李鵬，曾琦，李東本

（新疆新特能源股份有限公司自備熱電廠，烏魯木齊 830011）

燃用準(zhǔn)東煤鍋爐設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

李鵬，曾琦，李東本

（新疆新特能源股份有限公司自備熱電廠，烏魯木齊 830011）

準(zhǔn)東煤具有易沾污、易結(jié)焦特性，嚴(yán)重威脅鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)尺寸、二次風(fēng)口布置方式、燃燒器形式以及熱力參數(shù)等方面進(jìn)行防結(jié)焦特性分析，提出了燃用準(zhǔn)東煤鍋爐的設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，為今后燃用準(zhǔn)東煤鍋爐的選型、改造提供參考。

準(zhǔn)東煤；鍋爐；結(jié)焦；優(yōu)化

0 引言

準(zhǔn)東煤田是國(guó)家確定的第14個(gè)能源基地（新疆維吾爾自治區(qū)）的重要組成部分。煤炭資源預(yù)測(cè)儲(chǔ)量3 900億t，占全疆儲(chǔ)量（2.19萬億t）的17.8%、全國(guó)儲(chǔ)量（5.56萬億t）的7%。目前，已探明煤炭資源儲(chǔ)量2136億t。準(zhǔn)東煤具有揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦等特性，新疆地區(qū)電廠燃用準(zhǔn)東煤后普遍出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、受熱面沾污、對(duì)流換熱面積灰等現(xiàn)象。

某電廠設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)東煤，投產(chǎn)后多次出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、受熱面沾污等情況，限制了準(zhǔn)東煤的大量使用。通過一年的努力，該電廠準(zhǔn)東煤摻燒比例已達(dá)80%，并將結(jié)焦、沾污、積灰控制在安全范圍內(nèi)。鍋爐結(jié)焦一方面是煤質(zhì)的原因，更重要的是應(yīng)從鍋爐設(shè)計(jì)角度入手不斷進(jìn)行優(yōu)化，從根本上進(jìn)行防準(zhǔn)東煤結(jié)焦設(shè)計(jì)。

1 準(zhǔn)東煤的主要特性

準(zhǔn)東煤的顯著特點(diǎn)是煤灰中堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，堿金屬氧化物Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以灰分計(jì)）總體都在2%以上（為方便對(duì)比堿金屬氧化物含量，通常將煤中各種鈉鹽折算成Na2O，總體按Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)給出）。Na等堿金屬元素熔點(diǎn)非常低，達(dá)到一定溫度就會(huì)蒸發(fā)，氣態(tài)的堿金屬遇到溫度較低的水冷壁后放熱凝結(jié)在水冷壁表面，在水冷壁表面局部形成了一層堿金屬氧化物附著層。剛形成的附著層具有一定的黏性，爐內(nèi)未燃盡的煤粉和飛灰很容易黏附在上面；第2層黏附層達(dá)到一定厚度后，最里面的堿金屬氧化物會(huì)不斷從里向外析出，繼續(xù)黏附新的煤粉和飛灰，最終形成較厚的焦塊。大修時(shí)對(duì)爐內(nèi)焦塊進(jìn)行觀察，與上述過程基本一致。

2 鍋爐概況

該電廠鍋爐為HG-1176／25.4-HM2型一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、∏型、緊身封閉布置鍋爐。直吹式制粉系統(tǒng)配6臺(tái)MPS160HP-II型磨煤機(jī)，5臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，每臺(tái)磨煤機(jī)供1層的4只噴燃器，燃盡風(fēng)布置在主燃燒器區(qū)上方。設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)東五彩灣地區(qū)天池能源南露天礦煤。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 BMCR工況下鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

查閱鍋爐設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)設(shè)計(jì)資料，通過對(duì)比同類型鍋爐，結(jié)合運(yùn)行和大修中發(fā)現(xiàn)的問題，按照各系統(tǒng)特點(diǎn)提出以下幾方面建議。

