220 t/h锅炉结焦原因分析及治理

赵洪跃，李海涛，陈 曦，高继录，张家维，宋大勇

(1．国电达州发电有限公司，四川 达州 635066;2．元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰 024070:3．辽宁省送变电工程公司，辽宁 沈阳 110021;4．辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

煤粉锅炉结焦问题不仅影响到锅炉的安全运行，而且会导致受热面传热不均，降低锅炉效率，增加NOx排放［1－3］。大连开发区热电厂5号锅炉为杭州锅炉厂制造的NG－220/9.8－M15型自然循环煤粉锅炉。由于煤炭市场供应紧张，近年来电厂开始大比例掺烧褐煤，并且煤种较杂。5号锅炉燃烧器喷口及附近区域水冷壁出现严重结焦现象，影响锅炉的正常运行。由于结焦严重曾被迫停炉打焦，给开发区的冬季供热造成严重影响。因此分析锅炉结焦原因，治理锅炉结焦问题，对于保障开发区冬季供热具有重要意义。

1 设备概述

大连开发区热电厂5号锅炉为杭州锅炉厂制造的NG－220/9.8－M15型单汽包、自然循环、钢制构架、倒U型布置煤粉锅炉。锅炉主要设计参数如表1所示，设计燃料特性如表2所示。采用钢球磨煤机中间储仓式制粉系统，送粉方式为热风送粉。制粉系统配备2台DTM290/410型磨煤机、2台给煤机、2台排粉风机。

采用直流式煤粉燃烧器，四角切圆燃烧方式，设计为单切圆，直径为600 mm。一次风燃烧器共8支，分2层布置，每套制粉系统对应1层4个角的4支燃烧器。燃烧器采用一、二次风相间布置，一次风喷口共有2层，1、3号角下一次风为等离子点火喷口，2、4号角下一次风为双通道喷口，上一次风燃烧器为水平浓淡燃烧器。二次风喷口共有4层，最上面布置1层三次风喷口。燃烧器布置如图1所示。

表1 锅炉主要设计参数

表2 锅炉设计燃料特性

图1 燃烧器布置图

2 结焦原因分析

2.1 煤质特性

试验期间燃烧煤种为抚顺煤掺烧40%海拉尔煤，煤质分析结果如表3所示。弱还原性气氛下的灰软化温度ST是作为煤种结渣性判别的主要指标之一，ST＞1 390℃为轻微结渣煤;ST在1 260～1 390℃为中等结渣煤;ST＜1 260℃为严重结渣煤。由表3可见，煤灰的软化温度ST=1 240℃，属于强结焦性煤种［4－5］。

表3 试验期间煤质特性

2.2 煤粉偏细

煤粉细度测试结果如表4所示，煤粉细度R90平均值为24.9%，R200平均值为4.3%。对于当前燃烧煤种，煤粉明显偏细。当其它条件相同时，煤粉越细，燃烧反应的表面积越大，温升越快，着火越迅速。一般煤粉气流着火点距喷口约0.5 m处最佳，着火过早将可能导致燃烧器周围形成严重结渣，甚至烧损燃烧器［6－8］。

表4 煤粉细度测试结果 %

2.3 三次风速偏高

三次风速测试结果如表5所示，额定负荷下掺烧褐煤后，入炉燃料量增加20%，磨煤机出力由设计出力14 t/h增至17.6 t/h。由于磨煤机超出力运行，所以磨煤机通风量增加较多，设计三次风速为48.3 m/s，而实际运行时三次风速为67.5 m/s，可见三次风速偏高。三次风刚性太强，容易导致射流冲刷水冷壁，致使水冷壁结焦;较高的三次风速使得三次风射流卷吸较多高温烟气，当灰熔点较低时，三次风射流过多卷吸高温烟气会导致喷口周围结焦;三次风喷口下倾15°，会导致燃烧器区域热负荷过于集中，该区域温度较高，容易结焦;在锅炉负荷和氧量不变时，三次风率偏大使得一、二次风率偏小，一、二次风速偏低，直接导致煤粉气流着火点提前，燃烧器喷口及附近区域水冷壁结焦。

表5 三次风速测试结果

2.4 一次风温偏高

一次风温测试结果如表6所示，左侧一次风温为211.2℃，右侧一次风温为220.5℃。锅炉设计煤种为烟煤，设计一次风温为155℃，实际运行时一次风温在220℃左右。一般燃用无烟煤、贫煤和劣质烟煤时，为了使着火和燃烧稳定，常用从空预器过来的热空气作为一次风来输送煤粉。目前，燃烧煤种中掺烧一定比例的褐煤，干燥无灰基挥发分较高，煤粉着火点较低，同时较高的一次风温导致煤粉着火热进一点降低，因此煤粉着火点离喷口较近，一出喷口就开始着火，导致喷口周围结焦。

