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330MW燃煤机组锅炉炉膛结渣性能的研究
发布时间：2013-10-19 09:02 来源：未知
1、引言
炉内受热面上的积灰结渣是目前煤粉炉运行中较为常见的问题。由于结渣是复杂的物理化学过程，多年来炉膛结渣一直是困扰着电力行业而未能妥善解决的问题。随着主动或被动烧混煤的电厂逐渐增加，这一问题变得更加突出。
内蒙古西部区煤炭资源丰富，但利用程度不高，加上火电厂的锅炉设备在设计选型之前，对煤炭未进行充分的试验研究，如达拉特发电厂，造成燃煤特性与锅炉设计不匹配的问题比较突出。本文针对内蒙古达拉特发电厂锅炉存在严重结渣问题，并对内蒙古西部煤结渣性能进行研究，预测煤的结渣倾向，寻找防止方法和措施，为大型电站锅炉的设计及运行提供科学依据，对提高锅炉的可用率，节约能源具有重要的意义和实用价值。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂希蔽颐腔褂写罅康难钅灸拘伎帕Ｈ剂虾陀衩捉崭芽帕Ｈ剂铣鍪�。
2、设备概况
2.1设备及运行情况
内蒙古达拉特发电厂3号锅炉是由北京B&WB公司引用美国RB锅炉技术制造的B&WB-1025/18.44-M型亚临界自然循环固态排渣炉，配法国Alsthom330MW汽轮发电机组，前后墙对冲燃烧方式，B&W公司标准的双调风DRB (Dual RegisterBurner)型旋流燃烧器，采用MPS-225型中速磨三加一运行方式，每台磨带一层前后墙各4支DRB型双调风旋流燃烧器。炉膛墙式吹灰器IR-3按编号顺序投运，以对墙各一成对同时吹扫，逐对同时投运，完成整个炉膛吹扫时间为21min，每班运行人员吹扫一次。设计煤种为东胜、神木地区烟煤。
2.2锅炉主要设计参数
炉型 B&WB-1025/18.44-M
过热蒸汽出口压力 18.44MPa
过热蒸汽出口温度 543℃
再热蒸汽流量 906t/h
再热蒸汽进口压力 4.32MPa
再热蒸汽出口压力 4.16MPa
再热蒸汽进口温度 336.3℃
再热蒸汽出口温度 542℃
给水温度 257℃
一次风温度 387℃
二次风温度 372℃
排烟温度 140℃
锅炉热效率 > 91.94%
2.3煤质特性
通过对达拉特发电厂3号锅炉燃用煤种的采集、实验和分析整理，发现达拉特发电厂所用煤的煤灰特性比较相近，从中选出3种有代表性的煤作为研究对象，如含碳量和挥发分较高的哈拉沟煤，灰分最多的石圪台煤等煤质特性见表1。并对3号锅炉24h运行工况进行监测，采集不同负荷下各工况点的数据进行分析。为了准确、全面地掌握达拉特发电厂实际燃煤及煤灰特性，在达拉特发电厂煤源的122个矿点采样后，进行了煤灰成分、煤灰熔点及煤灰结渣特性的分析，结果见表2、3。
分析表2统计数据，在达拉特发电厂燃煤中，煤灰中的Fe203和Ca0的含量较高，若运行中操作不当，燃烧调整不合理，燃烧器～次、二次风混合不良，都会造成氧气供应不足以及炉内气流充满度不佳，在炉膛内或局部区域产生还原性气氛，使灰中熔点较高的Fe203被还原成熔点较低的Fe0，而Fe0又易于Ca0、Mg0等高熔点灰分生成熔点仅为1000—1200℃的低熔点共晶体，同时，煤中的FeS2被氧化后，生成Fe0，则灰熔点大大降低，将会引起严重结渣�；抑蠥l203含量较低，而Si02/Al203的比值较大，自由Si02,也就较多，这也是造成灰熔点低的原因之一。达拉特发电厂煤灰中碱性氧化物含量远高于全国平均水平，一方面，碱性氧化物含量高，降低灰熔点，造成在相同的运行条件下，与国内同类型锅炉相比，达拉特发电厂锅炉结渣的可能性较大。另一方面，灰中的碱性氧化物具有自脱硫的能力，与烟气中的S02发生反应生成硫酸盐或亚硫酸盐，在进行灰分成分分析中，硫酸盐或亚硫酸盐又分解出S03。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≡�。
在研究达拉特发电厂煤源的122个矿点中，绝大多数矿点（占82.8%）煤灰熔点小于1260℃。灰熔点小于1150℃的占51%，灰熔点最低达到1050℃的占0.8%，灰熔点在1350℃以上的占0.8%。煤灰熔点平均值为1178℃。
从表中统计数据可以看出，达拉特发电厂燃煤无论从哪项判别指标来看都属于中等偏重或严重结渣的煤种，其结渣的综合判别指数统计值表明达拉特发电厂燃煤属于严重结渣的煤种。另外，从DT、ST、FT三者偏差均小于100℃来看，该炉结渣类型属短渣型。较低的灰熔点及较强的结渣性使得锅炉非常容易结渣。
2.4锅炉设计因素对结渣的影响
