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沙角发电C厂锅炉结焦的原因分析

作者：佚名文章来源：技术论文点击数：更新时间：2008-10-13 8:54:38

   沙角发电C厂3×660 MW机组配有美国CE公司制造的2 100 t/h、亚临界、一次中间再热、强制循环的汽包炉，采用四角同心偏置切圆的燃烧方式，美国CE－WR型浓淡分离燃烧器，风箱顶部带有过燃风以降低NO_X的产生，四个角燃烧器可以同步摆动。
　沙角发电C厂在1996年投产初期，共出现8次停炉打焦，经过多方面的整改，结焦情况有了较大的改观。但一直以来，因冷灰斗堵焦需人工及时打焦清理的情况还时有发生，有时还非常严重，1999年还发生了2次被迫停炉打焦。可以说锅炉结焦仍威胁着发电厂锅炉的正常运行。为此，发电厂派人实地学习南方公司的菲律宾PAGBILAO电厂成功解决锅炉结焦问题的经验，做了3号炉的冷态空气动力场试验和1号炉神府东胜煤结焦性能试验，并把解决锅炉结焦问题列为发电厂生产上的重点工作之一。
　沙角发电C厂3台炉中，2号炉最易结焦，结焦程度也最严重。3台炉的结焦区域主要分布在水冷壁中与燃烧器同高度及其附近的区域、炉膛上部的对流过热器和再热器的下部。影响结焦的因素很多，但主要受炉膛设计、煤质、燃烧、锅炉吹灰和负荷的影响。受负荷影响是不言而喻的，下面从前四个方面分别进行分析。
1　炉膛设计
　炉膛的任务除了要保证煤粉完全燃尽外，还要冷却流动的烟气。炉膛的热负荷在很大程度上决定了炉膛的壁温，因而也决定了灰冷却效果。沙角发电C厂的炉膛热负荷数值：截面热负荷为5.583 624 MW/m²，体积热负荷为112 kW/m³,有效辐射热负荷为224.026 kW/m²，出口烟气温度为1 140℃。
　 CE资料^［1］指出：对于四角切圆燃烧类型锅炉来说，炉膛截面热负荷是最重要的设计选择指标,直接关系到炉膛的燃烧状况、受热面布置和制造成本，也将影响到炉膛的结焦情况。
   沙角发电C厂机组为660 MW，设计的燃烧煤种为易结焦烟煤，在图1曲线上对应的炉膛截面积为390 m²左右。而发电厂炉膛截面积实际为321 m²（19.558 m×16.432 5 m），可见炉膛横断面尺寸设计选择趋向于小值。这无疑会增加锅炉对煤质的敏感性，从而增加了实际运行中结焦的可能性。
2　煤质
　锅炉的设计和运行状况都依赖于煤质。从沙角发电C厂几年来的锅炉运行情况来看，锅炉结焦一般是在煤种改变时发生的，可以说煤质对发电厂锅炉的结焦有着根本的影响。沙角发电C厂的设计国产煤种为神府东胜煤。

   表1中对结焦有直接影响的就是硫的质量分数和灰熔融特性温度（如开始变形温度）。
2．1　硫的质量分数的影响
　文献［2］指出：燃烧含硫煤的大量操作经验说明，随着硫的质量分数及铁的质量分数的增加，结渣现象总是加剧。这个结论和沙角发电C厂锅炉运行中所观察到的现象是一致的。图2为2000年1～5月沙角发电C厂每天的入炉煤硫的质量分数化验结果折线图。从图2可看出，实际燃烧煤种中硫的质量分数有时会超过设计的建议高值，如2000年1月27日入炉煤硫的质量分数为0．89%，结果在1月28、29日，1号、3号机（2号机小修）连续满负荷运行时多次出现冷灰斗堵焦的情况；3月26日入炉煤硫的质量分数为0．93%，5月11日入炉煤硫的质量分数为0．83%，只是由于机组调峰限负荷，所以锅炉没有出现掉大焦。

