防止SG－2008/540－M903锅炉燃用神华煤结焦、积灰问题的研究

电力18讯：    1　锅炉简介
　　河北国华定洲发电有限责任公司（以下简称定电公司）一期工程安装2台SG－2008／540－M903型亚临界燃煤汽包锅炉。该炉采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置。锅炉的制粉系统采用中速磨冷一次风机正压直吹式系统。锅炉设计煤种为神华煤。
　　锅炉主要结构尺寸为：炉膛宽度19 558 mm，深度16 940．5 mm，深宽比为1∶1．154，水冷壁下水包标高为7 760 mm，炉顶管中心标高为73 000 mm，锅炉炉顶采用全封闭结构，并设有大罩壳。炉膛由51 mm×5．7 mm膜式水冷壁组成，炉底冷灰斗角度55°，炉底密封采用水封结构，炉膛上部布置了分隔屏、后屏过热器及屏式再热器，前墙及两侧墙前部均设有墙式辐射再热器。水平烟道由水冷壁延伸部分和后烟井延伸部分组成，内部布置有末级再热器和末级过热器。后烟井内设有低温过热器和省煤器。
　　锅炉燃烧器采用直流浓淡型喷燃器，采用正压直吹式制粉系统，配有6台ZGM113N（MPS225）中速磨煤机，布置在炉前。5台磨煤机可带MCR负荷，1台备用。每台磨煤机出口由4根煤粉管接至一层煤粉喷嘴。最上层喷燃器喷口中心线标高34．870 m，距分隔屏底距离20．130 m；最下层喷燃器喷口中心线标高25．570 m，至冷灰斗转角距离5．969 m。每角喷燃器风箱中设有3层启动及助燃油枪。24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。
　　炉膛部分布置有90个墙式短伸缩蒸汽吹灰器，炉膛上部对流井烟道区域布置44个长伸缩吹灰器，每台空预器出口端布置2台伸缩式吹灰器，运行时所有吹灰器均能实现程序控制。
2　神华煤的煤质特性分析
2．1　煤质特性
　　定电公司锅炉的设计煤种与校核煤种均为神华煤，其煤质特性及灰成分分析见表1。煤种燃烧及结焦特性评价见表2。
　　通过对表1、表2中神华煤各项指标分析可知，本工程的设计和校核煤种煤质特性十分相近，并如下所述：煤种的结焦性较强；煤种的沾污性较强，传热特性较差；煤种的着火、燃烧稳定性及燃烬特性较好，但煤种易自燃，爆炸特性较强；校核煤种的可磨性较差；煤种的磨损性较轻。
2．2　燃用神华煤的优缺点

　　根据近年燃用经验，神华煤在炉内燃烧反应速度快，热负荷调节特别灵敏，即使因外界影响造成负荷大幅度波动，运行人员也能很快重新找到该负荷下的最佳风煤比。最突出的优点是锅炉负荷降至30％BM－CR时，不投油燃烧仍然稳定，因此可以较好地适应电网深度调峰的需求。神华煤有低灰、低硫的优势，对于锅炉“四管”泄漏、烟道、吸风机的磨损及腐蚀不会构成威胁，从而使设备寿命延长，检修工作量减轻。
　　但是，神华煤的灰分中含CaO在18％～22％，属于中度粘煤；而且灰熔点低，灰的变形温度、软化温度、半球温度、熔融温度各值之间相差不超过40℃，有的煤种不超过20℃，使锅炉受热面极易发生结焦和积灰。这主要表现在炉膛及高温受热面结焦比较严重，另外，尾部受热面的积灰也很严重。在锅炉负荷较低、尾部烟气流速下降的情况下，锅炉的频繁吹灰易造成尾部受热面烟气湿度增加，引起管壁积灰板结（特别是省煤器），危及锅炉的安全运行。
2．3　结焦、积灰对锅炉运行造成的危害
　　结焦可引起过热器、水冷壁超温爆管；可能造成掉渣灭火、砸伤受热面和人员伤害；使锅炉出力下降，严重时被迫停炉；结焦、积灰使排烟损失增加，锅炉热效率降低。
3　避免锅炉结焦、积灰的措施
　　锅炉结焦和积灰是一个十分复杂的物理化学过程，它不仅与炉型、炉膛结构参数及燃烧设备的选型有关，而且与所燃用的煤种、燃烧调整、锅炉配风和吹灰等密切相关。
3．1　锅炉设计
　　在锅炉设计方面应选择高大型炉膛外形，切圆燃烧直径应相对较小，以尽量减少煤粉颗粒冲刷炉膛内壁，增大灰粒向四壁流动的冷却空间。另外炉内热负荷设计相对要小，以延长燃烧气流在炉膛的停留时间，提高燃尽程度，降低炉膛出口温度，避免出口附近的受热面结焦；同时，可以降低炉膛截面燃烧强度和燃烧器区域温度，对减缓炉膛结焦和避免烧损燃烧器都有一定的效果。
　　目前，上海吴泾600 MW机组的锅炉结构基本上与定电公司锅炉相同，设计煤种相同。从运行情况看，锅炉屏过有结焦现象，但不严重，未发生过掉大焦情况。在喷燃器区域结焦不明显，可以初步判定锅炉设计较为合理，但锅炉高度设计相对较低，如果在73m基础上再增加0．5～1．0 m，屏过结焦问题完全可以避免。
3．2　保持适当的过剩空气系数
　　在不同负荷下使炉膛燃烧工况均处于氧化性气氛中，可人为破坏煤灰组成化合物在燃烧过程中共熔而降低灰熔点的条件，防止锅炉结焦。
3．3　经常开展热力测试工作，并提供准确测试报告
　　这是保证锅炉不结焦、不积灰的主要预防措施。在不同负荷下通过试验找出合适的燃烧器倾角，适当降低火焰中心，避免炉膛出口受热面结焦。调整制粉系统，