除焦剂在大型火电机组锅炉的应用与研究.pdf

第 3 8卷 第 4期 2 0 1 6年 4月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 8 No ． 4 Ap r ． 2 01 6 除焦剂在大 型火 电机组锅炉 的应 用与研 究 张 磊 华 电新乡发 电有 限公 司 ， 河南 新 乡4 5 3 6 3 5 摘要 华电新乡发电有限公司一期工程 2台 6 6 0MW燃煤汽轮发电机组锅炉频繁结焦、 掉焦， 为保证机组安全 、 经济运 行， 对锅炉使用了除焦剂， 并从煤种 、 除焦剂添加位置、 用量及成分等多方面进行了试验， 确定了经济、 有效的除焦剂使用 方案。方案实施后， 有效减少了锅炉结焦， 提高了锅炉的稳定性。 关键词 除焦剂； 结焦； 锅炉； 煤种 中图分类号 T K 2 2 7 ． 2 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 6 0 4 0 0 1 8 04 0 引言 目前 ， 国内火 电厂受燃料成本压力大等 因素的 影响 ， 普遍存在实际燃用煤种复杂、 质量参差不齐 、 工业分析数据变化大等问题 ， 锅 炉原设计煤种供应 得不到保证 ， 给机组带来众多影响安全、 经济运行的 问题 ， 锅炉结焦就是一个概率较高的问题。 为了解 决结 焦 问题 ， 华 电新 乡发 电有 限公 司 以下简称新乡发 电公司 通过试验研究 ， 探索 出既 节约成本又充分发挥除焦功能 的应用方 案 ， 针对不 同煤种调整除焦剂的成分 ， 与运行调整密切配合 ， 使 除焦剂发挥更高水平 ， 解决因锅炉结焦、 掉焦带来的 一 系列安全问题 ， 扩大煤种适应性 ， 降低燃料成本 ， 提高经济效益， 同时也为其他存在此类问题的同类 型机组提供经验和技术支撑。 1 除焦剂 介绍 1 ． 1除焦剂工作原理 液态的速特威 一2 6 3 3除焦剂被空气压缩泵以 雾状喷射到炉膛 中， 在高温下迅速气化 ， 除焦剂以分 子态弥散在锅炉烟气流动 的全部通道 中 炉膛至排 烟 口 ， 气化的除焦剂在炉膛 中空气动力 场气 流的 作用下， 与烟气流过的炉膛水冷壁、 屏式受热面、 高 压过热器 、 低压过热器 、 再热器各处结焦 中的炭沫 、 硫黄及其他可燃物质碰撞 、 摩擦 ， 以分子态附着在结 焦体上， 并发生燃烧和微爆现象， 犹如无数个微型炸 弹在结焦体内爆炸， 使焦层酥化、 松化， 在逐步剥落 焦层的同时， 进一步提高燃料利用率 。 随着除焦剂 逐步 深入 焦层 内部 ， 分 子 大小 的 “ 微型炸弹” 在结焦体 内不断爆炸 ， 改变了焦层 的组 织结构 ， 使焦层 由坚硬 的钠长石和钙长石结构变为 收稿 日期 2 0 1 6 0 1 0 7 ； 修回日期 2 0 1 6 04 0 5 疏松的莫来石结构， 在炉膛内气流吹动下变为细碎 颗粒 ， 最后在重力作用下以弥散态落人冷灰斗 ， 成为 炉渣排出炉外 。 1 ． 2 各阶段除焦剂的使用 1 ． 2 ． 1 除焦阶段 除焦 阶段又分为重除焦 和轻除焦 2个 阶段 ， 除 焦剂既要清除 旧的结焦 ， 又要防止新的结焦生成 ， 因 此这一阶段除焦剂用量较大。 除焦剂进入炉膛后先进行重除焦 ， 将炉内的严 重结焦进行较大强度 的清理 ， 炉 内的结焦程度大为 减轻 ， 然后在原有较大使用量 的基础上 ， 通过仔细观 察锅炉运行参数和状态 ， 逐步减少除焦剂使用量 ， 进 行轻除焦。