   沙角发电C厂设计煤种的煤灰中氧化铁的质量分数为11.36%（实际生产中没有此项化验指标）,属于较高的种类，当硫的质量分数的实际值较大（如大于0.8%）时，在连续满负荷运行下，锅炉出现严重结焦是可以预见的。
2．2　灰熔融特性温度的影响
　长期以来，灰熔融特性一直作为衡量煤质结焦性能的一个重要指标。灰熔融特性常用开始变形温度 (IT),软化温度(ST),半球温度(HT)和融化温度(FT)4个温度来表示，温度越低，表示煤质的结焦性越强。1999年12月18日至2000年1月7日，沙角发电C厂3台炉均严重结焦。燃烧的煤种为神府东胜煤，煤质的各项主要指标均在设计值范围，看不出有什么不妥。但在后来的灰熔融特性温度测试中，发现IT为1 135℃，比平常燃烧煤质的IT要低100多摄氏度。在发现了该问题后，要求煤厂通过混煤将煤质的IT提高至1 250℃以上，锅炉的结焦现象立即得到明显好转。
　沙角发电C厂锅炉设计煤质指标IT为1 130℃，而炉膛出口烟温设计值高达1 140℃。因此，燃烧这样的煤质，从理论上讲，结焦也是难免的。
3　燃烧
　锅炉结焦会直接影响燃烧的稳定和效率；而锅炉燃烧不好，使得炉膛的热负荷加大，又会引起结焦或加剧结焦。因此结焦分析是和优化燃烧分析分不开的、一致的。美国STORM燃烧技术服务公司在大量研究和实践的基础上，总结出降低NO_x的四角同心切圆锅炉的优化燃烧要点，并以这些要点为依据，成功地解决了所属南方公司的菲律宾PAGBILAO电厂的结焦问题。其优化燃烧要点是：
　 a）炉膛出口不存在烟气中氧的质量分数小于3%的区域；
　 b）煤粉细度通过200号筛（美国标准，接近于国内的R75）应大于75%；通不过50号筛（美国标准，相当于国内的R300）应小于0.3%；
　 c）各个角燃烧器二次风风量平衡在±5%～±10%范围，且各风门档板动作的高度偏差应在±6.35m m；
　 d）燃烧器的各个角的摆动角度偏差应在±2°范围；
　 e）同一层四角各粉管的风粉试验的流量平衡在±5%范围；
   f）不同层给煤机的给煤量平衡在±10%范围；　
　g）同一层四角各粉管的冷风（不带粉）试验的风量平衡在±2%范围；
   h）煤粉流速应在16.8 m/s以上；
   i）一次风粉的比率应控制准确；
　 j）一次风量的测量和控制偏差应在±3%范围；
　 k）机组负荷变化时，给煤机的变化速率应均匀，速率的测量和控制应尽量准确；
　 l）煤控上锅炉的煤质应一致，颗粒大小应均匀，最大不超过25.4～50.8 mm。
　这12条要点与同心切圆的燃烧理论是一致的，即除了要求提供足够的氧量和足够细的煤粉等基本燃烧要素外，保证四个角的配分、送粉的平衡对优化燃烧也很重要。
   下面对照优化燃烧要点，分析沙角发电C厂3台锅炉的燃烧情况。
3．1　氧的质量分数
　 3台机组炉膛出口氧的质量分数.虽然氧的质量分数总平均值（即控制氧量值）达到或接近3.0%，但分布很不均匀。
3．2　煤粉细度、粉管流速、风煤比
　表3是2号炉制粉系统性能试验的数据记录。从表3可看出，F磨的煤粉较粗，其它磨的煤粉均合适；粉管流速都能达到优化燃烧要点中的要求；A磨、B磨的风煤比分别要比D磨或E磨高出12%和9%。

3．3　燃烧器配风
　图3为1号、2号炉炉膛风箱压力差变化与热工控制值的比较曲线图。从该曲线图可看出，在满负荷660 MW时，1号、2号炉的风箱压力差分别达1.1 kPa和1.4 kPa，比热工控制值（1 kPa）分别高出10%和40%，这说明2号炉的燃烧配风有严重缺陷，就地检查可发现不少风门档板的位置与分散控制系统（ DCS）控制开度出入太大，如1999年12月27日，D层燃料风要求开度为58%，但2～4号角的实际位置指示仅分别是5%，25%和5%；CD层辅助风要求开度为105%，但1～4号角的实际位置指示仅分别是25%,70% ，70%和80%，等等。1号、3号炉的风门档板也有同样问题，但比2号炉的情况要好得多。这也部分说明了3台炉中2号炉飞灰含碳量最高、煤耗最大、最易结焦的原因。

   在2号炉一次小修中，对燃烧器进行了大修，对风箱档板的部分执行机构和控制机构进行了更换，并进行了严格调试，风箱压力差恢复正常，燃烧状况明显好转，发电煤耗也同1号炉相近。
3．4　燃烧器摆角
　沙角发电C厂燃烧器摆角常出现断销情况，1999年1号炉断销36次，2号炉断销33次。在长时间运行后，由于机械磨损和卡涩原因，燃烧器的4个角之间还会存在固定的角度偏差，如1999年6月3号炉小修检查中发现1号、3号角燃烧器摆角偏下，2号、4号角燃烧器摆角偏上；有时也会出现某个角燃烧器不能摆动的情况。这些都会对优化燃烧有一定影响。
　至于各层给煤量的平衡、上煤颗粒的均匀，由于电厂的设备先进，可以满足要求。
4　炉膛吹灰
　当锅炉炉膛受热面有少量结焦时，即时吹灰，可加强受热面的换热效果，避免燃烧恶化和结焦加剧。由于引风机的出力（保持在低速运行）有时在机组满负荷时已接近最大，这样就限制了炉膛吹灰，在机组持续数天的满负荷运行中，炉膛受热面有时得不到即时的清洁，这在很大程度上加剧了炉膛的结焦。但电厂运行部强调了锅炉吹灰，宁愿限制10～20 MW的负荷，也要保证每个班在连续满负荷时对炉膛易结焦区域吹灰一次，收到了较好的效果。
5　结束语
　笔者认为：沙角发电C厂设计的锅炉炉膛截面热负荷偏大，对煤质的适应性较差；炉膛出口烟温设计为1 140℃，燃烧灰熔融温度IT为1 130℃的煤质难免不结焦；燃烧含硫量大于0．8%的煤，增加了结焦的可能性；在燃烧方面，炉膛出口含氧量部分区域偏低、燃烧器的配风经常存在或多或少缺陷、个别磨的煤粉细度达不到要求、燃烧器摆角有时不同步等因素都会加剧炉膛结焦；锅炉的吹灰也不能忽视。当然，要更深入认识锅炉的结焦特性，从优化燃烧的角度，还需要做大量细致的试验，除了日常的燃烧设备效率、性能试验外，还需要做风粉均衡等方面的校准、炉膛出口烟气氧的质量分数及温度分布的测试试验。

参考文献

［1］SINGER JG．Combustion fossil power［M］．Connecticut:Combustion engineering,INC.,1991．
［2］ZELKOWSKIJ．煤的燃烧理论与技术［M］．袁钧卢，张佩芳译．上海：华东化工学院出版社,1990．

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