3.1 爐膛熱力參數(shù)優(yōu)化

燃燒易結(jié)焦的準(zhǔn)東煤時(shí)，選取較低的容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷可以有效降低爐內(nèi)平均溫度，有利于控制結(jié)焦。準(zhǔn)東煤揮發(fā)分較高，比較容易實(shí)現(xiàn)最低穩(wěn)燃負(fù)荷，可以在已有基礎(chǔ)上適當(dāng)再減少容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷，從根本上降低爐內(nèi)溫度。

3.2 爐膛尺寸優(yōu)化

（1）該電廠鍋爐為正方形爐膛，寬、深均為14627mm，這種正方形爐膛為爐內(nèi)各層四角切圓提供了足夠空間，并且燃燒器出口四周的補(bǔ)氣條件相同，有利于減少火焰偏斜并可防止燃燒器區(qū)域結(jié)焦。正方形爐膛比長(zhǎng)方形爐膛容易建立對(duì)稱的空氣動(dòng)力場(chǎng)，避免了氣流偏斜沖刷水冷壁，同時(shí)減少了煤粉沖刷水冷壁造成結(jié)焦的可能性。因此，寬深相同的鍋爐更有優(yōu)勢(shì)。

（2）增加爐膛高度，增大最上層噴燃器口中心到分隔屏底部距離。表1中鍋爐最上層噴燃器中心至屏底的距離為20.20m，最下層噴燃器口至冷灰斗拐點(diǎn)距離為4.86m。建議加大最上層噴燃器中心到分隔屏屏底的距離，使煤粉在爐膛內(nèi)停留時(shí)間增加，為進(jìn)入爐膛的煤粉在爐膛內(nèi)完成著火、燃燒、燃盡提供充足的空間和時(shí)間，減少未燃盡煤粉在水平煙道燃燒放熱。

（3）增大折焰角，使煙氣在折焰角處的行程增加，增加煙氣停留時(shí)間，有利于煙氣在分隔屏放熱。

3.3 主燃燒區(qū)布置方式優(yōu)化

（1）為防止主燃燒器區(qū)域結(jié)焦，增加各層噴燃器中心之間的距離，使燃燒器周圍壁面熱負(fù)荷降低，有效減輕燃燒器噴口周圍因溫度過高造成的結(jié)焦。該電廠鍋爐一次風(fēng)中心間距普遍為1 580mm，較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大；同時(shí)，為了進(jìn)一步減輕燃燒器區(qū)域的結(jié)焦，最底層磨煤機(jī)和第4層磨煤機(jī)上，又加大了與相鄰一次風(fēng)中心的距離，達(dá)到1 810mm。運(yùn)行過程中主燃燒區(qū)中上部依然常常出現(xiàn)過熱和結(jié)焦現(xiàn)象，建議進(jìn)一步加大各層噴燃器口的距離。

（2）主燃燒區(qū)各層燃燒器的分組優(yōu)化。該電廠原有的燃燒器分組為A層一組，B，C，D層一組，E，F(xiàn)層一組，其中微油點(diǎn)火在B層，鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)B，C，D處常常出現(xiàn)過熱情況，并且F層4個(gè)噴燃器全部發(fā)生嚴(yán)重變形。初步分析原因?yàn)椋簠⑴c燃燒時(shí)，F(xiàn)層噴燃器處在上層煙溫較高處，且周界風(fēng)開度不足，導(dǎo)致噴燃器得不到充分冷卻。

3.4 二次風(fēng)優(yōu)化

增加二次風(fēng)噴口。該電廠鍋爐＃1，＃2，＃3，＃4角的燃燒器共布置15層噴口，其中一次風(fēng)噴口6層，二次風(fēng)噴口9層。在A，B層和D，E層一次風(fēng)噴口中間布置了2個(gè)二次風(fēng)噴口，這樣布置的目的是在煤粉中間增加二次風(fēng)，使煤粉燃燒氧量增加，有利于煤粉充分燃盡且增加了低負(fù)荷時(shí)燃燒的穩(wěn)定性。停爐后觀察各個(gè)噴燃器口的損壞情況以及爐內(nèi)結(jié)焦情況，可以判斷燃燒過程中EF層以及FF層二次風(fēng)噴口可以再適當(dāng)增加1組，以保證主燃燒區(qū)上部充分燃盡。