须经过不断摸索以确定效果最佳、 成本 最经济的除焦剂使用量。 1 ． 2 ． 2 维护阶段 经过轻除焦后 ， 锅炉 内的结焦 已被基本清除 ， 已 不会对机组运行产生威胁和损害 ， 达到安全、 经济、 稳定的运行状态 ， 为了保持这一状态 ， 须进入维护阶 段。在该 阶段 ， 除焦剂用量锐减 ， 只要定时 、 定量 、 均 衡使用除焦剂， 锅炉不会增加结焦。 2除焦剂试验 为了摸索各阶段除焦剂的使用量及调整合适的 除焦剂成分 ， 进行了一系列试验 ， 具体 内容如下。 2 ． 1 变换煤种试验 在负荷水平 、 运行方式基本相 同的情况下 ， 改变 煤质， 统计看火孔结焦情况、 锅炉掉焦次数 、 掉焦时 炉膛负压波动范围、 水冷壁出口过热度等数据 ， 并进 行对 比， 分析 、 总结结焦开始明显加重时燃煤的热值 和灰熔点最低值 。通过 3个月掺烧不 同煤 种的试 验 ， 结合新乡发电公司实际情况 ， 确定结焦明显加重 时燃煤的热值最低值为 4 5 0 0 k J ／ k g ， 灰熔点最低 值 为1 4 5 0℃。 根据试验研究情况 ， 灰熔点较低 的鹤 第4 期 张磊 除焦剂在大型火电机组锅炉的应用与研究 1 9 壁六矿煤和热值较低的白坪煤属于新乡发电公司大 量采购的易结焦煤种 ， 应进行除焦剂添加试验。 2 ． 2 判断结焦位置 锅炉在结焦量较大时， 炉膛 吸热量会受到严重 影响， 锅炉 中间点过 热度 明显 降低 。在机 组 负荷 3 3 0 MW 时 ， 锅炉汽水分离器出 口蒸汽过热度为 7 8 ℃ ， 锅炉燃尽风层观火孔温度达 1 5 0 0 ℃， 机组满负 荷时燃尽风层观火孔最高温度甚至超过 1 6 0 0 ℃ ， 超 过了燃用煤种的灰熔点。由于炉膛温度偏高， 加剧 了炉膛结焦 ， 形成 了恶性循环。通过测量炉膛温度 场、 锅炉集中落焦的位置及锅炉落焦后的管壁温度 变化 ， 分析认为锅炉前 、 后墙与侧墙的 4个夹角处结 焦量较大， 燃烧器 区域及前、 后墙也存在一定程度 的 结焦 ， 结焦高度位于中层燃烧器至燃尽风层 区域 ， 最 高处为 3 9m。 2 ． 3 除焦剂添加位置试验 在负荷 、 煤质 、 运行方式基本相 同的情况下 ， 从 下层燃烧器开始进行加除焦剂试验 ， 燃烧器分布如 图 1 所示。首先从 E 1 ， E 4 ， F 1 ， F 4 燃烧器和侧墙下 层观火孔向锅炉内部添加除焦剂， 根据除焦剂厂家 建议 ， 重除焦 阶段每天添加 8桶除焦剂 ， 每个部位添 加 1桶 ， 每桶除焦剂质量为 2 5 k g 。添加 除焦剂 1周 后， 炉内结焦程度无明显减轻， 捞渣机刮板仅有少量 碎块焦 。分析认为通过在下层燃烧器添加除焦剂以 去除中上层燃烧器 区域结焦的效果不 明显 ， 应 改变 除焦剂添加位置。 将除焦剂添加位置改为从 A 1 ， A 4 ， D 1 ， D 4燃烧 器和侧墙中层观火孔 向锅炉 内部添加 。自加入除焦 剂的第 2 天开始， 捞渣机内部渣量明显增加， 说明炉 膛结焦量明显减少 ， 除焦剂起到了一定 作用 。同时 随着锅炉的扰动除焦 ， 水 冷壁 区域积结 的旧焦开始 逐步掉落。随着添加时间的延长发现捞渣机刮板携 2 9 7 7 7 ． 