上锅SG2008/17.47M9型锅炉结焦原因分析

作者：河北电力研究院 刘斌杰 张宝瑞

欢迎访问e展厅 展厅 1 发电站设备展厅 电力锅炉, 汽轮机, 水轮机, 燃气轮机, 核电设备... 摘要：对上锅SG2008/17.47M9型锅炉在生产中出现的炉膛及屏式过热器结焦现象，从燃煤煤质、炉内空气动力工况及配风方式等进行分析，并提出了相应的技术对策。 关键词：锅炉；结焦；分析；对策 Abstract:This paper analyzes slagging on the furnace and superheater of Shanghai SG2008/17.47M9 boiler from the fuel coal quality ,furnance air dynamic performance and air proportioning mode, and proposes countermeasures accordingly. keywords:boiler;slagging;analysis;countermeasures 煤粉炉出现结渣问题，轻则使其受热面传热不良，锅炉效率降低，NOx排放增加等；重则使燃烧工况恶化，迫使机组降负荷运行，如遇大块灰渣同时落下，还会造成锅炉保护动作导致停炉或砸坏冷灰斗，导致被迫停炉甚至可能造成人身伤亡。结渣问题严重影响锅炉运行的安全性和经济性。以下针对上海锅炉厂（简称上锅）SG 2008/17.47-M9型锅炉在运行中出现的炉膛及屏式过热器结焦现象，从燃煤煤质、炉内空气动力工况及配风方式等进行分析。 1 设备概况 国华定洲发电有限责任公司（简称定洲电厂）一期工程为2×600 MW机组,锅炉为上锅生产的SG2008/17.47M9型亚临界压力、一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用“п”型布置，为4角切向燃烧、平衡通风、固态排渣煤粉炉。锅炉采用直吹式制粉系统，配有6台ZGM113型中速辊式磨煤机，标准碾磨出力为57.35 t/h（当R90=20，HGI=61，Mar=5.6%时），5台磨煤机运行即可满足锅炉BMCR运行的需要。 在锅炉最大连续出力情况下，设计的炉膛容积热负荷为0.086 48 MW/m3，断面热负荷为4.618 MW/m2，燃烧器区域热负荷为1.245MW/m2。锅炉燃烧器采用浓淡分离宽调节比(WR)煤粉喷嘴。每个煤粉喷嘴均有周界风，以增强一次风射流刚度并保护喷嘴。周界风不仅能有效地冷却一次风喷口，还能改善煤种适应性。 锅炉燃烧器喷嘴布置见图1，锅炉燃烧器切圆安装示意图见图2。 由图中可以看出，燃烧器为“对冲同心正反切布置”，布置的4组（4个角）燃烧器的中心线近似对冲。从炉膛上部往下看，炉膛下部的大部分二次风喷嘴为顺时针方向偏转，从而驱动炉内气流顺时针方向旋转，构成了切圆燃烧，这部分成为启转二次风，为正切布置；与此相反，顶部OFA层、EF层和FF层二次风喷嘴逆时针方向偏转，使燃烧器上部区域气流的旋转强度得到减弱甚至被消除，称为消旋二次风，为反切布置。 改变BC层强启转二次风的比率，可得到不同的炉内气流旋转强度，改变EF、FF和OFA层消旋二次风的比率，可以得到不同的炉室出口的气流分布。从实际运行情况看，没有完全达到风包粉燃烧，出现了较严重的结渣现象。 2 结渣原因分析 2.1煤质特性的影响 定洲电厂锅炉设计煤种和校核煤种的煤质特性、煤灰特性见表1、表2。 据参考文献［1］，依据综合判别煤结渣特性指数Rz来对上述设计煤种和校核煤种的结渣特性进行预测，Rz计算如下： Ts——煤灰的软化温度，℃。 依据表1、表2的数据和式（1）可计算出： Rz (设计煤种)＝4.68； Rz (校核煤种)＝5.42。 表3列出了Rz差别结渣性分级界限。 根据表3中的判别标准，设计煤种和校核煤种均属结焦性严重的煤。 2.2 结构特性的影响 炉膛容积热负荷是衡量煤粉在炉内停留时间的尺度，也表征了整个炉膛的燃烧和吸热强度。如其数值过高，则意味着炉膛出口烟温趋高，炉膛及其出口部位易结渣，煤粉燃尽度也可能较差。