锅炉结焦原因分析及解决措施

摘要:分析鹤煤公司热电厂锅炉结焦的原因,提出解决锅炉结焦的措施,并取得效果。

关键词:锅炉  结焦  分析与措施
鹤煤公司热电厂2×135wm机组分别于06年、07年相继投产,自投产以来锅炉过热汽温一直达不到设计要求,影响机组的安全经济运行,核定的额定负荷仅为114mw。经过组织专家反复计算和论证,最终确定改造方案:①在水冷壁燃烧器区域敷设卫燃带,区域为燃烧器高度(上三次风至下二次风以下1m左右),标高12740至19800区域范围,卫燃带为分块布置,总面积约为100m2;①燃烧器所有喷口上摆12°;③增加高温过热器受热面,沿烟气逆流方向增加4排,增加受热面积386.6m2;三个方案同时实施,改造效果很好,各项参数均能达到设计要求。但是由于水冷壁敷设100m2卫燃带,锅炉结焦问题严重,甚至引发掉大焦灭火事故。仅2009年#1炉掉大焦灭火事故4起,严重影响到锅炉安全运行。
鹤煤公司热电厂锅炉是由东方锅炉厂生产和设计,型号为dg445/13.7-ⅱ型。
锅炉为一次中间再热,超高压自然循环汽包炉,单炉膛,四角切圆燃烧,全悬吊,平衡通风,中间仓储式,管式空气预热器,固态排渣,钢构架露天布量。
1 锅炉结焦的原因分析
1.1 设计煤种和实际燃烧的煤种偏差大是锅炉结焦的原因之一。灰的熔融特性是判断煤粉在炉膛燃烧过程中是否发生结焦的依据。煤种不同,煤的熔性温度不同,煤的粘度也不同。如灰熔点温度低于设计值,粘度大于设计值,当负荷升高炉膛温度随即升高,灰粒很容易达到软化状态而引发受热面结焦。
1.2 炉内局部出现还原性气体ch4、co、h2等气体,同时局部烟气的氧含量较低时,使灰的熔点温度降低时,结焦的概率增加。
1.3 炉膛燃烧区域热负荷不平均,燃料量在某个区域偏高,局部温度高,未完全燃烧的煤粉颗粒粘结在水冷壁的卫燃带上面,积聚造成结焦。
1.4 炉内空气动力场气流组织不合理,造成火焰中心偏斜,切圆直径偏大,造成一次风气流偏斜,造成局部结焦。
1.5 过量空气系数偏小。当炉内局部区域氧量偏小且煤粉与烟气混合不均匀时,可能产生还原性气氛,而煤粉在还原性气氛不能充分氧化,灰分中的fe2o3被还原成feo,feo与sio2等形成共晶体,其熔点温度就会降低,有时会使熔点下降150~200℃,造成结焦几率增加。
1.6 煤粉细度变粗,煤粉中的粗颗粒在炉内切圆燃烧离心力的作用下煤粉气流中分离出来与水冷壁发生冲撞,因煤粉颗粒较粗,燃烧时间增长,没有完全燃烧的煤粉颗粒在水冷壁卫燃带上继续燃烧,造成结焦。
2 锅炉结焦原因判断
2.1 水冷壁敷设卫燃带是锅炉水冷壁结焦的一个因素,但不是必然要锅炉结焦灭火。通过理论分析和试验测量相结合,得到了与吸热能力状态有关的特性系数■值。得出本炉ξ=1.05,属于轻微结焦。计算方法、判别方法如下:

