350MW超临界直流锅炉结焦原因分析与改进.pdf

第 1期 2 0 1 6年 1 月 锅炉制造 BOI L ER MANUF ACTURI NG No ． 1 J a n ． 2 01 6 3 5 0 MW 超 临界直流锅炉结焦原 因分析 与改进 袁德权 ， 吴景兴 ， 冷 杰 1 ． 华电电力科学研 究院东北分院， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 8 9 ； 2 ． 东北电力科学研究院有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 摘 要 针对超临界直流锅炉水冷壁严重结焦 、 机组不能维持额定负荷连续运行的问题， 通过优化燃烧控制策 略， 结焦问题得到有效缓解， 机组能够满负荷连续稳定运行， 机组运行安全性和经济性提高。 关键词 直流锅炉； 结焦 ； 燃烧； 经济性 中图分 类号 T K 2 2 3 文献标识码 A 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 6 O 1 0 0 0 7 0 3 Re a s o n a na l y s i s a n d i mp r o v e me n t o f t h e 3 5 0 M W s u p e r c r i t i c a l o n c e t hr o ug h b o i l e r s l a g g i n g Y u a n De q u a n ， Wu J i n g x i n g ， L e n g此 1 ． H u a d i a n E l e c t ri c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e o f N o r t h e a s t B r a n c h ． ， S h e n y a n g 1 1 0 0 8 9 ， C h i n a ； 2 ． N o r t h e a s t E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 6 ， C h i n a Abs t r a c t S u p e r c r i t i c a l o n c et h r o u g h b o i l e r wa t e r wa l l s e r i o u s s l a g g i ng，t h e un i t c a n n o t ma i n t a i n l o a d r a t e d f o r c o n t i n u o u s o pe r a t i o n i n，t h e s l a g g i n g p r o b l e m a r e e f f e c t i v e l y a l l e v i a t e d b y o pt i mi z i n g c o mb u s t i o n c o n t r o l s t r a t e g y，t h e u ni t c a n f u l l l o a d c o n t i n u o u s s t a b l e o p e r a t i o n，i mp r o v e t h e s e c u rit y a n d e c o n o my o f un i t o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s o n c et h r o u g h b o i l e r ； s l a g g i n g； c o mb us t i o n； e c o n o my 0 引 言 燃煤 电厂炉 内结 焦是 一 个 极 其 复 杂 的物 理化学变化过程 ， 也是含灰气流流动和传热 传质 过程 。据有 关 文献 资 料 对 电站 锅 炉结 焦 进行的分析调查 ， 影响燃煤锅炉结焦主要 因 素 有 4个 方 面 煤 质 特 性 、 锅 炉 设 计 特 性 参 数 、 炉内空气动力场特性和运行控制与管理。 