萬 躍，晏海能

(江蘇淮陰發(fā)電有限責任公司，江蘇淮安 223002)

目前，煤碳供應形勢越來越緊張，各火力發(fā)電廠為提高經濟效益，在生產運行中很難燃用設計煤種，甚至無法燃用校核煤種，摻煤混燒已成為火電廠的必然選擇。很多火電廠燃用過高硫分、低灰熔點的劣質煤，這些煤種對爐膛結渣有較大的影響，甚至可能因爐內結渣嚴重而引起停爐的事故。因此，在燃用劣質煤時，加強對爐內結渣的監(jiān)控和預防就顯得尤為重要，結合實例，對燃用劣質煤時的爐內結渣情況進行分析和研究，可供同類型電廠參考。

1 爐內結渣的特性

爐內結渣指在受熱面上熔化了的灰沉積物的積聚，多發(fā)生在爐內輻射受熱面上。大型煤粉鍋爐爐內煤粉在0.03～0.05 s的時間內即被加熱到1600℃[1]以上，因此，煤粉爐內穿過爐膛火焰的全部灰粒都是液化的，如果處于熔融或半熔融狀態(tài)的灰到達受熱面上，則很容易粘附在受熱面上。由于擴散作用，在管子外表面形成薄的、白色的、很細的灰沉積層。該層厚度一般為0.2～0.5 mm，具有良好的絕熱性能，不僅引起爐膛溫度的升高，而且還造成了受熱面管子外表溫度比原來高很多，使受熱面管表面大量結渣成為可能。隨著表面燒結層厚度的增加，積灰表面溫度也升高，當積灰表面的溫度升高到接近煙氣溫度時，大量熔融的灰粒與積灰層相碰撞，結合成堅實的積灰，灰層進一步變厚，灰溫升高，導致惡性循環(huán)，使灰層表面形成熔融相，可能形成液態(tài)渣層。

爐內結渣導致爐內傳熱惡化，爐內輻射傳熱量減少，爐膛出口煙溫升高，對流受熱面區(qū)域熱負荷增加，可能造成受熱面管壁超溫，同時造成過熱器、再熱器減溫水用量大幅增加，排煙溫度也隨之升高，給鍋爐的安全、經濟運行帶來較大的影響。目前，一般電廠經常使用的方法是加強爐內吹灰，但強化吹灰將帶來如下問題：

（1）爐膛水冷壁吹灰次數(shù)過多，造成汽溫偏低。為了提高汽溫，增加了對水平煙道末級過熱器和末級再熱器管屏處的吹灰次數(shù)，這樣不僅浪費汽源，而且也增加了對管子的沖蝕。

（2）由于吹灰頻繁，爐膛水冷壁、過熱蒸汽管、再熱蒸汽管管壁過于清潔，管子表面缺乏調節(jié)換熱的“灰層”，熱量分配容易失衡，導致過熱汽溫與再熱汽溫調節(jié)困難，對煤種的適應性變差。

（3）不利于調整過熱蒸汽、再熱蒸汽兩側汽溫：出現(xiàn)兩側汽溫偏差時，調整的手段和幅度非常有限，常用的只能是將溫度較高一側的減溫水或事故噴水開大，來控制受熱面的管壁不超溫，將造成減溫水或事故噴水量增加，特別是再熱器事故噴水量的增加，使機組煤耗增加較多，機組的效率降低。

根據(jù)西安熱工研究所的研究結果，在GB7562—87中，以煤的軟化溫度為基本指標，以煤的低位發(fā)熱量為輔助指標。對于熱值Qar，net＞12 560 kJ/kg的煤種，軟化溫度＞1350℃，屬于不結渣煤種，如果軟化溫度≤1350℃則屬于結渣煤種。哈爾濱電站設備成套設計研究院對我國290 種動力用煤的灰渣特性進行分析，并用三段最優(yōu)分割來確定，以還原性氣氛下軟化溫度作為判別依據(jù)：軟化溫度＞1390℃ 輕微結渣；軟化溫度=1260～1390℃ 中等結渣；軟化溫度＜1260℃ 嚴重結渣。

2 爐內結渣的監(jiān)控

爐內結渣的監(jiān)視目前還是依靠運行人員的觀察。已有部分科研單位對爐內結渣自動監(jiān)督進行開發(fā)研究，吹灰器程序控制系統(tǒng)已得到普遍應用，主要是根據(jù)爐內結渣時運行參數(shù)的變化，作為爐內結渣的監(jiān)控手段。

2.1 根據(jù)爐膛出口煙氣溫度進行監(jiān)控

根據(jù)傳熱學原理，爐內輻射傳熱基本公式為：

式中：Qf為相對1 kg 燃料爐膛輻射吸熱量，kJ/kg；α1為爐膛系統(tǒng)黑度；σ0為絕對黑體輻射常數(shù)，取2.04×10-7kJ/（m2·h·K4）；Th為火焰平均有效溫度，K；Tw為水冷壁積灰污染層表面溫度，K；Af為 爐膛有效輻射受熱面積，m2；Bj為計算燃料消耗量，kg/h。

由分析可知，隨著水冷壁表面積灰的增加，水冷壁積灰污染層表面溫度必然升高，使得爐膛輻射吸熱量減少。另外，根據(jù)煙氣在爐膛內的放熱公式[2]為：

式中：φ為考慮散熱損失的保溫系數(shù)；V為1 kg 燃料的煙氣量，m3/kg；Cp為爐內煙氣的比熱容，kJ/（m3·K）；Ta為理論燃燒溫度，K；Tl"為爐膛出口煙氣溫度，K。由此可知，當爐內結渣嚴重時，Tl" 會升高。

