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420th鍋爐爐膛結(jié)渣試驗(yàn)研究

文檔作者：姜宏武文檔來源：安慶石化熱電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年08月08日
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上一篇： CFB鍋爐爐膛交界處的防磨措施

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第34卷第11期
2012年11月
華電技術(shù)
Huadian Technology
Vo1．34 No．11
NOV．2012
420 t／h鍋爐爐膛結(jié)渣試驗(yàn)研究
姜宏武
(安慶石化熱電廠，安徽安慶246002)
摘要：以某電廠420t／h鍋爐為實(shí)例，對(duì)結(jié)渣機(jī)制進(jìn)行了分析，以爐膛結(jié)渣為判斷依據(jù)，介紹了調(diào)整配風(fēng)方式、運(yùn)行氧量
及其降低鍋爐負(fù)荷等不同運(yùn)行方式對(duì)爐膛溫度和結(jié)渣的影響，提出了控制爐膛結(jié)渣的最佳方法。
關(guān)鍵詞：煤粉鍋爐；爐膛結(jié)渣；燃燒調(diào)整試驗(yàn)
中圖分類號(hào)：TK 227．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674—1951(2012)11—0018—04
0 引言
爐膛結(jié)渣對(duì)鍋爐運(yùn)行危害極大，輕則影響鍋爐負(fù)
荷，重則會(huì)發(fā)生惡性事故。低氮燃燒易產(chǎn)生爐膛結(jié)
渣。爐膛結(jié)渣與煤種燃燒特性和鍋爐運(yùn)行狀態(tài)密切
相關(guān)，在煤種無法改變的情況下，通過燃燒調(diào)整可減
輕結(jié)渣。爐膛結(jié)渣具有緩慢發(fā)展的特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行
中，主要受爐膛溫度水平的影響，兩者互相促進(jìn)。
通過對(duì)420t／h煤粉鍋爐進(jìn)行試驗(yàn)，研究了運(yùn)行
方式與爐膛結(jié)渣的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果表明，在不影
響鍋爐出力及效率的前提下，改變配風(fēng)方式對(duì)爐膛
溫度的影響不大；在不影響鍋爐出力及犧牲效率的
條件下，全開一次風(fēng)壓力冷風(fēng)效果最好。降低鍋爐
負(fù)荷可明顯減輕爐膛結(jié)渣，其效果與其降幅有關(guān)，負(fù)
荷下降20％左右對(duì)爐膛溫度影響不大，而下降35％
以上則會(huì)使?fàn)t膛溫度明顯降低。
1 結(jié)渣判斷依據(jù)
1．1 結(jié)渣機(jī)制簡(jiǎn)述
結(jié)渣的本質(zhì)可概括地表述為：當(dāng)溫度高于灰熔
點(diǎn)的煙氣沖刷受熱面時(shí)，煙氣中熔融的灰渣黏附到
受熱面上，造成結(jié)渣。燃煤鍋爐結(jié)渣是一個(gè)復(fù)雜的
物理、化學(xué)過程，涉及煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱傳質(zhì)、煤的
潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及煤灰與管
壁問的黏附等復(fù)雜過程。
煤中灰分是指存在于煤中的所有的無機(jī)物質(zhì)，
灰分可分為3類，即原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來
礦物質(zhì)。3種灰分在煤中的存在形態(tài)不同，在爐內(nèi)
的生成機(jī)制也不同。
灰顆粒向水冷壁面輸運(yùn)是結(jié)渣的重要環(huán)節(jié)。其
輸運(yùn)機(jī)制主要有3類：第1類為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)
散，第2類為熱遷移，第3類為慣性遷移。
收稿日期：2012—05—12；修回日期：2012—08—02
由于灰粒的形成機(jī)制及輸運(yùn)機(jī)制不同，灰渣在
管壁上沉積存在2個(gè)不同的過程，即初始沉積和慣
性沉積。導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)渣迅速增加并對(duì)鍋爐安全運(yùn)行
構(gòu)成威脅，其主要因素是慣性沉積。
1．2 影響結(jié)渣主要因素
由爐內(nèi)結(jié)渣機(jī)制可見，灰渣的慣性沉積是影響
爐內(nèi)結(jié)渣的關(guān)鍵。而影響灰渣慣性沉積的非煤種原
因的主要影響因素可歸結(jié)為2點(diǎn)。
(1)爐內(nèi)溫度水平和溫度場(chǎng)分布。由慣性輸送
的灰粒在初始沉積層上的黏結(jié)除與初始層的性質(zhì)有
關(guān)外，還與撞擊灰粒的溫度水平有關(guān)，當(dāng)撞擊灰粒的
溫度很高，呈熔融狀液態(tài)時(shí)，很容易發(fā)生黏結(jié)，致使
結(jié)渣過程加劇。電站鍋爐爐內(nèi)中心溫度為1 500～
1 700℃ ，煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高