结 焦一般 是 以上 几 种 因 素 综 合 作 用 的结 果 ， 其 中 以煤 质 特 性 影 响 最 大 ， 然 后 是 锅 炉 特 性 参数 和炉 内空 气 动力 场 ， 当 然 运 行 管 理 方 面 的原 因也不 可忽 视 。 内蒙古某电厂1 台3 5 0 M W超临界直流锅炉在 1 6 8小时试运期间， 锅炉燃烧器区域水冷壁区域发生 严重结焦， 焦块无法通过干排渣机有效排出， 不但影 响受热面传热， 影响锅炉效率， 同时所结焦块坠落时 还可能导致炉膛灭火、 爆燃等事故， 甚至会破坏水冷 壁或捞渣机 ， 机组安全I生 无法保证， 更谈不上经济稳 定运行 ， 因此解决锅炉严重结焦问题， 保证机组安 全、 稳定运行成为电厂的当务之急。 1 设备概况 锅炉为超临界参数、 变压运行直流锅炉， 一次 中间再热 、 单炉膛平衡通风、 紧身封闭 、 固态排渣 、 全钢构架 、 全悬 吊结构 。采用三分仓 回转式空气 预热器 ， 竹型布置。设计煤种为霍林河褐煤。过 热蒸汽温度主要采用煤水比调节， 并设两级喷水 减温器， 采用尾部烟气调节挡板实现再热蒸汽温 度的调节。锅炉部分设计参数见表 1 ， 设计煤质 分析见表 2 。 收稿 日期 2 0 1 5一l 1 1 5 作者简介 袁德权 1 9 8 0 一 ， 男， 高级工程师， 主要从事电站锅炉技术监督、 性能试验及燃烧优化等工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 锅炉制造 第 2 5 5期 表 1 锅 炉部分设计 参数 B R L 系统采用四角切圆直流燃烧方式， 单台锅炉配 6台 MP S 2 0 0 H P一 1 I 型磨煤机， 额定负荷下 5台磨煤 机运行 ， 1台备用。采用布置于磨出口静态分离器调 节煤粉细度 ， 设计煤粉细度 R 蚰 为3 5 ％。干燥介质采 用热风， 冷风调节磨出口温度。每台磨煤机对应一 层燃烧器 ， 共 4个喷 口， 共布置六层一次风喷 口， 设 计燃烧器最大可上下摆动3 o 。 。 表 2 锅炉设计煤质分析 2 存在 的问题 从 1 6 8小时试运开始 ， 锅炉就一直存 在严 重 的结焦问题 ， 在 9 0 ％额定负荷下 ， 当 3 、 4层炉膛 吹灰器投运时， 位于第四层燃烧器至燃尽风喷口 区间水冷壁存在大量焦块 ， 且结焦量较大 ， 所结焦 块质地极其粘稠 ， 体积庞大 ， 通过炉底挤压装置不 能彻底碾碎 ， 无法顺利通过干式捞渣机上部栅格 ， 因此被迫采用人工清渣 ， 工作强度极大， 由于锅炉 严重结焦 ， 严重影响机组正常带负荷能力 ， 更重要 的是影响机组安全 、 稳定 、 经济运行。 3 燃烧调整 在现有设备条件下 ， 燃烧调整试验重点关注 一 次风速均匀性 、 一次风率大小、 煤粉细度大小 、 二次风配风方式 、 运行氧量 、 燃尽风率及控制炉底 漏风等， 解决或缓解锅炉严重结焦问题 ， 保证机组 能够维持额定负荷长期稳定运行。 3 ． 1 改善一次风均匀性 通过实测一次风管道风速得知 ， 6层一次风 速偏差调平前普遍偏大 ， 最高 C磨一次风速偏差 达到 2 0 ％以上 ， 最低也在 1 3 ％左右。通过调节一 次风管道上装设 的可调缩孔 ， 4根一次风管道风 量分配均匀性得到明显改善 ， 调平后一次风速偏 差基本在 5 ％左右 ， 具体见表 3 。 表3 调平前后一次风速情况 3 ． 2 控制合理煤粉细度 对于褐煤锅炉而言， 合理的煤粉细度有助于缓 解锅炉结焦问题。从表 4看到， 调整前实际煤粉细 度 R 在 2 9 ％ 一3 5 ％， 分离器挡 板开度在 4 2 ％ 一 4 5 ％， 调整后煤粉细度 R 蚰 在 3 0 ％ 一4 5 ％， 煤粉均匀 性亦有所改善。煤粉细度变大后 ， 灰渣可燃物含量 均在 1 ． 0 ％以下， 煤粉燃尽度较好 ， 不影响锅炉效率 的前提下同时降低了制粉系统电耗。 表 4调整前后煤粉细度大小 3 ． 3改善一、 二风配比 由于干燥 出力不足， 为了达到带相 同负荷需 要的磨煤机出力 ， 被迫需要提高一次风量 ， 致使一 次风速严重偏高 ， 一次风率偏大 ， 二次风率偏小 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 袁德权， 等 3 5 0 MW超临界直流锅炉结焦原因分析与改进 9 二次风 刚性 不足。