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350MW机组锅炉低负荷灰渣可燃物含量高和结渣的分析
发布时间：2013-10-17 08:33 来源：未知
FW公司设计制造的燃烧器前墙大风箱集中布置的锅炉存在几个较大问题：低负荷下飞灰和底渣可燃物含量高；炉膛凝渣管出口烟温高，较容易发生前烟道进口堆渣；炉膛及烟道烟温分布呈两侧高、中间低的M型，造成再热器管超温严重。本文就某电厂一直存在的低负荷下飞灰和底渣可燃物含量高，并在燃烧系统低氮改造后进一步增大的问题，以及对2008年8月发生一次低负荷下堆渣现象进行了一系列热态对比试验和烟道氧量分布试验，并在冷态对磨煤机一次风管和各燃烧器出口二次风速进行了测量，以分析燃烧器一、二次风量分布的均匀性，查找上述问题产生的原因和解决方法。
1、锅炉改造前后的设备运行状况
某电厂1号及2号炉是350 MW机组锅炉，由FW公司生产的亚临界自然循环汽包锅炉。每台锅炉配有16只流量可调的双调风燃烧器，分4层全部布置于前墙，由上至下编号依次为A、B、C、D，燃烧器从B侧到A侧序号是1、2、3、4。所有燃烧器共用前墙的1个大二次风箱。为了防止燃烧器区域高温腐蚀和结渣，在前墙最下层燃烧器下部的两端外侧各设1只直径为930 mm的边界风喷口。每只燃烧器配有电动的二次风套筒挡板，套筒挡板有“关”、“点火”、“全开”等3个逻辑位置，对应燃烧器停运、油枪运行和燃烧器运行方式。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
电厂分别于2005年和2007年在1号、2号炉上进行了降低NO，的燃烧系统改造。改造的主要内容是保留每只燃烧器原有的二次风套筒挡板及控制逻辑和径向调整的外调风器叶片，将原有燃烧器一次风和内二次风部分更换为具有更低NO。功能的Opti-Flow rM燃烧器。在燃烧器的上方增加4只燃尽风(OFA)喷口，在上层燃烧器靠两侧墙处增加2只防止高温腐蚀的侧翼风(WP)喷口，对原来的大二次风箱增加了均流装置，减小了中间两列燃烧器通风面积，并调小其调风器逻辑全开的定位，以提高各燃烧器二次风配风的均匀性。
燃烧器改造前后2台磨煤机低负荷运行情况见表1。由表1可知，改造前后锅炉均存在飞灰可燃物高的问题，下二层燃烧器运行时还出现底渣可燃物特别高的现象，尤其是燃烧系统低氮改造以后1号炉的问题更加突出。
由表l可以看出，最下二层(CD)燃烧器运行时的灰和渣可燃物最高，最上二层(AB)燃烧器运行时飞灰可燃物和底渣可燃物相对较低。通过试验还发现，下二层燃烧器(CD)运行时比上二层燃烧器(AB)运行时达到相同氧量所用二次风量要大40 t／h，同样高负荷时的下三层燃烧器运行时比上三层燃烧器运行时所用二次风量要多用50—60t/h。在下二层和下三层燃烧器运行时锅炉经常出现两侧氧量偏差较大，在工况小幅波动或稍做风量调整会发生炉膛两侧氧量反向大幅度变化的燃烧器抢风现象。1号炉运行中时常发生CO高、燃烧区黑烟多的燃烧恶化情况，在二层燃烧器运行的低负荷下发生了一次炉膛出口烟道堆渣故障，同时发现底渣可燃物高达50%。
2、锅炉配风及灰渣可燃物高的原因分析
煤粉在炉内燃烧的好坏、燃尽程度主要取决
于温度和氧量（配风）。低负荷运行时炉膛温度相对较低，一般认为影响煤粉在炉内燃烧和燃尽程度的主要因素是炉膛温度，那么就应采用降低一次风速、降低氧量、提高风粉混合物温度等运行调整手段。但是该锅炉设计的容积热负荷和断面热负荷，以及单只燃烧器热负荷很高，锅炉设计容积热负荷和断面热负荷分别为165.8 kW/nf和5.8 MW／rrr2，单只燃烧器设计最大热负荷82.4MW，所以低负荷运行中采用2台磨煤机、8只燃烧器运行时，煤粉浓度较高，燃烧区域温度相对较高。影响燃烧和燃尽程度的主要因素应该是在配风和氧量方面，煤粉燃烧时因为较严重的局部缺风造成了燃烧恶化。
3、锅炉燃烧器一、二次风量分配
