胡凯
摘 要：煤炭是火力发电厂的主要燃料，在锅炉运行调整过程中，有时这些物质会沉积在表面受热从而造成表面的结焦。这种现象有很大的危害，它会降低燃烧效率、甚至发生人身伤害事故，从而导致锅炉运行的经济性、安全性降低，进而影响锅炉的安全稳定运行。本文从运行调整及设备检修两方面进行了案例分析，并最终解决了锅炉燃烧结焦问题。
关键词：结焦原因分析；运行调整；设备检修
中图分类号：TK227.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0161-02
中国是世界上最大的煤炭生产和煤炭消费国，在中国的能源结构中，占主导地位的仍然是煤炭。火电依然在中国占据主要的电力供应，这种情况不会在短期内改变。煤炭具有特殊的品质，它在燃烧的过程中会释放大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质、这些物质容易沉积，进而造成结焦。锅炉的结焦是电厂运行中较为常见的问题，也是工作人员急需解决的问题。然而解决锅炉的结焦问题，必须找到它的成因，才能有的放矢，科学快速的解决问题。从而保证电厂经济有效地运行，保证资源的节约利用，保证人民的生命财产安全。
1 案列分析
1.1 情况介绍
锅炉某燃煤电厂#13、14机组为2台350MW超临界机组，锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发设计、制造的具有自主知识产权的超临界锅炉，单炉膛、一次中间再热、露天布置、固态排渣、全钢构架、平衡通风、全悬吊结构п型锅炉。型号为HG-1125/25.4-YM1。如表1、2所示。
锅炉原设计煤种为陕西铜川贫煤、甘肃华亭长焰煤、河南郑煤贫煤按比例7：4：5混合的混煤，校核煤种1为陕西铜川贫煤，校核煤种2为河南郑煤贫煤、甘肃华亭长焰煤按比例1：1混合的混煤；燃油采用#0轻柴油。
锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙共布置5层哈尔滨锅炉厂生产制造的LNASB型低NOx轴向旋流燃烧器，其中前墙布置3层，后墙布置2层，每层各有4只，共20只。在煤粉燃烧器的上方，前后墙各布置2层燃尽风口，每层4只，共16只。每只燃烧器配有一支油枪，用于点火和助燃，其中，前墙最下层燃烧器的一次风部分已更换为烟台龙源的等离子体点火燃烧器，用以无燃油启动和低负荷稳燃。
1.2 改造情况介绍
2014年，为了响应国家的环保政策要求，机组达到超低排放标准，由烟台龙源电力技术股份有限公司对#13、14机组燃烧器进行了低氮燃烧技术改造。首先，原炉膛出口过量空气系数偏高，将炉膛出口过量空气系数由1.19降至1.17，为了避免锅炉运行风险、煤质波动情况及保证原设计参数，炉膛出口过量空气系数有提高至1.19的设计能力。其次，为达到深化炉膛空气分级的目的，取消标高30205.5mm及标高31653.5mm处共16个燃尽风喷口，标高30205.5mm处8个燃尽風喷口用水冷壁管屏进行封堵。在标高31153.5mm处重新布置8个燃尽风喷口。燃尽风喷口采用烟台龙源公司设计的LYOFA燃尽风喷口。同时，原燃尽风风箱、风道不能满足新增设的燃尽风风量需求，对原燃尽风风箱、风道进行改造，并在燃尽风风道上布置新的热补偿器和调节风门。这样，改造后燃尽风喷口中心线距屏底距离14946.5mm，距最上层燃烧器中心线的距离为5180.5m，燃尽风风量最大可达30%。可将主燃烧器区域内的过量空气系数控制到0.9以下，实现深度空气分级。相应的，燃尽风平台及楼梯进行局部改造。再次，将前墙最下层（A层）4只燃烧器升级为烟台龙源公司的具有等离子点火功能的LYSC-Ⅰ型低NOx旋流燃烧器，将其余4层16只LNASB型燃烧器整体改造为烟台龙源公司的LYSC-Ⅲ型低NOx旋流燃烧器，其标高及水平位置均保持不变。
1.3 分析问题及解决办法
改造后不久，两台锅炉在运行中均出现了程度不一的结焦情况、同时引发焦块掉落时炉膛负压波动大、NOX生成浓度高等问题，严重时甚至发生因焦块掉落压停捞渣机的情况发生，而且焦块掉落溢出的热水对零米运行人员造成极大的人身威胁。因此，机组被迫减少负荷，维持安全运行。
为了解决上述问题，我们集思广益，一边加强运行调整控制摸索，一边咨询相关燃烧专家，并制定了以下措施：
（1）运行氧量控制在2.5-2.8%之间；
（2）就地燃烧器风门开度及内外二次风旋流强度按照以下设置运行（燃烧器内二次风旋流强度为50%，内二次风门全开，外二次风旋流强度为最弱，OFA风喷嘴旋流风旋流强度为最弱）；
（3）中高负荷锅炉一次风量不低于70t/h且保持一致，BD层二次风箱开度为50%、AE层二次风箱开度中高负荷分别为50/75%；
（4）加强对入炉煤监控，确保入炉煤灰熔点在1400℃以上；
（5）提高吹灰频率，一般每班至少吹灰4次，必要时进行不间断吹灰；
（6）加强炉内火焰监控和炉膛温度的测量，尽量保证炉内温度最高点小于1500℃，以降低热力型NOx的生成。
经过上述运行控制调整，结焦情况有所缓解，但每天仍垮焦5次左右，未根本上解决。
为了彻底消除上述现象，公司组织专业技术人员根据结焦分布情况和燃烧情况分析，结论为结焦严重的问题根源为火焰中心向上偏移，偏离了原设计位置，需检查调整燃烧器和强化运行调整同步实施，共同控制燃烧达到彻底消除目的。在检修进程中，对两台锅炉的燃烧器进行了仔细检查，果然发现部分燃烧器喷口及导流环被烧损，而且部分D、E层燃烧器水平度仰角>+3°。
