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0、引言
    合山發(fā)電公司2 x330 MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設計制造的DG1004/18.5 -Ⅱl型亞臨界壓力，一次中間再熱，自然循環(huán)，單爐膛，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風，半露天島式布置。鍋爐燃燒系統(tǒng)為固定直流式煤粉燃燒器，四角布置、切向燃燒，假想切圓直徑為D790 mm。燃燒器配制粉系統(tǒng)形式為鋼球磨中間儲倉式熱風送粉系統(tǒng)，共4臺磨煤機，干燥劑為熱風加乏氣再循環(huán)熱風送粉。
    燃燒器設計采用一、二次風間隔布置方式，每角共布置15層噴口。共設有5層一次風噴口，一層燃盡風噴口，7層二次風噴口（其中3層布置有燃油裝置），2層三次風噴口、頂二次風方向反切150，A、B層改造后一次風采用橫置鈍體直流燃燒器，C、D、E層一次風均采用百葉窗式水平濃淡燃燒器，燃用設計煤種為混合煤（50%貴州煤與50010合山煤）。
    機組自2004年9月投產(chǎn)以來爐膛結(jié)焦問題一直未能有效解決，表現(xiàn)在高負荷運行時多次發(fā)生掉大焦引起鍋爐滅火，MFT動作停爐事故，如僅2009年10月至2010年3月，2號爐就發(fā)生五起掉大焦引起MFT動作停爐事故。爐膛結(jié)焦使水冷壁傳熱熱阻增加，水冷壁吸熱不足，鍋爐出力降低，爐內(nèi)換熱減弱導致爐膛出口煙溫上升，排煙溫度升高，燃燒損失增大，結(jié)焦嚴重影響鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性，因此對造成鍋爐結(jié)焦的主要原因進行分析，采取有效措施治理改造，以提高機組運行安全性和經(jīng)濟性。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、原因分析
1.1燃用煤質(zhì)的影響
    鍋爐燃用煤種設計值：低位發(fā)熱量Q=18840kj/kg，揮發(fā)分V23.1%，灰分A=34.8%，實際混合煤低位發(fā)熱量平均值約17 000 kj/kg，灰分平均值A約39.5%，揮發(fā)分平均值Vdaf約16. 5%，混合煤低位發(fā)熱量低于設計值1840kj/kg，揮發(fā)分低于設計值約6.5qc，灰分高于設計值約4.5%。合山煤是典型高灰、高硫、高水份、低熱值的（三高一低）劣質(zhì)煙煤，由于貴州煙煤難以采購，1、2號爐主要燃用煤種為貴州無煙煤與合山本地煤，貴州無煙煤揮發(fā)分低、不易著火且燃盡度極差。揮發(fā)分偏低使煤粉引燃困難，著火推遲，燃燒不穩(wěn)，煤粉難以燃盡，灰分高使煤的燃盡度變差，可燃質(zhì)相對減少，發(fā)熱量降低，受熱面積灰結(jié)渣增加，根據(jù)對實際入爐煤灰熔點的化驗結(jié)果表明，灰的軟化溫度ST =1 150—1 268℃，即ST最低為l 150℃，最高為1268℃，平均值約為1200℃左右，國內(nèi)一般以煤的灰熔點高低判斷結(jié)渣的傾向程度，當ST<1 350℃為強結(jié)渣性煤種，ST>1350℃為弱結(jié)渣性煤種，實際入爐煤灰熔點只有1200℃左右，遠低于l350℃，屬于強結(jié)渣性煤種，入爐煤灰熔點偏低使結(jié)渣的傾向大大增加，是鍋爐結(jié)焦的一個重要原因。
