馮文會，李彥龍，張海楠，程廣立

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，河北 石家莊 050200；2.華電電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110180)

隨著國內(nèi)對于環(huán)保要求逐漸提高以及煤炭市場供應波動，越來越多的機組開始進行不同煤質(zhì)摻燒，造成對原有機組產(chǎn)生不同程度的影響。某300 MW亞臨界參數(shù)機組鍋爐在進行煤質(zhì)摻燒時，鍋爐結焦嚴重，影響機組安全運行[1]。新疆宜化330 MW機組為亞臨界參數(shù)、四角切圓鍋爐，在燃用準東煙煤過程中，結焦嚴重，導致汽溫、煙溫等參數(shù)嚴重偏離設計值[2]。云南某電廠300 MW機組在燃用劣質(zhì)煤時，偏離原來設計煤質(zhì)，導致鍋爐出現(xiàn)嚴重結焦，影響了機組安全穩(wěn)定運行[3]。

1 設備概況

某電廠2×330 MW機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)制造的1170 t/h、亞臨界壓力、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、干式排渣、半露天布置、全鋼構架的П型汽包鍋爐。中儲式制粉系統(tǒng)采用低速筒式鋼球磨煤機，熱風干燥送粉。采用水平濃淡寬調(diào)節(jié)比(WR)燃燒器，四角布置切向燃燒方式。燃燒器每角共裝設16只噴嘴，由6只煤粉噴嘴，8只二次風噴嘴和2只三次風噴嘴組成。低氮燃燒器改造后在鍋爐各燃燒器頂部標高33.3 m處布置2層下部燃盡風噴嘴(BAGP1、BAGP2)，標高37.5 m處布置2層上部燃盡風噴嘴(UAGP1、UAGP2)。本鍋爐設計燃用無煙煤，為使著火穩(wěn)定及低負荷穩(wěn)燃，在爐膛下部燃燒器區(qū)域四周水冷壁處鋪設衛(wèi)燃帶，分上、中、下3段，總面積98.8 m2，鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設計參數(shù)

2 存在問題

該電廠原爐內(nèi)布置按照低揮發(fā)分煤(Vdaf為11.75%～13%)選型設計，目前運行燃煤的揮發(fā)分較高(Vdaf為18%～22%)，并且運行中的煤種來源廣泛，實際入爐煤煤質(zhì)成分差異較大，雖然混和后的煤質(zhì)成分靠近低氮燃燒器改造后的煤質(zhì)成分，但原有爐膛設計仍不能很好地適應目前這種變化。同時為適應國內(nèi)煤炭市場變化，電廠采取提高鍋爐煙煤摻燒比例的運行方式，導致衛(wèi)燃帶附近煙氣溫度過高。衛(wèi)燃帶附近過高的煙氣溫度不僅為結焦提供了有利條件，還為高溫腐蝕提供了條件[4]，使得鍋爐在運行過程中，出現(xiàn)如下一系列問題。

a.爐膛結焦

鍋爐在運行過程中結焦現(xiàn)象非常嚴重，掉焦頻率高，掉焦體積大，嚴重影響機組正常運行。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)結焦位置主要集中在水冷壁衛(wèi)燃帶附近，焦塊硬度大，為典型的高溫硬焦形態(tài)(見圖1)。鍋爐長期大量掉落大焦塊進一步導致鍋爐水冷壁冷灰斗處四角斜坡段均存在不同程度的下凹變形，其中以2號鍋爐出現(xiàn)的情況尤為明顯，其2號角6.5 m鍋爐灰斗處橫向鋼梁更是因下凹彎曲變形而撕裂(見圖2)，影響了機組安全穩(wěn)定運行。

b.水冷壁高溫腐蝕

該電廠自進行低氮燃燒器改造后，鍋爐水冷壁的高溫腐蝕情況呈現(xiàn)逐年加劇的趨勢。從檢修期間水冷壁更換管段數(shù)量逐年增多的情況可以推斷，發(fā)生高溫腐蝕區(qū)域的面積逐漸擴大，且部分剛更換的管段也存在壁厚迅速減薄現(xiàn)象，最大減薄速率為0.15 cm/a。E、F層一次風噴口有明顯燒損現(xiàn)象，三次風噴口燒損嚴重，整體高溫腐蝕情況較為嚴重。

c.脫硝入口氮氧化物濃度偏高

低氮燃燒器改造后設計滿負荷工況下脫硝入口氮氧化物濃度小于600 mg/Nm3，但近年來鍋爐爐膛出口氮氧化物濃度一直保持在較高水平，機組負荷300 MW時平均濃度達到700 mg/Nm3，高峰時可達800 mg/Nm3。在165 MW低負荷時，濃度也保持在600 mg/Nm3左右，不僅增加了脫硝的運行材料費用，也加大了空預器堵塞概率，給環(huán)保安全運行帶來壓力。

3 原因分析及措施

影響鍋爐結焦的因素很多，主要有燃煤特性、爐膛結構、爐內(nèi)空氣動力場、爐膛衛(wèi)燃帶布置等[5]。對于四角切圓燃燒類型鍋爐，爐膛截面熱負荷是非常重要的設計參數(shù)，直接關系到爐膛的燃燒狀況和受熱面布置[6]，該電廠采用瘦高型爐膛(爐膛斷面近似正方形，寬度14.14 m，深度13.23 m，爐頂管中心標高62.5 m)，燃燒器區(qū)域熱負荷高，水冷壁管壁區(qū)域溫度較高。同時，為保持燃燒穩(wěn)定，布置了一定量的衛(wèi)燃帶，以提高爐膛溫度，保持燃燒穩(wěn)定，但衛(wèi)燃帶使水冷壁主燃燒區(qū)域溫度升高，為高溫腐蝕創(chuàng)造了條件。