表6 一次风温测试结果

2.5 燃烧器区域热负荷较高

试验期间燃烧器区域炉膛温度如表7所示，燃烧器区域炉膛温度较高，火焰中心温度在1 500℃以上，该区域热负荷过于集中，导致炉膛容易结焦。

表7 燃烧器区域炉膛温度 ℃

3 锅炉结焦的治理

3.1 煤粉细度调整

煤粉细度调整结果如表8所示，调整后煤粉细度R90平均值为37.4%，R200平均值为11.3%。对当前燃烧煤种，调整后的煤粉细度比较合适。

表8 煤粉细度调整结果 %

3.2 三次风速调整

3.2.1 燃烧器改造

为解决三次风速偏高的问题，需要对燃烧器进行改造，原设计三次风喷口尺寸如图2所示，喷口面积为0.078 m2。改造后的喷口尺寸如图3所示，喷口面积为0.117 m2，通过增大喷口面积来降低三次风速。三次风速降低后能有效避免由于射流刚度太强冲刷水冷壁，致使水冷壁结焦。同时也能减少三次风射流卷吸高温烟气，减轻三次风喷口周围结焦。同时，将三次风喷口由下倾15°改为水平方向，能改善由于燃烧器区域热负荷过于集中而导致的结焦问题。

燃烧器改造前后试验数据对比如表9所示，改造后，三次风速由67.5 m/s降至53.5 m/s。过热器减温水量由11.3 t/h减小至3.9 t/h，锅炉结焦情况明显改善。

表9 燃烧器改造前后试验数据

3.2.2 排粉机入口挡板开度调整

排粉机入口挡板开度调整试验结果如表10所示，调整前排粉机入口挡板全关，调整后甲排粉机入口挡板开度为50%，乙排粉机开度为65%。调整后三次风速由53.1 m/s降至49.6 m/s，排粉机电流平均下降1.5 A。

表10 排粉机入口挡板开度调整结果

3.2.3 制粉系统再循环门开度调整

制粉系统再循环风门开度调整试验结果如表11所示，调整前制粉系统再循环门全关，调整后甲制粉系统再循环门开度为60%，乙制粉系统再循环门开度为50%。调整后三次风速由49.6 m/s降至44.8 m/s。

表11 制粉系统再循环门开度调整试验结果

3.3 一次风温调整

一次风温调整试验结果如表12所示，调整前两侧调温风门全关，左侧一次风温为198.1℃，右侧一次风温为210.3℃。两侧调温风门全开后，左侧一次风温降至177.3℃，右侧一次风温降至178.6℃。一次风温平均降低了26.3℃，排烟温度升高了0.3℃，过热器减温水量增加了0.3 t/h。

表12 一次风温调整试验结果

3.4 氧量调整

增大炉内送风量时，炉内富氧燃烧，可抑制还原性气氛，因此有利于防止炉膛结焦。当一次风速和三次风速不变时，增加炉膛氧量可使二次风动量增大，有利于燃烧切圆的形成，防止贴壁结焦。该项试验进行了2个工况，分别控制锅炉氧量为4.5%和5.5%，试验结果如表13所示。随着氧量增加，燃烧器喷口结焦状况得到明显改善，但过热器减温水量增加了0.5 t/h，平均排烟温度升高了0.4℃。

表13 氧量调整试验结果

4 结束语

三次风速偏高及喷口下倾是炉膛结焦的主要原因之一。利用锅炉停炉机会对燃烧器三次风喷口进行了改造。燃烧器改造后，通过对排粉机入口挡板开度、制粉系统再循环风门开度、煤粉细度、一次风温和氧量的调整与优化，目前锅炉运行稳定，锅炉结焦问题得到解决。

［1］ 潘 晶，李 涛，李文胜．1 021 t/h烟煤锅炉结焦原因分析 ［J］．东北电力技术，2006，27(3):6－10．

［2］ 高苑辉，杨昕宇，崔永忠．2 100 t/h锅炉结焦原因分析及对策［J］．东北电力技术，2002，23(9):1－3．

［3］ 谭兆民，李春雨，李继卫．燃烧器防结焦改造在670 t/h锅炉上的应用 ［J］．东北电力技术，2005，26(6):43－45．

［4］ 杨新宇，高 山，任龙顺．煤粉锅炉结焦的原因分析与预防措施［J］．山东电力技术，2007，34(9):45－46．

［5］ 黄文锋．湛江电厂GD－1025/18.2－Ⅱ型锅炉严重结焦的原因及防止措施［J］．黑龙江电力，2008，30(1):59－61．

［6］ 李树明．防止锅炉炉膛结焦采取的措施［J］．内蒙古电力技术，2007，25(2):60－62．

［7］ 张新才，董海恩．浅析电厂锅炉结焦原因及防治措施 ［J］．电力学报，2011，26(1):81－84．

［8］ 薄如山，王建强，刘彦丰．云冈热电厂670 t/h煤粉锅炉结焦问题的分析与探讨［J］．电站系统工程，2007，23(5):45－46．