3.1热态一、二次风量的分配
为了重点查找1号炉低负荷下锅炉灰渣可燃物高和烟道堆渣的原因。进行了不同二层燃烧器运行组合下变风量以及运行中改变个别燃烧器风量的试验。通过在烟道内实测氧量分布方法检查，校核各种燃烧器组合方式在原调风器套筒定位情况下的氧量分布均匀性和一氧化碳产生量。多次试验表明，当OFA正常参与再热汽调温时，保持调风器套筒在原定位情况下沿炉膛宽度烟道中氧量偏差不是很大；CD、BC、AB 2台磨煤机运行时最低氧量为4.32%，基本可以满足正常运行要求。
通过对1号炉各磨煤机一次风管风量测量来检查同层燃烧器之间一次风和煤粉偏差情况，在大、小两个风量下测得的一次风量相对偏差都满足小于10%的要求，最大相对偏差7.17%，基本排除了一次风量偏差大造成燃烧不完全的可能性。
3.2冷态测量各调风器风量
冷态时检查了1号炉调风器套筒挡板逻辑全关位置对应的实际开度。检查发现，调风器套筒挡板逻辑全关位置对应的实际开度偏差较大，有7只超过设计的25.4 mm，最大的达到51mm。OFA逻辑全关位置的机械开度也偏大，在26～38 mm之间。
为了检查、确认燃烧器之间配风偏差和停运燃烧器冷却风量，在炉内对燃烧器喷口的内、外二次风速进行了测量，通过燃烧器喷口风速反映燃烧器风量（面积相同）的偏差。测量时总二次风量控制在与锅炉2台磨煤机运行时相同的600 t/h，OFA保持全关，只通过冷却风。测量结果见表2。
通过测量发现，从停运燃烧器进入炉膛的冷却风过大，尤其是下二层燃烧器通风时，上边二层停运燃烧器进入炉膛的冷却风份额最大。当不考虑从OFA进入的冷却风量和从侧翼风及边界风口进入的风量时，从AB二层停运燃烧器进入的冷却风占所有燃烧器进入炉膛二次风量的37.1%。上二层燃烧器运行时，同样不考虑从OFA进入的冷却风量和侧翼风及边界风时，从CD二层停运燃烧器通过的冷却风占所有燃烧器进入炉膛二次风的28, 6%。
冷态进行1号炉燃烧器二次风速测量时发现，在CD层燃烧器通风工况下，通风运行的C2、C3和D2、D3燃烧器外二次风风量就小于停运的A4、Bl燃烧器的外二次风冷却风量。停运的Bl燃烧器通过的冷却风比通风运行的D3燃烧器的风速还高40.51%。同时发现，通风运行燃烧器之间的二次风速偏差也较大，在CD层燃烧器通风工况下，运行燃烧器的C4外二次风风速是D2燃烧器的2.63倍，最大和最小外二次风速分别比平均值高40. 37%和低31. 97%。
为了进行对比，在2号炉小修时也进行了冷态测量。测量后发现，2号炉停运燃烧器漏风小于l号炉。
冷态测量中还发现，调风器开度与通过的二次风量不成正比。试验时将CD层燃烧器运行时风速最低的C2和D2开大，再进行风速测量，在其他条件均不改变情况下将这2只调风器手动开大了30 mm，但测量后发现这2只燃烧器的风速反而由原来的11. 38 m/s和12, 13 m/s降低到9.9m/s和9.8m/s，这也和热态运行中有时开大氧量偏低区域对应燃烧器调风器时，反而造成该区域氧量进一步的降低相呼应。这可能是因为大风箱配风使各燃烧器调风器处风压不同，稍做调整时会使各燃烧器风的静压和动压波动，在惯性作用下反而使开大的调风器的燃烧器风量变小。
4、试验结果分析
通过对热态进行的烟道氧量分布测量和冷态进行的燃烧器喷口风速测量证明，造成锅炉低负荷二层燃烧器运行时灰渣可燃物高的原因是运行燃烧器二次风量偏小，运行燃烧器之间的二次风量偏差大，煤粉燃烧区域氧量过低，煤粉燃尽程度低。以1号炉为例，最下二层燃烧器运行时，通过运行燃烧器进入的二次风量只占锅炉总二次风量的42. 5%，上层停运燃烧器进入的冷却风和OFA及侧翼风距离煤粉燃烧中心区较远，风的有效利用率低，造成煤粉燃烧中心区域严重缺氧或部分区域严重缺氧，同时产生大量的还原性CO气体，未完全燃烧的焦碳粒通过由停运燃烧器和OFA及侧翼风风在上部形成的富氧区时，因为温度和时间原因仍有较多部分不能燃尽，这样锅炉飞灰可燃物含量会较高。