根据检查结果，有针对性的制定了整改方案，方案如下：
（7）燃烧器一次风喷口、二次风扩锥、导流环检查校正；
（8）部分D、E层燃烧器角度向下调整为±0°；
（9）磨煤机分离器折向挡板优化设计、重新定位。endprint
（10）标高为37.25m、25.05m处两侧前各加装一只吹灰器，标高37m到46m之间的合适位置四面墙加装一层16只吹灰器。
调整完毕后，运行至今未发生垮焦情况，为机组超低排放奠定了良好基础。
2 燃烧结焦的原因分析
通过以上事件分析，我们总结了以下几个方面原因：
2.1 煤种的原因
结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上。灰的熔点是结焦的关键。煤灰对于高温受热面沾污结焦的倾向，可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。灰的熔点与灰的化学成分、灰周围的介质性质及灰分浓度有关。灰的化学成分以及各成分含量比例决定灰熔点的高低。灰熔点比其混合物中最低熔点还要低。灰熔点与灰周围的介质性质有关。当烟气中有CO、H2等还原性气体存在时，灰熔点降低大约200℃。这是因为还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO的缘故，二者熔化温度相差200～300℃。灰熔点较低的煤种容易结焦。
2.2 结焦与燃烧器设计、安装有关
直吹式燃烧器安装角度有偏斜、四角切圆燃烧器切圆过大，燃烧器本身存在缺陷，导致煤粉气流发生偏斜，火焰中心上移，炉膛温度过高，往往会导致锅炉严重结焦。
2.3 结焦与燃烧调整有关
一次风压过低，煤粉过细，着火早，空气氧量不足，二次风配比不当，sofa风的调整不及时等等，使煤粉达不到完全燃烧，未完全燃烧造成烟气中一氧化碳增多，灰熔点就会显著降低，结焦加重，加之燃煤挥发份较高，也使结焦加剧。
2.4 结焦与吹灰、清焦不及时有关
当炉膛受热面积灰过多时，如清理不及时，或发现结焦没有及时清除都会造成受热面壁温升高，从而使受热面产生结焦。吹灰和清理焦渣不及时。积灰使受热面粗糙，一有粘结性的灰碰上就附着其上，若不及时清理将形成恶性循环。
3 锅炉结焦的危害
（1）炉膛局部结焦后，使结焦部分水冷壁吸收热量减少，循环流速下降，严重时，会使循环停滞而造成水冷壁管爆管事故；炉膛大面积结焦时，会使炉膛吸热量大大减少，炉膛出口烟气温度过高，造成过热蒸汽温度偏高，导致过热器管壁超温；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；
（2）结焦易成灰渣大块，使捞渣机运输困难，有时会过载跳闸，为了保障机组稳定运行，机组不得不降负荷运行。在运行当中曾发生几次大面积掉焦，甚至焦渣掉落时掉落捞渣机，将捞渣机内水汽化喷出，经实际测量温度高达150℃，多次严重威胁机组运行人员人身安全，同时掉落的渣块为结晶状，硬度较高，对水冷壁的安全造成很大威胁。
（3）锅炉的大焦块掉在捞渣机后，瞬间产生大量的水蒸气，破坏捞渣机的水封，同时使炉底漏入大量冷风，容易造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火。
（4）为减少结焦，保证蒸汽温度，运行当中需要不间断的进行吹灰，加重了吹灰器负担，导致吹灰器故障频发，吹灰器从原来6年一次大修改为现在3年一次，大大增大了运行维护量。但频繁投入吹灰器容易吹伤水冷壁，造成极大隐患。
以2016年为例：1）2016年#13机组检修后运行小时数2813.48小時，按受限负荷40MW计算，电量总数11253.9万度，上网电价0.38355元/千瓦时，挽回金额4316.43万元。2）2016年#14机组C修后运行小时数687.12小时，按受限负荷40MW计算，电量总数2748.48万度，上网电价0.38355元/千瓦时，挽回金额1054.18万元。3）垮焦严重导致多次压跳捞渣机，半年时间导致共计机组直接损失电量1656.2万千瓦时，上网电价0.38355元/千瓦时，改造后未再发生，折算挽回金额635.24万元。
共计直接经济效益：6005.85万元，其余间接效益如燃料费用，人员检修、材料费用因较复杂，未统计。
经过解决结焦严重问题后，对机组稳定可靠运行提供了有效保障，使机组能够稳定、高效运行，为机组超低排放奠定了良好基础，同时为集团公司解决同类问题提供了参考方向。
4 结语
由于锅炉低氮燃烧器改造投运时间不长，问题暴露的还不完全，同时我们对问题的认识还不充分，对处理问题的经验还不足，我们将继续保持谦逊谨慎的心态加强学习，大胆创新，锐意进取，在工作中不断摸索和总结，才能达到燃煤锅炉在运行中不结焦、少结焦的效果，从而实现锅炉的安全、经济、稳定的运行。为保障机组安全稳定运行贡献自己一份力量。
参考文献
[1]赵晓义.电厂锅炉结焦原因分析与对策[J].能源与节能，2016，（09）：133-134+136.[2017-08-07].DOI：10.16643/j.cnki.14-1360/td.2016.09.054.
[2]潘利民.针对解决锅炉结焦问题的探究[J].硅谷，2012，（11）：117-119.[2017-08-07].endprint