3.5 SOFA風(fēng)布置優(yōu)化

為實(shí)現(xiàn)充分燃盡，可以增加分離燃盡風(fēng)（SOFA）與最上層噴燃器的距離，并且增大4層燃盡風(fēng)的間距。

3.6 爐內(nèi)溫度監(jiān)視優(yōu)化

爐膛出口煙溫反映了爐膛內(nèi)燃燒情況，將出口煙溫控制在灰熔點(diǎn)以下，可以減少結(jié)焦的發(fā)生，爐膛出口煙溫監(jiān)視是運(yùn)行人員預(yù)防和控制準(zhǔn)東煤結(jié)焦的有效手段。傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)計(jì)中，只在爐膛出口的左墻或右墻設(shè)置一個(gè)正常運(yùn)行時(shí)的溫度測(cè)點(diǎn)，四角切圓形式的煤粉爐在燃燒過程中可能發(fā)生火焰偏斜，造成局部過熱、火焰刷墻等不利影響，單一的煙溫測(cè)量不易判斷火焰偏斜情況。建議在原有煙溫測(cè)點(diǎn)同一平面的前墻和后墻各增加1個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，并將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)傳至集控室監(jiān)控畫面。增加溫度測(cè)點(diǎn)有利于運(yùn)行人員監(jiān)控爐內(nèi)燃燒情況，對(duì)爐內(nèi)火焰是否偏斜做出準(zhǔn)確判斷，及時(shí)調(diào)整、控制煙溫。聲波測(cè)溫法是一種還沒有普及的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)量爐膛出口整個(gè)平面的溫度，更有利于控制燃燒準(zhǔn)東煤鍋爐爐膛的出口煙溫。

3.7 吹灰器密布

增加主燃燒區(qū)吹灰器的目的是及時(shí)、有效地清除主燃燒區(qū)域的結(jié)焦，防止結(jié)焦進(jìn)一步惡化。因?yàn)闇?zhǔn)東煤的易結(jié)焦性，主燃燒區(qū)域頻繁結(jié)焦，原設(shè)計(jì)中爐膛吹灰器只有60個(gè)，分別布置在爐膛各處，主燃燒區(qū)沒有設(shè)置吹灰器，因此，建議在鍋爐主燃燒區(qū)利用原設(shè)計(jì)的蒸汽管道增加蒸汽吹灰器。新增吹灰器分3層布置，分別布置在噴燃器B，C層之間、噴燃器D，E層之間和噴燃器E，F(xiàn)層之間。每層16只（3層共48只）吹灰器均布在該層的爐本體四面，新增吹灰器與原吹灰器型號(hào)、規(guī)格相同。該改進(jìn)方案已經(jīng)在最近一次大修中實(shí)施，效果良好。

3.8 觀火孔優(yōu)化

為方便觀察爐內(nèi)結(jié)焦情況和打焦，該電廠在鍋爐本體上共布置有7層觀火孔，但各層觀火孔位置與噴燃器的水平距離偏差較大，運(yùn)行人員很難通過觀火孔看到最近的噴燃器是否掛焦，也不利于噴燃器附近的打焦。建議將觀火孔向各層的4個(gè)角平移，方便觀察噴燃器著火及結(jié)焦情況。

3.9 冷灰斗優(yōu)化

固態(tài)排渣鍋爐冷灰斗的作用主要是聚集、冷卻并排出灰渣，而且便于下聯(lián)箱同撈渣機(jī)的聯(lián)接和密封。該電廠燃燒準(zhǔn)東煤鍋爐的冷灰斗在中間位置一分為二，將冷灰斗分成左右2個(gè)，運(yùn)行期間發(fā)生掉焦事故時(shí)，大量焦渣掉落在冷灰斗中間分開的位置，不利于運(yùn)行安全，建議取消冷灰斗中間的分割。