炉膛截面热负荷是燃烧器区水冷壁热负荷的指标，直接关系到炉膛的燃烧状况、受热面布置和制造成本，如其数值偏高，则意味着燃烧器中心区温度水平会较高，下炉膛结渣可能性增加，但锅炉燃烧稳定性会较好。 据参考文献［2］，欧洲电站锅炉的炉膛截面积与机组功率大小的关系如图3所示。 定洲电厂机组为600 MW，设计燃烧煤种为易结渣烟煤，其所对应的的炉膛截面积应为380 m2左右，而该电厂的炉膛截面积实际为331.3 m2，可见炉膛横断面尺寸设计选择偏向于较小值。这无疑会增加锅炉实际运行中结渣的可能性。 2.3空气动力特性的影响 炉膛内十字拉线“玫瑰图”的测量结果见图4。 由测量结果可以看出：在测量平面上,炉膛中心有大面积的无风区或低风速区，以炉膛中心为圆心,半径约4 m以内，风速在2 m/s以下。而十字拉线上测得的最大风速处距炉膛中心距离分别为：炉前7.5 m（风速为12.3 m/s）, 炉后6.6 m（风速为11 m/s）, 炉左8.1 m（风速为12.7 m/s）,炉右：8.4 m（风速为11.1m/s）。而锅炉炉膛尺寸为：宽19 558 mm，深16 940 mm，所以风速最大处距离水冷壁非常近。从图4也可看出，炉内空气动力场形成的切圆很大。在这种炉内空气动力工况下，煤粉燃烧时易出现煤粉刷墙和水冷壁结渣现象。 另外，炉墙贴壁风速测量表明：炉墙贴壁风速较大，且风速高的区域偏大，位于4面水冷壁的中心区域。这与炉膛内十字拉线“玫瑰图”的测量结果一致。最大贴壁风速测量数值为：炉前8.47 m/s，炉后9.34 m/s，炉左8.44 m/s，炉右9.14 m/s。 3 缓解结渣的调整措施 a. 提高一次风速加大一次风速可以增强其刚性，试验证明提高一次风速其贴墙现象有所减弱。提高一次风速，不仅可以避免煤粉气流提前着火燃烧，还会提高煤粉气流刚性，减小射流偏斜程度。 b. 减小偏转二次风量试验证明：减小偏转二次风量，可以降低炉内气流旋转强度，更容易实现“风包粉”的燃烧方式，减少在热态运行时煤粉被甩到水冷壁上形成严重结渣的可能性。所以，合适地控制偏转二次风量，既可使炉膛内风粉气流充分扰动，燃烧良好，也可避免因旋转强度过大而引起水冷壁结渣。 c. 控制过剩空气量在煤粉炉中，因为煤粉和空气不可能非常均匀地混合，为了保证煤粉完全燃烧，除了必需的空气量外，还需要一部分过剩空气来弥补。当过剩空气量太大时，烟气量也要增大，炉膛出口烟气温度提高；如果过剩空气量太小，又会使燃烧不完全而产生CO，两者都易造成结渣，故需要保持一定的过剩空气系数。定洲电厂设计煤种的可燃基挥发分为37.89％，过剩空气系数保持1.20～1.25为宜，当结渣严重时，可适当增加过剩空气量，减少还原性气氛的生成，以免降低灰熔点，但要注意保持在合适的范围内。 d. 适当降低燃烧器的摆动角度在锅炉受热面调温状况允许的情况下，适当降低燃烧器的摆动角度，可以使炉内火焰中心下移，从而降低炉膛出口烟温，防止和减轻炉膛上部屏式过热器的结渣。 e. 控制好消旋二次风量运行人员应随负荷变化适时调整消旋二次风量，使之与启转二次风相匹配，达到削弱甚至消除炉膛出口气流旋转的目的，尤其应控制好最上层(OFA层)的上下摆动角度及风量，这不仅减小了炉膛出口左、右侧的烟气量和烟温的不均，加强了炉内气流的扰动，同时，也对炉内的上升烟气起到了下压作用，减弱了炉内气流的上升速度，延长了煤粉在炉内的停留时间。由此不仅提高了煤分的燃烧经济性，也降低了炉内火焰中心位置，从而降低炉膛出口烟温，防止和减轻炉膛上部屏式过热器的结渣。同时，为了防止水冷壁的结渣和积灰，运行中应注意加强吹灰。 4 结语 以上从煤质、锅炉设计、运行方面分析了锅炉结渣的原因，提出了提高一次风速、减少偏转二次风量、控制过剩空气量、适当降低燃烧器的摆动角度和控制好消旋二次风量等燃烧运行调整措施。实际运行结果表明，采用上述措施后炉内结渣状况得到了有效缓解。 参考文献 ［1］林宗虎，徐通模.实用锅炉手册［M］.北京:化学工业出版社,1999. ［2］ZWLKOWSKIJ.煤的燃烧理论与技术［M］.袁均卢,张佩芳译.上海:华东化工学院出版社,1990.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/10/2005)