當水冷壁壁面有一定結積物，周圍有還原性氣體，管壁處于相當高的溫度時，水冷壁就容易發(fā)生管外腐蝕。主要影響因素有：燃煤中存在一定含量的S、Cl、K、Na等可產(chǎn)生高溫腐蝕的物質(zhì)；水冷壁附近出現(xiàn)還原性氣氛和腐蝕性氣體；水冷壁附近存在高溫區(qū)域；腐蝕產(chǎn)物剝落，使得腐蝕不斷地滲透內(nèi)層。

由鍋爐結焦產(chǎn)生的原理可以看出，衛(wèi)燃帶為爐內(nèi)結渣提供了溫度條件，對于已投運的布置有衛(wèi)燃帶的鍋爐，減少衛(wèi)燃帶面積，特別是減少向火側(cè)易結渣區(qū)域的衛(wèi)燃帶面積是緩解爐內(nèi)結渣程度的技術措施之一[7]。去除爐膛內(nèi)衛(wèi)燃帶，鍋爐熱負荷下降，有利于降低燃燒區(qū)域氮氧化物生成，也有利于避免發(fā)生高溫腐蝕。但在去除衛(wèi)燃帶后，主燃燒區(qū)域與煙氣的直接接觸面積增加，因此需要在此區(qū)域進行防高溫腐蝕噴涂，作為防高溫腐蝕的輔助手段。

4 鍋爐去除衛(wèi)燃帶后運行參數(shù)變化

通過衛(wèi)燃帶改造，可以發(fā)現(xiàn)主燃燒區(qū)域的溫度明顯下降，其中以上層爐膛溫度下降最為明顯，且負荷越高，溫度下降越明顯。在230 MW負荷下，爐膛平均溫度下降了88.2 ℃，較改造前下降6.57%。溫度降幅最大為F層，高達151 ℃。在300 MW負荷下，爐膛平均溫度下降了131.2 ℃，較改造前下降9.87%。溫度降幅最大為E層，溫度降幅達到了207 ℃。整體爐膛溫度在鍋爐穩(wěn)定燃燒范圍內(nèi)，滿足機組穩(wěn)定運行要求。改造后不同負荷下，爐膛溫度對比見圖3、圖4。

由圖5、圖6可以看出，經(jīng)過鍋爐水冷壁去除衛(wèi)燃帶改造后，各主要參數(shù)指標發(fā)生明顯改變。在相同負荷情況下，爐膛出口氮氧化物濃度大幅下降。在300 MW負荷下，排放的煙氣中氮氧化物濃度同比下降9.52%；165 MW負荷下，排放的煙氣中氮氧化物濃度同比下降超過23%。氮氧化物濃度降至燃燒器改造的設計范圍內(nèi)，有效緩解了脫硝系統(tǒng)運行壓力，降低了液氨耗量，機組減溫水量也大幅下降。在300 MW負荷下，減溫水下降為47.5%；165 MW負荷下，減溫水量下降為36.2%，機組經(jīng)濟性明顯提高。

鍋爐主蒸汽溫度較改造前無明顯變化，再熱汽溫較去除衛(wèi)燃帶前有所降低，可以通過調(diào)節(jié)尾部煙氣擋板，如關小低溫過熱器側(cè)的煙氣擋板增強低溫再熱器側(cè)吸熱，以彌補爐內(nèi)吸熱增加導致爐膛出口煙溫降低及再熱器換熱溫差降低。同時可以根據(jù)實際運行情況，適度降低爐內(nèi)、過熱器側(cè)的吹灰頻次，增強再熱器側(cè)吸熱，對機組經(jīng)濟安全運行無不良影響。

5 結束語

鍋爐去除衛(wèi)燃帶后，爐膛主燃燒區(qū)域溫度有了大幅下降，特別是上層爐膛溫度下降最為明顯。機組負荷越高，爐膛溫度下降幅度越明顯。在300 MW負荷下，爐膛平均溫度下降9.87%；在230 MW負荷下，爐膛平均溫度下降6.57%。去除衛(wèi)燃帶后，機組各項參數(shù)也得到了優(yōu)化。氮氧化物排放量、機組減溫水量都大幅下降。但由于爐膛區(qū)域衛(wèi)燃帶去除后，水冷壁區(qū)域與煙氣的直接接觸面積增加，因此此區(qū)域仍需進行防高溫腐蝕噴涂，同時進行鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整。此外，去除衛(wèi)燃帶后，機組再熱汽溫會有所降低，需采取相應手段進行運行調(diào)整。綜上可知，去除衛(wèi)燃帶后，爐膛熱負荷降低，可有效治理鍋爐高溫腐蝕、結焦、爐膛出口氮氧化物濃度偏高問題。對于因燃燒較高揮發(fā)分混煤而導致爐內(nèi)溫度過高的機組，去除衛(wèi)燃帶是有效解決鍋爐結焦的方法。