3.10 撈渣機(jī)優(yōu)化

西安熱工研究院有限公司的研究成果表明，鍋爐使用準(zhǔn)東煤時(shí)，結(jié)焦是不可避免的。通過2年的運(yùn)行實(shí)踐，該電廠鍋爐發(fā)生結(jié)焦后會(huì)大量掉焦，常常導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)過負(fù)荷跳閘，嚴(yán)重時(shí)影響機(jī)組帶負(fù)荷。目前，該電廠對(duì)原有撈渣機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，加裝了卷?yè)P(yáng)機(jī)，方便大量掉焦時(shí)處理事故。對(duì)于新建燃燒準(zhǔn)東煤的電廠，建議選型時(shí)適當(dāng)增大撈渣機(jī)電機(jī)和液壓油站出力（須滿足發(fā)生掉焦事故時(shí)的最大出力），確保撈渣機(jī)能及時(shí)將灰渣排出，保障鍋爐運(yùn)行。

3.11 制粉系統(tǒng)優(yōu)化

該電廠每臺(tái)磨煤機(jī)的出力為36 t／h，通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了每臺(tái)磨煤機(jī)最大出力為44 t／h。目前的運(yùn)行方式為A，B，C，D磨煤機(jī)出力為35～40 t／h，煤質(zhì)差時(shí)磨煤機(jī)出力往往不能滿足出力要求，限制了帶高負(fù)荷，建議選型時(shí)選擇較大的磨煤機(jī)出力，煤質(zhì)變化時(shí)可進(jìn)行調(diào)整，減少啟動(dòng)備用磨煤機(jī)。

3.12 空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于準(zhǔn)東煤水分大的特點(diǎn)，正常運(yùn)行中磨煤機(jī)的熱風(fēng)全開、冷風(fēng)全關(guān)，磨煤機(jī)出口溫度僅有50～60℃，不利于煤粉進(jìn)入爐膛快速著火。建議增加空氣預(yù)熱器中一次風(fēng)加熱的分配量，以提高熱一次風(fēng)溫，滿足磨煤機(jī)燃燒準(zhǔn)東煤的干燥出力要求。

3.13 微油點(diǎn)火裝置改進(jìn)

鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)磨煤機(jī)時(shí)，一次風(fēng)溫度常常不能達(dá)到要求，影響啟動(dòng)時(shí)間并增加了燃油的使用量。通過改造，在鍋爐右側(cè)熱一次風(fēng)母管上增加一次風(fēng)暖風(fēng)器，利用高輔的蒸汽加熱一次風(fēng)，使磨煤機(jī)出口溫度能夠滿足啟動(dòng)要求。足夠溫度的熱一次風(fēng)才能實(shí)現(xiàn)煤粉的干燥，增加著火的可能。改造后的熱一次風(fēng)溫上升較快，可以滿足啟磨要求。

4 結(jié)束語

綜上分析，鍋爐設(shè)計(jì)廠家可以從熱力參數(shù)、爐膛尺寸、主燃燒區(qū)、二次風(fēng)、爐內(nèi)溫度測(cè)量、吹灰器、打焦孔、冷灰斗、撈渣機(jī)、空氣預(yù)熱器、一次風(fēng)暖風(fēng)器等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，不斷從本質(zhì)上提高鍋爐對(duì)準(zhǔn)東煤的適應(yīng)性，減少燃燒準(zhǔn)東煤時(shí)發(fā)生的結(jié)焦、積灰等，為最終實(shí)現(xiàn)100%純燒準(zhǔn)東煤不斷積累經(jīng)驗(yàn)，為各電廠節(jié)約巨額燃料成本。

［1］蒙毅，劉家利.特變電工新疆硅業(yè)有限公司350MW機(jī)組鍋爐燃用天池能源南露天礦煤鍋爐設(shè)備選型研究［R］.西安：西安熱工研究院有限公司，2011.

［2］楊忠燦，劉家利，何紅光.新疆準(zhǔn)東煤特性研究及其鍋爐選型［J］.熱力發(fā)電，2010，39（8）：38-40.

［3］岑可法，樊建人，池作和，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算［M］.北京：中國(guó)科學(xué)出版社，1994.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 229.6

：B

：1674-1951（2015）06-0069-03

李鵬（1978—），男，新疆烏魯木齊人，高級(jí)工程師，從事火力發(fā)電廠運(yùn)行管理工作（E-mail：lpc77＠163.com）。

2014-06-26；

2015-05-14