1.2運行氧量的影響
    爐內(nèi)運行氧量對鍋爐結(jié)焦有舉足輕重的影響，增加運行氧量可大大減輕爐膛結(jié)焦，但氧量過大使爐膛溫度下降，燃燒不穩(wěn)，NOx排放量增加，尾部受熱面低溫腐蝕嚴重，排煙熱損失增大，鍋爐效率下降；由于l、2號爐空氣預熱器堵灰較重，煙氣差壓大，滿負荷運行引風機開度高于90%才能維持爐膛負壓，經(jīng)實測1、2號爐滿負荷運行平均氧量為4.2%左右，而DCS顯示卻為5%左右，鍋爐燃燒理論表明，最佳運行氧量應達到4.3%~4.5%，燃燒中存在氧量不足現(xiàn)象，由此產(chǎn)生還原性氣氛使灰熔點降低而加劇結(jié)焦形成。
1.3燃燒切圓的影響
    l、2號爐四角切向燃燒，設計假想切圓直徑為D790 mm，根據(jù)廣西電科院對1、2號爐冷態(tài)空氣動力場試驗結(jié)栗表明，1號爐假想切圓直徑為10 m．2號爐假想切圓直徑為9m左右，分則是設計假想切圓直徑的12、11倍左右，切圓過大使火焰刷墻程度增加且一次風煤粉氣流因補氣條件差而受到鄰組噴嘴氣流沖擊，易偏轉(zhuǎn)貼墻而引起結(jié)焦；通過模擬爐內(nèi)射流流場結(jié)果來看，爐膛內(nèi)高溫氣流主要分布在四面水冷壁附近，停爐檢查發(fā)現(xiàn)燃燒器區(qū)域水冷壁管被氣流沖刷、管壁減簿現(xiàn)象，說明存在燃燒切圓過大，氣流刷墻嚴重。
1.4風粉配合的影響
    1、2號爐運行中均存在多臺給粉機給粉不均勻、下粉小暢的問題，所用給粉機為國產(chǎn)葉輪式給粉機，目前國產(chǎn)葉輪式給粉機普遍存在這一現(xiàn)象，使燃燒器各角噴口一次風粉氣流煤粉濃度分配不均勻，加上一次風速不平，勢必造成有些燃燒器缺風，有些燃燒器缺煤的現(xiàn)象，使燃燒器偏離最佳上況工作；燃燒器的負荷分配直接影響爐內(nèi)空氣動力場及溫度場，當風粉分配小均時，就會產(chǎn)生爐膛火焰偏斜，局部區(qū)域熱負荷過高；爐內(nèi)有些區(qū)域或有的角燃燒相對缺風，有的卻多風富氧燃燒，即存在粉少風多、粉多風少的現(xiàn)象，這樣煤粉濃度高、缺氧燃燒的區(qū)域就會產(chǎn)生還原性氣氛，使灰熔點降低而加劇結(jié)焦形成。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
1.5敷設衛(wèi)燃帶的影響
    1、2號爐大修中在燃燒器區(qū)域四面水冷壁各敷設了163.8m2衛(wèi)燃帶，在三次風噴口上部敷設了83m2衛(wèi)燃帶。雖然敷設衛(wèi)燃帶減少了燃燒器區(qū)域水冷肇吸熱程度，提高，爐膛溫度，火焰中心上移，有利于提高汽溫及燃燒穩(wěn)定性，但由此也加劇了結(jié)焦的形成，特別是燃用灰熔點低的煤種，處于熔融狀態(tài)的煤粉氣流沖刷水冷壁或衛(wèi)燃帶并在卜耐粘結(jié)沉積，形成焦塊，衛(wèi)燃帶表面粗糙及隔熱作用還會加劇結(jié)焦的形成，使焦塊連成一大片，當焦塊過重落下就會砸壞冷灰斗及發(fā)生滅火停爐事故，嚴重威脅鍋爐的安全運行。
1.6燃燒器布置方式的影響