最下层燃烧器下部没有补充风，对灰粒没有托浮作用，下层燃烧器燃烧不完全时，含有大量可燃物的煤灰颗粒就落入底渣斗内，同样造成底渣可燃物含量会较高。因缺氧产生的还原性CO气体能使灰熔点降低，配风和燃烧很差时，灰熔点的下降和燃烧恶化会使灰粒通过凝渣管后温度仍高于灰熔点，造成低负荷下炉膛凝渣管出口的烟道堆渣，同时灰渣可燃物含量大幅升高。华能日照电厂在查找水冷壁高温腐蚀原因时，在炉膛后墙对应下二层燃烧器标高处加装了两排多个测点，也发现在下二层燃烧器运行时所有测点测得的CO含量均超过2.4%。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡瘛�
与该电厂另外2台配350 MW机组的3号、4号锅炉相比，同样是燃烧器前墙布置，不同的是每层燃烧器一个小风箱，小风箱进口有二次风量调整挡板，没有设置边界风。以同样方式进行冷态燃烧器喷口风速测量中发现，下二层燃烧器通风和上二层燃烧器通风运行时，通过运行燃烧器进入的二次风量分别占锅炉总二次风量的89, 4%和89. 7%，而且运行燃烧器之间的风量也较均匀，最高（或最低）风速与平均风速的偏差在10%之内。虽然3号、4号炉的容积热负荷、断面热负荷以及单只燃烧器热负荷均比l号、2号炉低，相比之下燃烧器着火情况也不及1号、2号炉，但灰渣可燃物含量却比1号、2号炉小得多，这也间接说明了燃烧器配风对煤粉燃烧的重要性。
根据试验结果可以认为，造成运行燃烧器二次风量小、氧量低的原因是：
(1)停运燃烧器逻辑全关的开度大，造成停运燃烧器冷却风量过大。
(2)燃烧器改造后增的的OFA和侧翼风占去15%～20%份额的二次风。
(3)边界风量在低负荷时占去总二次风的21. 7%。因为边界风在最下层燃烧器下方的外侧靠两侧墙处，边界风对燃烧器煤粉燃烧不产生直接影响，风的有效利用率低，降低了燃烧器区域的燃烧用风。
(4)该锅炉所有燃烧器集中布置在前墙的大风箱中，因风箱内风压分布不均匀，燃烧器的配风不均匀，不同的氧量就会造成燃烧偏差。
5、改 进
根据冷态风速测量试验结果，征求了设计人员意见后将1号炉OFA电气全关零位向下进行了调整，对冷却风最大的AB层的6只和D层的1只调风器套筒挡板的逻辑全关位置进行了关小的调整，其他调风器因为机械的原因，下调的范围很小，难度很大，不再进行调整。将C2、D2调风器逻辑全开位置定位开大了150 mm。重新调整、定位后，运行情况有了一定的好转，OFA调整风量的范围增大，控制再热器金属温度的能力有较大的提高．1号炉再热器金属超温的时间有很大幅度的降低，分别比前三个月降低了32.6%、52. 3%和78,5%。下二层燃烧器运行和下三层燃烧器运行时CO含量有了一定程度的下降，炉膛下部黑烟没有了，底渣可燃物含量有了一定幅度的下降。热态测量烟道内氧量分布的均匀性较好，基本排除了低负荷烟道堆渣的可能。
6、结语
通过热态试验和冷态风速测量找到了锅炉低负荷下二层燃烧器运行时灰渣可燃物含量高、烟道’堆焦的原因。在1号炉上对OFA和部分燃烧器调风器零位进行了关小的调整，减小了上层停运燃烧器冷却风量，取得了一定的效果。但因为该锅炉大风箱的结构特点和边界风喷口没有改变，各燃烧器配风均匀性不能得到彻底改善，加之燃烧系统低氮改造后增加了OFA和侧翼风，其风量占去较大份额的二次风，而燃烧器调风器零位过大，造成停运燃烧器冷却风量偏大。因为结构原因没有得到根本性改观，所以要使锅炉灰渣可燃物含量大幅度降低困难较大。虽然通过提高总风量，增加锅炉过量空气系数来降低锅炉灰渣可燃物含量，但会造成锅炉排烟热损失增大，使锅炉效率下降。减小边界风对于提高运行燃烧器二次风率有益，但调节幅度受炉膛结渣限制。多次试验证明，目前设备状况下边界风关得过小会造成炉膛频繁结渣、掉渣。要使锅炉运行工况有一个全面的改观，笔者认为可以考虑将大风箱分层改为小风箱，调整和检修调风器和OFA机械装置，将冷却风量再进一步降低；同时将2只大喷口的边界风改为多只小喷口布置在燃烧器下方，并降低其风量比例。