在保 证磨煤机 出 口温度 的同 时， 调粗煤粉细度 ， 降低 了一次风量 ， 二次风量得 到提高 ， 一 、 二风配 比区域合理 ， 使得结焦状况有 所减轻。 3 ． 4降低炉底漏风量 锅炉设计为干式捞渣机 ， 由于严重结焦 ， 采用 人工清渣方式大大增加 了炉底漏风量 ， 使得火焰 中心上移 ， 加剧锅炉发生结焦 。通过控制干式捞 渣机两侧风门， 尽量降低I临时清渣 口漏风量 ， 一定 程度上有利于缓解锅炉结焦 。 次风量过大 ， 二次风量就会相应减少 ， 二次风刚性 就会减 弱 ， 一、 二次 风比例严重失衡 ， ． 容易导致水 冷壁结焦。 4 ． 5炉底严重漏风 当结焦量较大时 ， 为了清理渣块 ， 不得不打开 干排渣机清渣 口人工清理焦渣 ， 这样将导致大量 冷风从清渣 口进入炉膛 ， 锅炉无组织漏风增大 ， 二 次风量减少， 除了造成排烟温度升高， 同时火焰中 心也将上移 ， 上层燃烧器区域热负荷升高 ， 也将加 剧锅炉发生严重结焦。 4 原因分析 5 结 论 针对当前存在的结焦问题， 通过试验得出可 靠基础数据 ， 主要原因有以下几个方面 4 ． 1 煤质因素 机组从整套启动开始至 1 6 8小时试运结束 ， 均采用汽运煤 ， 煤源较杂， 煤 质差异性较 大 ， 低位 发热量在 2 8 0 0 3 0 0 0 k c a l ／ k g ， 机组正常投入运 行后 ， 原煤均为附近煤矿 由输煤皮带直接运至锅 炉， 煤质基本能够保持稳定， 热值也有所提高， 低 位发热量在 3 2 0 0～3 4 0 0 k c a l ／ k g ， 煤质 因素是导 致锅炉结焦 的重要原 因。 4 ． 2一次风配风不均 实际磨煤机出口一次风管道风速偏差较大， 同层一次风速偏差最高达 2 0 ％以上 ， 一次风速不 均直接造成炉内空气动力场组织混乱 ， 从而导致 切 圆严重偏斜 ， 从而发生严重结焦 。 4 ． 3煤粉细度不合理 磨煤机实际煤粉细度 R ∞ 基本在 3 0 ％ ～ 3 5 ％ 左右 ， 煤粉偏细 ， 导致着火提前 ， 燃烧器 区域热负 荷骤增 ， 容易发生结焦。将煤粉细度适当调粗后 ， 结焦状况有所减轻。 4 ． 4一次风量偏大 实际一次风量严重偏高 ， 额定负荷下实际热 一 次风温约 3 2 0 ℃ ， 比额定负荷下设计值 3 6 5 ％低 了约 4 5 ℃ ， 由于热一次 风温偏低 ， 导致 在相 同给 煤量下 ， 为了保证磨煤机 出 口温度 实 际为 5 5 6 0 ℃ ， 实际运行 中不得不提高一次风量 ， 由于一 对于设计煤种为霍林河褐煤的超临界直流锅 炉， 通过优化燃烧等综合试验手段， 从改善一次风 速均匀性 ， 控制合理煤粉细度 ， 优化一 、 二次风配 比， 二次风配风方式及控制炉底漏风等措施 ， 结焦 状况得到有效缓解 ， 焦块基本都能顺利排出， 减少 了炉底漏风量， 机组能够带满负荷连续稳定运行 ， 有效改善 了机组安全性和经济性。 当前煤质条件对锅炉结焦影响很大， 电厂应 严格控制入厂煤种质量 ， 当煤质无法达到或接近 设计煤质时 ， 应采用试烧手段 ， 摸清该锅炉对煤种 的适应范围， 有选择 的控制人炉煤质。同时在煤 源基本确定的条件下 ， 对某一类或某些常用煤种 ， 结合本厂设备实际情况 ， 制定相应 的管理措施或 规定 ， 必要时对锅 炉开展全面的煤种混烧方面的 燃烧调整试验 ， 如优化一次风量 、 煤粉细度、 过量 空气系数 、 燃尽风量 、 二次风配风方式 ， 炉底漏风 及吹灰器投运周期等手段 ， 探索实际煤种运行工 况下合理的运行和管理方式， 为保证机组整体安 全经济运行保驾护航 ， 同时达到 国家最新环保指 标要求， 实现机组安全、 经济、 环保。 参考文献 [ 1 ] 容銮恩， 袁镇福， 刘志敏， 等． 电站锅炉原理[ M] ． 北 京 中国电力 出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 2 ] 黄新元． 电站锅炉运行与燃烧调整 [ M] ． 北京 中国 电力 出版社 ， 2 0 0 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m