600 MW机组锅炉炉膛结渣特性的试验和分析

李朋涛，齐海丽

(陕西商洛发电有限公司，陕西 商洛 726000)

600 MW机组锅炉炉膛结渣特性的试验和分析

李朋涛，齐海丽

(陕西商洛发电有限公司，陕西 商洛 726000)

针对某电厂600 MW机组锅炉炉膛结渣严重的现象，对锅炉进行了相关的调整试验；结合炉内结渣现象描述、煤粉细度测量结果、炉膛温度场记测结果等，对结渣原因进行了分析，并提出相应的解决措施，以减轻锅炉结渣现象。

锅炉；结渣；燃烧调整；煤粉细度

0 概况

在我国的发电企业中，燃煤发电机组仍占主导地位。由于电站锅炉煤质变化较大，煤粉锅炉炉膛结渣问题尤为突出，严重威胁着发电机组的安全和经济运行。

某电厂8号600 MW机组采用上海锅炉厂有限公司生产的SG2093/17.5-M912型汽包锅炉。该锅炉采用亚临界参数、一次中间再热、全封闭布置。锅炉制粉系统采用正压直吹式，配6台HP1003型中速磨煤机，每台磨煤机带1层煤粉喷嘴。燃烧器为直流式，煤粉喷嘴自下而上分别为A，B，C，D，E，F 6层布置，共24个喷嘴。二次风一部分作为燃料风，设在每个煤粉喷嘴的周围；一部分作为燃尽风，设在燃烧器的顶部，用1层喷嘴引入炉膛；其余部分作为辅助风。4组燃烧器四角布置，在炉内形成切圆燃烧，并可上下摆动，用以调节汽温。

1 试验内容

为了解决结渣问题，寻求最佳运行方式，对锅炉进行相关的调整试验，试验内容有以下几项。

(1) 氧量场标定。在额定负荷对空气预热器进口烟道进行氧量场标定，确定烟气取样代表点，以便确定送入炉内风量是否合适。

(2) 煤粉细度测量。在磨煤机出力为60 t/h时，取样并筛分6台磨煤机煤粉细度，了解锅炉日常煤粉细度；并通过改变磨煤机分离器挡板位置，确定合适的煤粉细度。

(3) 二次风门开度记录。记录锅炉燃料风门、燃尽风门、辅助风门开度、风箱炉膛差压等数据，了解锅炉日常运行时二次风配风方式。

(4) 运行表盘氧量与实际氧量比较。记录不同负荷下的表盘平均氧量，并与相应的实测空气预热器进口氧量进行比较，了解实际入炉总风量大小。

(5) 炉膛火焰温度场测量。通过看火孔测量炉膛火焰温度，了解和判断锅炉结渣位置。

(6) 炉底大渣形态观测。通过炉底看火孔和出渣口观察大渣的颜色、形状，了解和判断锅炉结渣的原因及位置。

2 试验结果及分析

2.1 锅炉炉膛结渣原因分析

2.1.1  炉内结渣现象描述

该锅炉自投运以来，炉内一直存在结渣现象，经常引起炉膛底部出渣口堵塞。结渣现象严重时，渣块长度可达2—3 m，直接盖住炉底渣口，导致锅炉无法正常排渣。

在运行中，通过看火孔观察结渣情况；由于看火孔观察范围有限，无法确定结渣的具体位置。从炉膛9.6 m处的两侧墙中部看火孔和人孔门观察到有大片液态渣。仔细观察渣样，有些渣块有一面存在水冷壁的印痕，而且有约100 mm厚度的渣结构疏松，说明可能是由于积灰引起的结渣。由于水冷壁附近积灰造成传热受阻，积灰温度升高，使积灰呈熔融状态，部分熔融渣块最后粘结成大块渣。同时，当炉膛内温度较高时，煤粉中的部分灰粒会呈熔融、半熔融状态，如果这部分灰粒在到达受热面之前得不到足够的冷却，就会有较强的粘附能力；而当受热面表面(或沉积物表面)温度高于一定值时，这部分灰粒会因惯性撞击而粘附在受热面上。粘附在受热面上的熔融、半熔融灰粒在受热面上冷却后，可能会在某些因素(如重力、气流剪切力、灰粒撞击等)的作用下脱落，也可能因撞击的熔融、半熔融颗粒大多来不及完全凝固，沉积物内部烧结而继续粘附。部分熔融的灰渣顺着水冷壁一直流到出渣口。炉膛底部出渣口两侧墙斜坡护板在锅炉长期运行过程中，出现严重变形，呈凹凸状态，掉在护板上面的渣块不能顺利滑到渣池，粘在护板上并不断累积，构成了炉底结渣的基础。