t1——灰的软化温度(t1=t1+273)°k
m ——几何特性系数
ξ与炉膛平均温度水平及灰渣特性有关,是这样划分的
ξ>1.16       不结渣
ξ=1.06~1.15  基本不结渣
ξ=0.98~1.05  轻微结渣
ξ=0.91~0.97  结渣较强
ξ<0.91       强结渣
2.2 锅炉切圆偏斜。经冷态动力场试验,在炉内纵横“十”字线,坐标在a层一次风处。炉内观察可知:俯视一次风为逆时针的切圆,炉内冷态模拟切圆为椭圆形,椭圆圆心坐标为150mm,300。切圆的前后直径为3457mm,左右直径为3745mm,切圆直径略小,切圆偏于右后墙。
2.3 煤粉细度较粗。统计09年1月份#1炉#1制粉系统煤粉细度r90=17.68%,#1炉#2制粉系统煤粉细度r90=17.29%。我厂设计说明书要求煤粉细度r90=10%±2,实际煤粉细度高于设计煤粉细度40%左右。可见煤粉细度粗是我厂结焦的一个方面。
3 锅炉结焦解决的措施
3.1 降低一次风风速,防止一次风气流冲击对侧水冷壁,未完全燃烧的煤粉积聚在卫燃带上结焦。调整一次风箱压力,保持一次风速在22m/s左右。70mw时调整一次风箱压力为2.3kpa,每升高10mw负荷提高一次风箱压力0.1kpa。煤质灰分高时,在原有基础上,一次风压提高0.2kpa。
3.2 保持一次风粉均匀性。一方面是同层各角一次风管的风速均匀,另一方面是同层各燃烧器的风粉成比例。不均匀的一次风粉配比会使机械不完全损失增大、氮氧化合物生成增加、火焰中心偏移、炉内结焦和喷燃器烧坏。同层一次风速均匀解决办法,根据冷态动力场试验报告各层一次风调平数据为:1a、2a一次风门开度80%,3a、4a全开;1b一次风门开度80%,2b、3b、4b全开;1c一次风门开度78%、2c一次风门开度80%,3c、4c一次风门全开。同层一次风给粉机转速偏差不大于30rpm,低负荷时,c层给粉机对角投入运行。#1制粉系统运行时,投入1c、3c给粉机运行;#2制粉系统运行时,投入2c、4c给粉机运行,保证炉膛热负荷均匀。
3.3 周界风的开度。在一次风喷口外缘布置周界风,目的是有四;一是冷却一次风喷口,防止喷口烧坏、变形;二是一次风煤粉气流着火首先从外边缘开始,在火焰外围容易出现缺氧现象,影响挥发分的析出,使煤粉在炉内燃烧时间增长,开启周界风起着补氧作用。三是周界风的速度在43m/s,一次风速在22m/s,周界风速高于一次风速,这样的好处在于增加一次风煤粉气流刚性,防止煤粉气流偏斜,冲击临侧水冷壁;最后是43m/s的周界风更利于卷吸高温烟气,促进一次风煤粉气流尽早着火,加剧一、二次风的混合强度。在实际运行中,运行中的一次风所对的周界开度在30%,停运一次风所对的周界风开度不小于50%。停炉检修中发现三次风喷口变形严重,c层一次风喷口的格栅有明显的变形。原因是三次风所对的制粉系统停运后冷却风量过小;c层一次风给粉机停运,冷却风量过小,致使喷口格栅变形。
3.4 控制炉膛出口空气过剩系数,并保证机械不完全燃烧和排烟热损失最小。50%负荷时炉膛出口氧量控制在5%-7%;60%-75%负荷炉膛出口氧量控制在4%-6%。
75%负荷以上时控制炉膛出口氧量控制在3%-5%。
3.5 配风方式。采取缩腰型的配风方式,将cc层和aa层的二次风挡板开度调节为45%,ab层、bc层二次风挡板开度调为30%。采取这种配风方式可提高火焰中心的温度,加强煤粉气流的着火,提高燃烧的稳定性和经济性,炉膛结焦也可加以改善。原因在于ab层、bc层二次风处于三个一次风煤粉气流的中间,当其动量较小时,一次风煤粉气流对其的卷吸能力较小,负压也较小,因此从上角来的主气流所造成的冲击力也较小,从而不会使一次风煤粉气流发生严重偏转冲刷水冷壁而引起在卫燃带上结渣。针对火焰中心偏右后墙问题,采取增大右后墙角的二次风量,将火焰中心推至炉膛中心。保证#4角的二次风门开度大于#1、#2、#3角5%的开度。
3.6 调整煤粉细度。运行中调节煤粉细度的方法主要是调整制粉系统的通风量和调节粗粉分离器折向挡板。通风量大时,携带煤粉的能力增大,煤粉细度变粗;通风量小时,携带煤粉的能力变小,煤粉细度变细。调整通风量调节煤粉细度的方法调节范围较小,实际煤粉细度与设计煤粉细度差40%左右,这种方法不能将煤粉细度调至正常范围内,所以采用调节粗粉分离器折向挡板的方法。我厂使用的是双轴向、多通道粗粉分离器。原#1炉两个粗粉分离器折向挡板的开度在45%,煤粉细度r90=17.5%左右,将两个粗粉分离器折向挡板的开度关至35%,煤粉细度r90=11.5%左右,详见数据。
4 结论
通过对锅炉结焦的原因分析和判断,得出了操作过程中降低锅炉结焦具体措施:
①调整一次风风速和一次风的均匀性。
②控制炉膛出口氧量,防止缺氧燃烧炉内结焦。
③采取缩腰型的配风方式,调整火焰中心。
④调整煤粉细度在合格范围内。
采用以上措施后,锅炉燃烧稳定,经济性提高,卫燃带结焦现象明显减少。自2009年10月至今,未发生锅炉掉大焦灭火事故。本文所介绍的电站锅炉运行方面有关锅炉结焦的分析和经验总结,可供广大工程技术人员及电站锅炉运行人员参考。
参考文献:
[1]容銮恩等主编.锅炉原理.中国电力出版社,1997.
[2]黄新元编著.电站锅炉运行与燃烧调整.中国电力出版社,2003.

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