600 MW燃煤锅炉机组掺煤运行中炉内结渣原因及对策探析

吴 珂，薛 宁，桑文汉

（1.郑州电力高等专科学校，河南 郑州 450000；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032；3.河南省电力勘测设计院，河南 郑州 450000）

0 引言

锅炉建造时都已设计好匹配的煤种，只有在煤种如发热量、灰分、挥发份、含硫含水等指标匹配时，锅炉才能连续正常工作。当前，在资源和成本的双重制约下，设计煤种采购困难，越来越多的电厂开始大量采用“炉内掺烧”的方式，燃用非设计煤种和掺烧劣质煤种，在这种情况下如果运行调整不好，设备存在缺陷，极易造成锅炉结渣和结焦，影响锅炉安全高效洁净燃烧［1-3］。本文以某600 MW锅炉机组燃烧器喷口烧损，炉内结渣的问题为例，根据所掺煤的特性，提出燃烧调整措施，指出吹灰装置的缺陷并给出其优化运行建议，为机组掺煤运行提供真实、有效的经验参考。

1 概述

1.1 设备概况

某厂一期600 MW机组锅炉为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全悬吊结构Π型锅炉。炉膛及烟道各受热面均配有蒸汽吹灰器。锅炉采用6台中速磨正压直吹式制粉系统，由2台密封风机、2台离心式一次风机和6台中速磨煤机、6台耐压计量式皮带给煤机组成。正常情况下5台磨煤机运行即可带满负荷。燃烧系统采用外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器，采用对冲式燃烧，满足燃烧稳定、高效、可靠、低NOx的要求。

1.2 燃用煤质分析

该锅炉设计燃用义马烟煤。目前电厂煤源较杂，采集常用电厂入厂煤，进行常规煤质分析见表1，燃烧与结渣特性试验见表2。由试验结果显示，试验煤之间燃煤特性差异较大，神华锦界煤挥发分与热值均较高，属于极易着火、极易燃尽，燃烧性能优异的煤种，但是具有严重的结渣性［4-5］；义马与义络煤属于中等挥发分以及中高灰分烟煤，硫含量较高，燃用此类煤种需采取措施提高燃烧效率，并需改善炉内燃烧气氛防止锅炉形成严重的高温腐蚀。

表1 煤质分析指标表

表2 燃烧与结渣特性表

2 结渣试验与分析

2.1 吹灰试验

为寻找锅炉结焦部位，在1号锅炉连续12 h未吹灰情况下，对炉膛及屏过区域36个短吹和8个长吹分区域，进行了吹灰试验，观察炉底落渣量。

屏区逐根吹灰，LS03和LS04对应的4个吹灰器区域落焦较多（见图1）；前墙逐根吹灰，吹灰期间基本无落焦，捞渣机运行平稳；后墙逐根吹灰，吹灰期间，落渣较多（见图2），吹灰前较长时间F磨停运，风门开度30%；两侧墙对吹，吹灰期间基本无落焦，捞渣机运行平稳，DS15／DS16（炉膛中心位置）吹灰时略有落焦。

图1 屏区吹灰落渣

图2 后墙落渣焦块

2.2 试验结果分析

2.2.1 运行原因

1）经测试掺烧后煤粉粗，煤粉细度R90已超设计要求20%的水平，造成炉膛结焦位置上移，处于吹灰器有效作用范围之外，尤其是磨制可磨指数偏低的锦界煤时，煤粉细度R90一般接近或超过30%，因为煤粉“飞边”而加剧燃烧器区域结渣。

2）实际燃烧过程中，旋流燃烧器二次风处于过强的旋流位置，燃烧器二次风开口一直位于400 mm，没有根据实际燃用煤种的变化进行适当调整。因此在运行中出现燃烧器内二次风旋流强度太大，过度卷吸高温烟气从而烧毁喷口［6］。

3）吹灰频率低，重点部位应保证每班吹一次（当前为每天两次），在吹灰优化试验之后确定。

2.2.2 设计原因

1）1号锅炉燃烧器（每层 4只×2）与每层 5只×2和6只×2相比：本炉燃烧器单只热功率分别为后两者的1.25倍和1.5倍。单只燃烧器热功率高，对燃烧器配风调整造成困难，易烧喷口。