2.1.2  煤粉细度测量结果

在磨煤机出力约60 t/h、磨煤机进口一次风量投自动情况下，在6台磨煤机出口粉管进行煤粉取样并筛分煤粉细度。6台磨煤机调整前原始煤粉细度及取样量如表1，2所示，其中各粉管煤粉取样时间均为 240 s。

表1煤粉取样筛分结果说明B，D，E，F磨煤机煤粉细度基本合适，表2煤粉取样筛分结果说明A，C磨煤机煤粉较粗。因此对A，C磨煤机分离器开度进行了调整，将分离器开度均置于8格(风门开度80 %)运行，并再次取样筛分煤粉细度，但筛分结果表明这2台磨煤机煤粉仍偏粗。

炉膛水冷壁结渣，说明炉内有部分煤粉从旋转的高温烟气中依靠惯性离析出来贴壁燃烧；而能够从旋转的高温烟气中离析出来的是较粗的煤粉颗粒。较粗的煤粉颗粒是炉内结渣的重要原因之一。

表1 磨煤机煤粉取样结果(1)

表2 磨煤机煤粉取样结果(2)

2.1.3  炉膛温度场记录测量结果

在600 MW负荷、投运A，B，C，D，E磨煤机运行工况下，采用红外温度测量仪进行测量。在锅炉9.6—45.4 m层之间选取了9个测量层，并通过每一层的炉膛四角的看火孔进行炉膛火焰温度场测量，测量结果如表3所示。从表3可知：

(1) 36.4 m层(燃烧器出口)炉膛温度最高；

(2) 与同类型锅炉、采用同样测量方法测量结果相比，炉膛最高温度不高;

(3) 从22.2—45.4 m，炉膛温度均超过燃烧煤种的溶融灰流动温度，但最可能结渣的位置在32.8—39.8 m 区间。

2.1.4  日常运行氧量及燃烧器风门开度记录结果

表3 炉膛温度场测量 ℃

2次记录电厂日常运行二次风门开度如表4所示。从表4中可以看出，在600 MW负荷时，空气预热器进口2次实测氧量(A，B两侧平均值)分别为2.7 %和2.5 %，说明日常运行入炉风量偏小，炉内容易出现还原性气氛，进而出现结渣现象。

从记录的二次风门开度来看，在投运A，B，C，D，E磨煤机的情况下，尽管将燃尽风门开到100 %，但由于投运燃烧器的燃料风门和辅助风门均开得较大，风箱炉膛差压约700 Pa，因此燃尽风量不会很大。32.8—39.8 m区域烟气得不到冷却，同时燃烧切圆较大，起不到消旋的目的，这使得较粗的高温熔融煤粉颗粒容易贴壁，造成结渣。

表4 调整前二次风门开度记录

2.1.5  锅炉炉膛结渣原因分析

综合考虑诊断试验结果，造成8号锅炉炉膛结渣的原因有以下几个。

(1) 锅炉燃煤为易结渣型煤种，其灰变形温度1 090.0 ℃、灰软化温度 1 168.0 ℃、灰溶化温度1 189.0 ℃，说明该煤种在较低的炉膛温度下有可能出现结渣现象，这是锅炉结渣的主要原因。