锅炉炉膛容积热负荷q、炉膛断面热负荷qF、燃烧器区域壁面热负荷qr，这些参数的设计选择是否与实际燃用煤种相匹配，在很大程度上决定了锅炉运行中是否会出现结渣。达拉特发电厂3号锅炉炉膛容积热负荷按国内锅炉行业推荐的99_198kW/m3．实际选取l40kW/m3偏大，炉膛容积偏小，炉内火焰温度高，容易结渣；燃烧器区域热负荷l.12MW/m2，比国内推荐(0.4~0,78MW/m2)上限值高0.34MW/m2，燃烧器区域的温度水平偏高，也容易引起燃烧器附近受热面结渣。又因为燃用东胜烟煤，干燥无灰基挥发分高达350/0~37.8%，在炉膛内火焰行程高度不能满足需求，造成炉膛出口烟温偏高，导致屏过和过热器等出结渣严重。
3、计算结果分析
达拉特发电厂燃用东胜烟煤，干燥无灰基挥发分达35%—37.8%，水分大，灰分小，熔点低，且煤灰成分中S03、Ca0含量较高，硅铝比高于全国平均值，易结渣。为此，研究锅炉结构与煤性是否适合显得尤为重要。对设计煤种下锅炉高负荷运行投用不同种煤炉膛热负荷、烟温进行热力计算，分析炉膛各区段热负荷和烟温的分布情况，找出容易引起结渣的区域。区段I-区段Ⅳ内各包含一层燃烧器，为了便计算，假设从每层燃烧器投入的煤在3个区段内全部燃尽。计算结果参看表4及图l、2。
本文从诸多燃用方式中选取上述9种较优的燃烧方式，可为电厂运行提供参考，但有的工况仍有不足之处，现分析如下：投用4层燃烧器，在区段Ⅶ烟温分别为1237℃、1269℃，均高于其软化温度(1205℃)，容易引起屏后、过热器等处结渣，故满负荷时，最好不投用全部燃烧器。投用3层燃烧器，停用最上面一层（第4层）燃烧器，每层投总煤量的50%、40%、10%时，烟温分布较好，在区段ni的烟温为1717℃、区段Ⅳ为1691℃，且在炉膛出口处烟温为1204℃，低于其软化温度，这种燃烧方式最佳。投用1、2层燃烧器，每层投总煤量的60%、40%，温度分布也较好，而工况6、8在区段I温度1430℃，笔者认为此两种燃烧方式不可取。投用1、3层燃烧器，每层依次投总煤量的70%、30%，烟温分布也较为理想，高负荷运行时，可以考虑这种燃烧方式。因此，本文认为，满负荷时，投用3层燃烧器，停用最上面一层（第4层）燃烧器，特别是每层投总煤量的50%、40%、10%时，烟温、热负荷分布较好。但是，不论采取何种投用燃烧器的方式，都很难控制炉膛出口烟温低于其软化温度，而达拉特发电厂燃用煤为易结渣煤，容易引起折焰角、屏后、过热器等处结渣。
由图2可知，投用两层燃烧器，特别是投用l、3层燃烧器，每层依次投总煤量的70%、30%，这种运行工况比较接近设计值。由表5可知，在前4个区段，燃用哈拉沟煤、纳林沟煤、石圪台煤比设计煤种和校核煤种的烟温高，且在区段Ⅵ时最低烟温仍然高于1330℃，都高于其软化温度，且在区段Ⅶ炉膛出口烟温仍高于1170℃，比纳林沟煤、哈拉沟煤的变形温度高出50℃—70℃，比石圪台煤的变形温度高20℃，容易在折焰角、炉膛出口结渣。说明这3种煤容易结渣，由此可知，达拉特发电厂用煤容易引起锅炉结渣，其炉型与用煤不适合。
4、 RTSQ综合判别法
为了较准确地了解达拉特发电厂用煤的结渣倾向，本文采用RTSQ综合判别法从锅炉结构设计与煤种是否耦合方面对煤的结渣特性进行判别，用以下16个矿的煤为例进行判别。
达拉特发电厂3号锅炉炉膛容积热负荷qv_140kW/m3；断面热负荷qF=4.68MW/m2，用RTSQ综合判别法判断方法及结果如下。
按判别准则，得到最后结渣判断结果如表7、8。
由表8可知，达拉特发电厂用煤为中等偏重或严重结渣性煤，这与达拉特发电厂实际运行结果相符。
5、结论及预防结渣措施
5.1结论
(1)达拉特发电厂燃煤无论从哪项结渣判别指标来看都属于中等偏重或严重结渣的煤种，RTSQ综合判别方法也得出了一致的结论，这与达拉特发电厂实际运行结果相符。RTSQ综合判别方法可为判别大型机组结渣特性提供参考依据。
(2)达拉特发电厂燃煤灰熔点低，所有供煤矿点各煤种与设计煤种t2=1205℃偏差过大，且内蒙古鄂尔多斯市（达拉特发电厂的厂址）地区很难找到与设计煤种相适应的煤源。
(3)不论采取何种投用燃烧器的方式，燃用何种达拉特发电厂用煤，炉内火焰温度较高，都很难控制炉膛出口烟温低于其软化温度，容易引起折焰角、屏后、过热器等处结渣。
(4)达拉特发电厂燃用煤种与B＆WB1025t/h锅炉结构设计不相耦合。
5.2预防结渣措施
达拉特发电厂用煤基本为严重结渣煤，对入炉煤应严格管理，对入场煤定期进行化验，确定合理的燃烧比例。
高负荷运行时可切停中部一层燃烧器，第1层投总煤量的70%，第3层投总煤量的30%，同时组织好炉内动力工况和炉膛出口温度等影响炉膛结渣的因素，以减轻炉膛结渣。
加强吹灰器的管理，根据炉内实际积灰位置和程度，有目的、有选择地投入吹灰装置，合理地限制吹灰，从而减少维护费用，提高可用率。