7l n n l Z C层燃烧 器 2 4 8 2 0 ． D层燃烧 鍪 层 燃 烧 器 l E J 层 燃 烧 器 l 二 7 o o 0 ． 0mi l l 观火孔 除焦剂 添加处 除焦剂 添加处 除焦剂 添加处 除焦剂 添加处 加处 2 9 7 7 7 ． 7 n l n 3 Z_ B层燃烧器 F 层燃烧器 图 1 燃烧器分布 变 ， 机组负荷在 3 3 0 MW 时多次出现集 中落焦现象 ， 炉膛吸热量逐步增加 ， 锅 炉汽水分离器出 口蒸汽过 热度上升至 l 5℃左右 ， 低温再热器和低温过热器入 口温度明显下降。 使用 1周后 ， 将除焦剂添加位置移至最上层燃 烧区域 ， 但 中层后墙固定 端与前墙扩建端夹角观火 孑 L 处仍每天添加 2 桶。改变添加位置后锅炉掉落碎 焦块增多， 大块焦也变得疏松易碎， 说明炉膛结焦进 一 步得到清除 ， 炉膛内结焦程度趋于正常。 除焦剂发 挥作用 前、 后 炉 内主要参 数见表 1 、 表 2 。 通过上述数据对 比可知 ， 连续使用 除焦剂发挥 作用后 ， 炉膛吸热量逐步增加 ， 锅炉中间点汽水温度 逐步上升 ， 低温再热器和低温过热器入 口温度 明显 下降。 2 0 1 4年 1 O月 2 6日， 除焦剂使用前、 后左侧低 带的渣量进一步增加。继续保持人炉煤质和煤种不 温再热器入H烟温最大降幅为2 6 ． 3 9 ℃ ， 右侧低温 表 1 除焦剂发挥作用前炉膛参数 2 0 1 4年 薹一 焦添 处 一焦添 除剂 加 一除剂 第 4期 张磊 除焦剂在大型火电机组锅炉的应用与研 究 2 1 4取得的成果及效益分析 4 ． 1 取得的成果 1 总结 出了除焦剂的最佳使用 方法、 投用部 位、 用量、 使用环境和对煤种、 结焦状况的适用范围， 实现效益最大化 。 2 有效减轻锅炉结焦， 降低灭火风险， 减少非 计划停运次数 ， 并为存在类似 问题的电厂提供参考 。 3 检验可知除焦 剂长期使用对脱硝催化剂和 电除尘布袋无任何影响。 4 ． 2 经济效益 4 ． 2 ． 1 投资计算 按照每年掺烧易结焦煤种 1 4 0 d计算， 2台锅炉 平均每天共添加除焦剂 6桶 ， 每桶 1 4 3 5元 ， 全年的除 焦剂使用投资为 1 4 3 5 6 1 40 1 2 0 5 4 0 0 元 。 4 ． 2 ． 2 收益计算 按照掉焦灭火造成 1 次非计划停运 4 h ， 每小时 损失 电 量 5 1 0 k W h ， 电 的 利 润 为 0 ．1 8 歹 己 ／ k W h 计算， 一次非计划停运造成的损失为 5 1 0 x 4 0 ． 1 8 1 0 0 0 0 3 6 万元 ， 按照每次机 组灭火后热态启动耗油2 0 t 计算， 燃油以7 5 0 0 t 计 ， 减少 1 次非计划停运可减少燃油损失为 7 5 0 0 2 O1 0 0 0 01 5 万元 ， 即一次掉焦灭火引起的机 组非计划停运造成 的总损失约为 5 1万元。按照每 年减少 2次因掉焦灭火产生 的非计划停运 ， 则每年 减少损失约为 1 0 2万元 。 添加除焦剂以后， 扩大了燃煤适应范围， 降低了 燃料成本。按照每年多掺烧易结焦煤种 l 0万 t 计 算， 约降低煤价 2 0 t ， 则每年节约燃料成本为 2 0 0 万元 。 除焦剂使用后 ， 避免 了大焦集 中掉落而造成炉 膛负压大幅度波动和火检闪烁 的情况 ， 进而减少稳 燃用油， 按照每年减少稳燃用油4 0 t 计算， 每年节约 燃油费为 7 5 0 0 4 01 0 0 0 0 3 0 万元 。 