但在實際應用中，用爐膛出口煙溫作為爐內結渣的監(jiān)控參數(shù)仍存在一定困難，主要原因：一是高溫煙氣的測量問題，采用水冷抽氣熱偶測量精度差，不能作為長期連續(xù)測量的手段，所以用高溫過熱器或高再熱器后的煙氣溫度來替代；二是大型鍋爐爐膛出口煙道截面積大，煙氣溫度偏差很大，難以找到具有代表性的測量點。三是爐膛出口煙溫受運行工況如磨組變化及一、二次風的調整等影響較大，并不單純反映爐內結渣情況，因此難以確定某一定值來嚴格界定爐膛是否結渣。

2.2 采用蒸汽側吸熱量計算爐膛出口煙氣溫度

華北電力大學提出，通鍋爐汽水側參數(shù)計算出爐膛出口煙溫。對于汽包鍋爐，當煤種變化不大時，可用省煤器出口聯(lián)箱水溫的測量和布置在爐膛內過熱器、再熱器吸熱量的測量，替代爐膛出口煙溫的測量[3]。

由式（2），只要計算出爐膛放熱量，即可以計算出爐膛出口煙溫：

因此，問題轉化為爐膛輻射傳熱量Qf的計算：

式中：Qsc為鍋爐部分輸出熱量，kJ/h；Qfg為爐內輻射式或半輻射式過熱器蒸汽吸熱量之和，kJ/h；Qfz為爐內輻射式或半輻射式再熱器蒸汽吸熱量之和，kJ/h；Qyc為爐膛出口煙窗投射出去的熱量，kJ/h；Qgr為工質過熱過程吸收的熱量，kJ/h；Qsm為省煤器內工質吸收的熱量，kJ/h。此方法雖然看似復雜，但由于蒸汽側溫度、壓力等測點較為準確，華北電力大學經過多次傳熱試驗證實，此方法測量精度更高。

3 選用低溫過熱器出口蒸汽溫度監(jiān)控爐內結渣

從理論上講，爐內結渣必然造成水冷壁吸熱量減少，因此造成爐膛出口煙溫升高，但是爐膛出口煙溫受運行工況、煤種等影響較大，即爐膛出口煙溫升高，不一定是爐膛結渣引起的。因此，筆者通過跟蹤鍋爐運行參數(shù)變化，提出用低溫過熱器出口蒸汽溫度的變化來表示爐膛輻射吸熱量的變化，反映爐內結渣情況。不選取高溫過熱器或屏式過熱器的原因是：爐膛結渣的結果是使爐膛蒸發(fā)量變小，且爐膛出口煙溫升高，這兩者都使過熱汽溫必然升高。但由于屏式過熱器和高溫過熱器出口的蒸汽經過噴水減溫，其溫度值受噴水量的影響較大，不能作為比較依據(jù)。

運行工況穩(wěn)定時，爐內結渣使爐膛蒸發(fā)量減少，流過低溫過熱器的蒸汽量減少，由于低溫過熱器的吸熱主要取決于煙氣側，因此，可將低溫過熱器的吸熱量看作不變，則低溫過熱器出口蒸汽溫度必然升高。另一方面，爐內結渣還造成低溫過熱器處煙氣溫度升高，這也使低溫過熱器出口汽溫上升。

在實際使用過程中，以某火電廠HG-1036/17.5-YM36 鍋爐為例，在燃用正常煤種時，低溫過熱器出口汽溫為390～400℃，在燃用高硫煤時，硫份St，ad遠遠超過設計煤種的0.72%，達到1.49%，造成爐膛結渣。為防止爐內結渣嚴重，通過爐膛吹掃可有效地減少爐膛結渣，提高爐膛運行的安全性和經濟性。以該廠燃用高硫煤時的一次爐膛吹灰為例，入爐煤工業(yè)分析成分見表1，爐膛吹灰前后的參數(shù)見表2。

表1 入爐煤工業(yè)分析成分

表2 爐膛吹灰前后的參數(shù)

從表中可以看出，在爐膛吹灰前，1 h 內的低過出口汽溫平均為414.4℃，吹灰后，低過出口汽溫下降到403.9℃，同時，過熱器減溫水也從40.2 t/h 下降到10.4 t/h，再熱器噴水量從10.9 t/h 下降到4.2 t/h，鍋爐運行的經濟性明顯提高。

針對不同機組的不同的煤種，在實際運行中，可通過試驗得出最佳吹灰標準，當運行工況發(fā)生變化時，只要及時考慮上述情況，合理選擇蒸汽側（低溫過熱器出口溫度）的參數(shù)，就能達到優(yōu)化吹灰的目的，提高鍋爐的安全、經濟運行性能。

4 結束語

目前，對爐膛結渣的監(jiān)控還沒有很好的自動監(jiān)控手段，運行人員通過運行中參數(shù)的變化，能及時有效地判斷爐膛是否結渣。對于汽包鍋爐，可以采用低溫過熱器出口溫度作為爐膛結渣的判據(jù)，通過對低溫過熱器出口溫度的分析，合理確定吹灰時機，及時清除爐膛結渣，提高運行的安全性和經濟性。

[1]岑可法，周 昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術[M].北京：中國電力出版社，2003：38.

[2]范從振.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1986：52.

[3]姚文達，姜 凡.火電廠鍋爐運行及事故處理[M].北京：中國電力出版社，2007：46.