    l號爐大修中對燃燒器進行丫改造，2號爐由于各種原因沒有對燃燒器改造，燃燒器仍采用一、二次風間隔布置方式，與目前燃用的低揮發(fā)分、高灰分、低熱值的混合劣質(zhì)煤種明顯不相適應。通過對比就是最好的證明，因為目前1號爐與2號爐有很多相同點：爐膛結(jié)構(gòu)、燃用煤種及摻燒比例相同，運行氧量為4.2%~5%．煤粉細度R90為4.5%左右，一次風速基本保持在22~26m/s，風速與目前燃用的煤種相適應，兩爐都存在多臺給粉機下粉不暢的問題，衛(wèi)燃帶敷設面積與位置基本相同，l號爐燃燒器改造之前與2號爐同樣存在高負荷運行大最結(jié)焦及因掉大焦引起MFT動作停爐現(xiàn)象，改造后兩臺爐高負荷運行結(jié)果卻大相徑庭：l號爐只有輕微結(jié)焦，2號爐仍大量結(jié)焦、結(jié)大焦。因此可排除由上述相同因素造成2號爐結(jié)焦為主要原因，主要原因是燃燒切圓過大、火焰刷墻；燃燒器采用一、二次風間隔布置方式與目的燃用煤種不相適應：由于一、二次風混合過快，所需著火熱大而燃用煤種又是揮發(fā)分極低、燃盡性極差的劣質(zhì)煙煤，大量的煤粉顆粒只是到達水冷壁附近才開始燃燒，原來在火焰中心區(qū)未燃盡的碳再進一步燃燒就會造成水冷壁附近熱負荷高，并形成缺氧區(qū)，缺氧燃燒結(jié)果使煤粉難以燃盡及還原性氣氛增加，使灰熔點降低，熔融的灰渣粘附在衛(wèi)燃帶或水冷壁上形成焦塊，使爐內(nèi)發(fā)生大量結(jié)焦。
2、解決對策
2.1合理摻配燃用煤種
    煤種問題是產(chǎn)生結(jié)焦的主要原因之一，因此應根據(jù)鍋爐設計煤種進行燃煤的組織和選用，確保煤質(zhì)的相對穩(wěn)定，盡量降低其焦結(jié)性及粘結(jié)性指標，使人爐煤灰熔點控制在l 350℃以上；實際運行中若燃煤煤質(zhì)發(fā)生較大的變化，應進行必要的燃燒特性評價，同時要做好運行調(diào)整，確定合理的摻燒比例，以達到提高灰熔點、降低灰粘度的目的，避免爐膛出現(xiàn)大面積結(jié)焦。
2.2  保持合適的運行氧量及加強受熱面吹灰
    運行氧量充足使煤粉能充分燃燒，并使爐膛壁面處的煙溫降低，爐壁處的沉積物減少，使水冷壁結(jié)焦的趨勢減少；運行氧量不足，爐內(nèi)還原性氣氛增加，灰熔點降低導致結(jié)焦發(fā)生，應保證爐內(nèi)實際運行氧量達4.5%一5%．以抑制還原性氣氛，防止結(jié)焦。由于l、2號爐空氣預熱器堵灰較重，應在停爐時對預熱器蓄熱元件進行清洗或更換，并加強對空氣預熱器吹灰力度，維持爐膛負壓，保證爐內(nèi)供給氧量充足。
    運行中應嚴格吹灰操作，堅持每班次對爐膛、過熱器、再熱器及煙道吹灰一次，保證受熱面干凈，減少結(jié)焦。
2.3  采用合適的燃燒切圓直徑
    1號爐燃燒器改造中，為減少爐內(nèi)貼壁氣流存在，將一次風切圓改為對沖布置，二次風假想切圓直徑改為D760 mm，三次風假想切圓與二次風方向一致，切圓直徑改為D600 mm，這樣切圓縮小后可減少爐內(nèi)氣流刷墻程度，合適的切圓直徑會獲得較為理想的爐內(nèi)空氣動力工況，有利于氣流在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)火球，高溫煙氣補充到燃燒器射流根部，使著火穩(wěn)定，防止氣流偏斜貼壁而結(jié)焦。
2.4保持良好的風煤配合