4 ． 2 ． 3 投 资回收期计算 投资回收期 总投资／ 总收益 1 2 0 ． 5 4 1 0 2 2 0 0 3 0 O ． 3 6年 ， 即 5 个月内即可回收成本。 5 结束 语 新乡发 电公司 1 ， 2锅炉使用除焦剂后 ， 炉膛 内结焦快速脱落， 有效 降低 了炉膛 内部大焦集中掉 落而造成炉膛负压大 幅度波动甚至造成锅炉灭火的 可能性 ， 提高了锅炉的运行稳定性 ， 对于容易出现锅 炉结焦 、 掉焦的燃煤电厂具有借鉴意义。 本文责编 弋洋 作者简介 张磊 1 9 7 2 一 ， 男， 安徽灵璧人， 高级工程师， 工学硕 士 ， 从 事 火 力 发 电 厂 生 产 管 理 方 面 的 工 作 E - ma i l z h a n g l e i 6 0 1 5 1 6 3 ． c o m 。 ●-C●●●●●●●o●●●●0●●●●● ●●●●0●0‘●●0●●0●‘ c ●●●●●● 上接第 1 7页 冷端扇形板跟随技术难度不大 ， 成本相对较低 ， 漏风控制效果也较为明显 。 另外 ， 还有其他几种形式可以借鉴 。 1 采用多道密封 和焊接式 密封。 目前 ， 多数 回转式空预器多采用双道甚 至 3道密封 ， 此种方式 结合冷端扇形板跟随系统， 漏风控制效果更为明显。 2 加装柔性密封结构 。在现有径 向密封的基 础上 ， 增加一道柔性密封结构 ， 柔性密封结构稍高于 原有密封 ， 从两方面减少漏风 1 转 子旋转时 ， 柔性 密封直接与扇形板 接触 ， 减少 漏风通道面积 ； 2 柔 性密封与原有密封之间存在一定距 离， 间接增加 了 密封道数。 以上密封方式在回转式空预器冷、 热端均可使 用 ， 但需要考虑以下问题 1 直接漏风与密封道数 的平方根成反比， 密封道数越多， 其边际效应越小； 2 柔性 密封结构 与扇形板 之间会发生接触摩擦 ， 对扇形板和密封片材料要求较高 ， 包括柔性密封 材 料 的耐磨性能 、 热力学性能等 ， 另外 ， 对扇形板的损 伤也应该考虑在内； 3 柔性密封结构与扇形板的 摩擦增加了一部分摩擦扭矩 ； 4 增加 了初次成 本 投入及后续备件的采购成本 。 5 结束语 冷端漏风的存在 ， 会对火电机组的运行 ， 尤其是 非满负荷工况下的运行带来诸多不利影响 ， 对冷端 漏风进行控制 ， 是空预器漏 风控制理念的进一步发 展。立足于现有技术水平 ， 综合采用多道径 向密封 、 柔性密封和冷端扇形板跟随技术， 可以进一步降低 回转式空预器的漏风量， 对提高机组效率、 提升空预 器运行工况、 延长设备使用寿命、 降低风机能耗具有 较好的现实意义。 参考文献 [ 1 ] 程新华． 回转式空气预热器的漏风原因分析及防治[ J ] ． 山东电力技术 ， 2 0 0 8 6 4 3 4 6 ． [ 2 ] 国家电力公司电力机械局 ， 中国华电工程 集团 公司， 中电联标准化中心．电站锅炉空气预热器[ M] ． 北京 中 国电力出版社 ， 2 0 0 2 3 8 4 3 ． 本文责编 刘芳 作者简 介 杜艳青 1 9 8 2 一 ， 男， 河南信阳人， 工程师， 从事回转式空 气预热器设计方面的工作 E - m a i l d a n i e l _ d u l e 1 6 3 ． c o rn 。