2）炉膛设计截面热负荷大（本炉截面热负荷为4.76 MW／m2，其他600 MW锅炉截面热负荷约4.4～4.6 MW／m2，实测炉膛温度最高已超过1 500℃），炉膛墙式吹灰器数量少，水冷壁上吹灰死角多，易于形成大焦块。炉膛上部燃尽风分三层布置3（个）×3（层）×4（墙）＝36 个短吹，数量较少，死角较多，在燃烧器和燃尽风之间没有吹灰器。比较1号锅炉与其他电厂炉膛吹灰器的布置，其前、后墙每层仅布置了3个吹灰器见图3，其他电厂锅炉每层布置了5个吹灰器见图4，由此可知1号锅炉炉每层存在约5×4 m2左右的吹灰盲区。

图3 1号锅炉炉膛吹灰器布置图

图4 其他电厂锅炉炉膛吹灰器布置图

3 优化调整试验内容

3.1 降低煤粉细度试验

通过对锅炉运行方式下炉膛结渣试验分析，减少结焦有效的手段之一就是降低煤粉细度，这样在燃烧组织不太强，炉膛温度不过高的情况下，煤粉的燃尽和炉膛结焦可以保持在一个可以接受的水平。考虑到机组制粉系统的实际情况，为达到尽量降低煤粉细度，促进煤粉燃尽的要求，建议将旋转式煤粉分离器设定为转速850 r／min（分离器转速69 r／min）。由图5可知：在此工况下锦界煤细度R90为20%～30%，义马煤细度R90为10%～20%，基本可以满足要求。

图5 煤粉细度与分离器电机转速的关系

3.2 二次风开度试验

根据对锅炉燃烧器运行状态的检查分析，旋流燃烧器二次风处于过强的旋流位置，容易造成单只燃烧器热功率高，加剧了喷口烧毁的危险性。针对本炉燃烧器二次风（内二次风）为定旋流角度、手动调节，二次风旋流强度随风量增加而增加的情况，现场开展二次风门开度调整试验。改变二次风入口开度由400 mm降至300 mm和200 mm，二次风量与旋流强度随之减小。由图6可见，二次风入口开度200 mm时，炉膛燃烧尖峰温度降低，烧损喷口的危险性降低。

图6 二次风开度试验炉膛温度

3.3 吹灰设备优化与运行改进建议

由于电厂运行过程中燃煤煤质差异较大，所以不应过分依赖燃烧调整手段进行结渣防治而严重影响锅炉运行的经济性与稳定性。完善而有效的吹灰措施是锅炉安全运行的重要保证。

3.3.1 吹灰设备优化改造

如前所述，1号锅炉机组吹灰器配置数量偏少，存在明显设备缺陷，急需进一步完善。建议如下：

1）在炉膛前、后墙标高 46.26 m、43.95 m以及39.59 m吹灰预留孔处各加装3个吹灰器，共新增6个短吹，清除炉内大面积的吹灰盲区。

2）在屏过标高58.85 m左、右两侧墙吹灰预留孔处各加装1个吹灰器，共新增2个长吹（见图7），更有效地清除屏区结渣。

图7 屏区吹灰器布置示意图

3.3.2 吹灰设备运行建议

结渣与积灰是一个指数增长的过程。燃用严重结渣的神华锦界煤，在生成结渣与积灰初期即应该加强吹灰，以防止结渣累积形成危害较大的渣块［7-8］。结合1号炉炉膛温度较高以及炉膛出口烟温相对较低（低于设计值）的实际情况，可以适当的增加炉膛吹灰次数，减少尾部对流受热面的吹灰次数。建议按表3程序进行吹灰操作。

表3 炉锅炉吹灰优化运行操作指导卡

4 结论

优化后进行炉膛吹灰试验，吹灰过程中未发生较大和较多落渣情况。结果表明，降低煤粉细度，二次风门开度调整和完善而有效的吹灰措施后，炉内烟温沿炉膛高程更均匀，有利于减轻结渣和结焦，有利于锅炉机组安全经济运行。