    解決給粉機給粉不均勻、下粉不暢的問題，避免燃燒器各角噴口風粉分配不均，爐膛火焰偏斜，局部區(qū)域熱負荷過高；保持良好的爐內(nèi)空氣動力場及溫度場，避免在燃燒器噴口及水冷壁附近形成還原性氣氛，造成局部嚴重的結(jié)焦。由于燃用煤種為劣質(zhì)煙煤，為穩(wěn)定煤粉氣流燃燒，減少著火熱，應推遲二次風與一次風過早混合，以保證空氣與煤粉的良好混合。
2.5合適的衛(wèi)燃帶敷設面積
    衛(wèi)燃帶敷設過多增加了爐膛熱負荷，加劇了結(jié)焦的形成，使火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，考慮到汽溫低及對燃燒穩(wěn)定性的影響，可將衛(wèi)燃帶分割布置，將連成一體的衛(wèi)燃帶縱橫分割成許多格子式的獨立小塊，以防止渣塊在衛(wèi)燃帶上蔓延開來，連成一片過重落下，砸壞冷灰斗及造成MFT動作停爐事故。
2.6燃燒器改為一次風噴口集中布置方式
    根據(jù)中國長期燃用無煙煤及劣質(zhì)貧煤的實踐經(jīng)驗，燃燒器一般都采用一次風集中布置方式。l號爐燃燒器改造是將2層一次風噴口集中布置，并采用一次風切圓對沖布置，而二次風噴口采用分層布置方式，由于一次風在向火面，一次風可以直接吸收上游射流的輻射和湍流傳熱，二次風布置在一次風的外側(cè)，可減緩一次風氣流的刷墻程度，從而減輕水冷壁結(jié)焦。一次風集中布置方式由于燃燒集中，煤粉濃度較高，所需著火熱小，著火條件好，相對提高了著火區(qū)溫度，有利于保持較高的爐溫。二次風采用分層布置，一、二次風噴口保持較大的距離，以推遲一、二次風混合，待一次風煤粉氣流著火穩(wěn)定后再高速噴入二次風，使二次風卷吸的高溫煙氣與煤粉氣流強烈擾動混合，有利于在燃燒器出口某一位置形成局部的“三高”區(qū)（高氧量、高溫度、高煤粉濃度），使煤粉盡量燃燒完全，由此大大減少了不完全燃燒所產(chǎn)生的還原性氣氛，減輕了爐膛結(jié)焦，因而一次風集中布置適用于低揮發(fā)分、難著火及難以燃盡的劣質(zhì)煙煤，2號爐目前燃燒器布置方式只適用于燃燒揮發(fā)分較高的煙煤。
3、改造效果
    實踐表明，1號爐燃燒器改造后，爐底排渣基本上是較細的、均勻的渣灰，焦結(jié)現(xiàn)象很少，消除了改造前爐內(nèi)大量結(jié)焦、結(jié)大焦現(xiàn)象。改造運行2年以來燃燒效果良好，未發(fā)生掉大焦引起鍋爐滅火事故，鍋爐熱效率也明顯提高，因此建議對2號爐燃燒器進行改造，采用較小的燃燒切圓直徑以避免火焰刷墻，并將燃燒器改為一次風集中布置方式，以適應燃用的劣質(zhì)煙煤，從而根本上解決高負荷運行時爐內(nèi)大量、嚴重的結(jié)焦問題，改善鍋爐安全運行狀況及提高鍋爐熱效率。
4、結(jié)語
    鍋爐結(jié)焦是一個復雜的物理化學過程，它與燃用煤種、爐膛結(jié)構(gòu)、運行氧量、爐內(nèi)空氣動力場及溫度場、燃燒切圓直徑、風煤配合、吹灰使用、燃燒器布置方式等許多因素有關，通過對鍋爐結(jié)焦原因進行具體分析，針對性地采取有效措施治理改造，可大大減輕爐膛結(jié)焦的程度，避免爐內(nèi)大量結(jié)焦、結(jié)大焦而危及鍋爐安全運行，并由此改善鍋爐運行狀況，提高運行安全穩(wěn)定性及鍋爐熱效率。
    本次鍋爐改造的成功經(jīng)驗，對大型火電機組節(jié)能及優(yōu)化運行具有一定的參考價值。