(2) 部分磨煤机煤粉偏粗，在炉内烟气气流旋转的作用下从旋转的烟气流中离析，靠近水冷壁附近出现燃烧现象，这是炉内出现液态渣的主要原因。

(3) 辅助风偏大引起燃烧切圆偏大，增加了煤粉贴壁的倾向。

(4) 实际运行氧量偏小，增加了炉内的还原性气氛。

(5) 炉膛底部出渣口两侧墙斜坡护板严重变形，呈凹凸状态，是炉底结渣的基础。

(6) 根据炉膛火焰温度场和通过看火孔观测表明，结渣位置应在32.8—39.8m区域。

2.2 解决锅炉炉膛结渣问题的措施

鉴于锅炉燃烧煤种不可能改变的现实，决定通过改变运行方式解决该锅炉炉内结渣问题，即：

(1) 改善煤粉细度；

(2) 增加反切风量，减小切圆风量，缩小燃烧切圆；

(3) 尽量提高运行氧量。

由于一次风量为反切风量，而且其风量显示不小，因此未对其进行调整。

2.2.1  煤粉细度调整

鉴于磨煤机A，C出粉比较粗，所以主要对磨煤机A，C进行煤粉细度调整。调整后的煤粉仍然偏粗，但已无法再做进一步调整。因此建议保证A，C磨煤机运行时煤量在额定煤量70 %以上；当总煤量超过300 t/h时，建议减负荷运行；如果估算600 MW负荷煤量在280 t/h以上，建议不投F磨煤机，或采用高负荷不投F磨煤机，低负荷投运F磨煤机、停运C磨煤机的运行方式(考虑低负荷运行安全性不考虑停运A磨煤机)，其他磨煤机煤量均等运行。

2.2.2  运行氧量调整

锅炉炉内结渣主要在高负荷时，因此在高负荷运行时，应尽量提高运行氧量。与送风机和引风机相比，引风机裕度更大一些，因此最高运行氧量主要由送风机出力确定。高负荷时严禁小氧量运行。

在600 MW 负荷，投运 B，C，D，E，F磨煤机情况下，将OFA，FF，F层风门开度设定为100 %，EF层风门开度设定为65 %，E，D，C，B，A，AA层风门开度设定为100 %，DE，CD，BC，AB层风门开度设定为50 %，送风机调门开度为80 %，此时表盘氧量A，B两侧分别为2.8 %和2.6 %；测得空气预热器进口实际氧量A，B两侧分别为3.8 % 和 2.8 %。即这一结果是该锅炉在 600 MW负荷时氧量能够达到的最大值。

表盘运行氧量控制方式确定的原则是高负荷时尽量提高运行氧量；低负荷时为了减小锅炉排烟热损失、提高运行经济性，适当减小氧量。在同时考虑风箱炉膛差压的选取后，通过在不同负荷下的运行摸索，运行总氧量控制方式如表5所示。

表5 运行总氧量控制方式

2.2.3  二次风门开度调整

二次风门开度调整包括燃料风门、燃尽风门和风箱炉膛差压调整。由于炉膛结渣过程需要一段时间，很难通过测量某些参数来准确判断炉内是否结渣，因此，二次风门开度调整在增加反切风量，减小切圆风量，缩小燃烧切圆的指导思想下，采用边观察边调整的方法。通过试验，最终确定各风门运行方式，如表6，7所示。

表6 燃尽风门和辅助风门开度控制方式

表7 燃料风门开度控制方式

辅助风门控制方式说明：

(1) 由于热工控制系统逻辑无法对辅助风门（二次风门）实现指令控制，因此辅助风门手动运行。

(2) AA，FF风门开度按表6方式运行。

(3) AB，BC，CD，DE，EF风门运行方式为：当负荷为500—600 MW时，AB，BC，CD，DE，EF等辅助风门在相应磨煤机投运时，开度为50 %；当负荷小于500 MW，其相应磨煤机投运时，开度可在40 %—60 %范围内根据锅炉运行情况(汽温偏差、氧量偏差)进行调整；如果其相应磨煤机停运，置最小开度10 %。

2.2.4  炉底出渣口两侧墙斜坡护板加装喷水装置

由于炉膛底部出渣口两侧墙斜坡护板有凹凸不平的部位，同时在机组运行期间无法修复，建议在炉膛底部出渣口两侧墙斜坡护板上加装喷水装置，连接工业用水进行喷淋，以防止其表面积渣。

2.2.5  加强吹灰

早班完整吹灰1次，中班至少短吹1次。如果24 h满负荷运行，夜班时长、短吹均需进行1次。

经过燃烧调整试验，根据调整结果修改相应DCS组态后，6个多月的运行实践表明，锅炉结渣减轻，效果明显。

3 结论

通过燃烧调整试验，确定减轻和缓解锅炉结渣的主要方法如下：

(1) 增加反切风量，减小切圆风量，缩小燃烧切圆；

(2) 在保证出口NOx和排烟温度在允许范围内的情况下，适当提高运行氧量，降低炉内的还原性气氛；

(3) 在炉膛底部出渣口两侧墙斜坡护板加装喷水装置，减少积渣可能性；

(4) 严格控制煤粉细度，选择合适的磨煤机运行方式；

(5) 选择合适的吹灰方式。

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2017-05-23。

李朋涛(1984—)，男，助理工程师，主要从事火力发电厂运行管理工作，email：452605372@qq.com。

齐海丽(1987—)，女，工程师，主要从事火力发电厂运行管理工作。