dòng)30°。
2、爐內(nèi)摻燒與加裝吹灰器
為解決上述問(wèn)題，國(guó)華公司與西安熱工研究院、各屬地電科院等單位合作，針對(duì)甲、乙兩臺(tái)鍋爐進(jìn)行了燃燒優(yōu)化工作。
首先針對(duì)設(shè)計(jì)煤種灰熔點(diǎn)低的情況，為改善灰渣成分、提高灰熔點(diǎn)，確定了摻燒神華煤中灰熔點(diǎn)較高的保德煤的方案。由于配煤設(shè)施有限，不能實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)混配，所以通過(guò)試驗(yàn)比較，確定了以C磨煤機(jī)單獨(dú)燃用保德煤的方式來(lái)實(shí)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(diǎn)數(shù)據(jù)，其中上灣煤為低灰熔點(diǎn)侏羅紀(jì)煙煤，保德煤為高灰熔點(diǎn)石碳紀(jì)煙煤。
其次為進(jìn)一步減輕爐膛結(jié)渣和受熱面積灰情況，經(jīng)過(guò)與鍋爐廠充分協(xié)商，在分隔屏、后屏、低溫過(guò)熱器部位加裝了16只吹灰器。甲鍋爐在上述改進(jìn)方案實(shí)施前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖1所示。
從圖1可以看出改進(jìn)方案實(shí)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(dá)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(guò)熱器出口溫度平均達(dá)到A側(cè)536.2℃、B側(cè)536.7℃，較以前全燃神華低灰熔點(diǎn)煙煤時(shí)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(fù)荷下按20%摻燒保德煤，因分隔屏結(jié)焦以及對(duì)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(shí)，因分隔屏結(jié)焦脫落，過(guò)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(shuō)明機(jī)組在連續(xù)高峰負(fù)荷期間摻燒保德煤可以提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
以上甲、乙兩臺(tái)鍋爐摻燒保德煤和加裝吹灰器后的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，通過(guò)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(yùn)行的安全性得以保證，并在經(jīng)濟(jì)性方面基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
3、結(jié)渣情況差異分析
雖然甲、乙兩臺(tái)鍋爐通過(guò)摻燒保德煤和加裝吹灰器的措施基本保證了鍋爐的運(yùn)行安全性，并在一定程度上提高了經(jīng)濟(jì)性，但是兩臺(tái)鍋爐的運(yùn)行工況卻存在著較大的不同，表3是現(xiàn)場(chǎng)采集到的兩臺(tái)鍋爐的運(yùn)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(guò)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(shuō)明甲鍋爐的分隔屏過(guò)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(tái)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(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)并形成“風(fēng)包粉”流場(chǎng)。那么按照切向燃燒煙溫偏差理論，在爐膛出口應(yīng)當(dāng)是左側(cè)煙溫高、右側(cè)煙溫低，對(duì)應(yīng)的過(guò)熱器減溫水流量應(yīng)當(dāng)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(guò)熱器一級(jí)減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低5.1 t/h，二級(jí)減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低1.8 t/h，乙鍋爐的過(guò)熱器一級(jí)減溫水流量左側(cè)比右側(cè)低23.6 t/h，二級(jí)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(dòng)量過(guò)大在爐膛上部煙氣流動(dòng)出現(xiàn)了反旋，由順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏁r(shí)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(mén)開(kāi)度比乙鍋爐的消旋二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度小，而啟旋二次風(fēng)門(mén)的開(kāi)度比乙鍋爐的啟旋二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度大，所以甲鍋爐的過(guò)熱器減溫水流量偏差比乙鍋爐的過(guò)熱器減溫水流量偏差小得多。但兩臺(tái)鍋爐的過(guò)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(qiáng)度不同而己。
爐膛上部煙氣流向反轉(zhuǎn)后會(huì)使得“風(fēng)包粉”的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，此時(shí)灰顆粒容易貼壁。雖然由于摻燒保德煤使灰顆粒熔點(diǎn)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(huì)使屏底煙溫升高，從而加劇分隔屏過(guò)熱器結(jié)渣。此外，煤粉顆粒初始在爐內(nèi)按順時(shí)針?lè)较蚵菪仙跔t膛上部由于旋向的改變必然會(huì)使顆粒在爐內(nèi)的行程變短、停留時(shí)間減少，這會(huì)使得灰顆粒在到達(dá)屏底時(shí)由于燃燒時(shí)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(qiáng)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(huì)對(duì)過(guò)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性降低。實(shí)際運(yùn)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(kāi)大BC層啟旋二次風(fēng)門(mén)，改變啟旋風(fēng)和消旋風(fēng)的動(dòng)量比。但是過(guò)大的啟旋風(fēng)量會(huì)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(diǎn)煤時(shí)容易結(jié)渣。甲、乙鍋爐的摻燒試驗(yàn)結(jié)果表明，在C層燃燒器燃用保德煤的效果最佳，這說(shuō)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(wèn)題，而在這層燃用高灰熔點(diǎn)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(jì)算結(jié)果表明，在爐膛下部存在著速度高達(dá)50 m/s的貼壁煙氣流，這也從一個(gè)方面證實(shí)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(xì)度比乙鍋爐的低。實(shí)際上造成過(guò)熱器結(jié)渣的主要原因是隨煙氣運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)間較長(zhǎng)，所以其高溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。
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(guò)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(yùn)動(dòng)至分隔屏部時(shí)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(gè)主要原因。
4、結(jié)論
(1)屏底煙溫設(shè)計(jì)過(guò)高、爐膛上部煙氣反旋、煤粉較粗是導(dǎo)致分隔屏過(guò)熱器結(jié)渣的主要原因。
(2)通過(guò)摻燒高灰熔點(diǎn)煙煤和加裝吹灰器，可以基本實(shí)現(xiàn)鍋爐安全運(yùn)行。
(3)為進(jìn)一步提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還需要進(jìn)行以下工作：優(yōu)化燃燒器配風(fēng)，避免煙氣出現(xiàn)反旋；對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，細(xì)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(jī)產(chǎn)品：
1、
生物質(zhì)壁爐
2、
秸稈顆粒機(jī)
3、
木屑顆粒機(jī)