200～300 oC，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液
態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動(dòng)的過
程中，由于灰顆粒運(yùn)動(dòng)速度快，受到的冷卻效果差，
熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長(zhǎng)大。
因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時(shí)的狀態(tài)對(duì)渣的
積聚、長(zhǎng)大具有重要影響。因此，爐內(nèi)溫度水平和溫
度場(chǎng)分布是產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣的主要影響因素。
(2)爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)及煤粉細(xì)度。在四角燃燒鍋
爐中，氣流在爐內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受慣性力作用，煤粉
顆粒向旋轉(zhuǎn)氣流外側(cè)聚集。因此，煤粉濃度切圓和
溫度切圓要比速度切圓大。減少爐內(nèi)氣流切圓直
徑，降低煤粉細(xì)度均可減小煤灰顆粒向水冷壁的慣
性遷移，有利于減輕結(jié)渣。
1．3 爐內(nèi)結(jié)渣的判斷依據(jù)
根據(jù)爐內(nèi)結(jié)渣機(jī)制，在非煤種因素中，影響結(jié)渣
的主要因素為爐內(nèi)溫度水平和溫度場(chǎng)分布及爐內(nèi)氣
流結(jié)構(gòu)和煤粉細(xì)度等。
該試驗(yàn)研究是以爐膛溫度進(jìn)行測(cè)量比較為主，
爐內(nèi)燃燒器區(qū)域結(jié)渣情況觀測(cè)對(duì)比為輔，結(jié)合鍋爐
各段煙溫、汽溫和減溫水量等參數(shù)對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣情況
第11期 姜宏武：420 t／h鍋爐爐膛結(jié)渣試驗(yàn)研究 ·19·
進(jìn)行綜合評(píng)估。
2 試驗(yàn)鍋爐
試驗(yàn)鍋爐為SG一420／140一M415型煤粉鍋爐，
熱風(fēng)送粉、四角切圓、中間倉儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)，
下2層一次風(fēng)集中布置，燃燒器自下而上分別為二
次風(fēng)、一次風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次
風(fēng)、二次風(fēng)，設(shè)計(jì)煤種為淮北煙煤，常用煤種為大混
煤，表1為鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)，表2為設(shè)計(jì)及常用煤
種主要參數(shù)。該鍋爐燃燒器區(qū)域水冷壁經(jīng)常發(fā)生結(jié)
渣現(xiàn)象，多次出現(xiàn)冷灰斗堵塞現(xiàn)象。
表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)
表2 設(shè)計(jì)及常用煤種主要參數(shù)
3 主要測(cè)試方法
在試驗(yàn)期間，保持鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，各運(yùn)行參數(shù)基
本不變，制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式不變，主要測(cè)試方法
如下：
(1)著火與結(jié)渣情況觀測(cè)。一次風(fēng)噴口附近著
火情況觀察、噴口附近水冷壁結(jié)渣情況觀察。
(2)溫度測(cè)試。用紅外線測(cè)溫儀(IRT一3000A
型)測(cè)量一次風(fēng)和三次風(fēng)噴口附近的風(fēng)粉混合物的
溫度，從每個(gè)觀火孑L測(cè)量爐膛的溫度場(chǎng)，其爐膛溫度
場(chǎng)測(cè)孔分布如圖1所示。
圖1 爐膛溫度場(chǎng)測(cè)孔分布
(3)煙氣成分測(cè)量及煤粉、飛灰、爐渣取樣分析。
(4)運(yùn)行參數(shù)記錄。主汽壓力、溫度、流量、再
熱汽壓力、溫度、給水壓力、溫度、流量、排煙溫度、熱
風(fēng)溫度、冷風(fēng)溫度、爐膛出口(過熱器)氧量、系統(tǒng)風(fēng)
壓、一次風(fēng)風(fēng)壓及減溫水量等。
4 試驗(yàn)結(jié)果
4．1 配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
鍋爐共配置4層二次風(fēng)，習(xí)慣采用的運(yùn)行方式為
均等配風(fēng)，為研究配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣及溫度分布的
影響，在其他主要參數(shù)不變的條件下，對(duì)正寶塔和倒
寶塔2種方式與均等配風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比，表3是主要對(duì)
比數(shù)據(jù)。圖2為不同配風(fēng)方式對(duì)溫度分布影響。
表3 配風(fēng)方式對(duì)結(jié)渣影響主要結(jié)果
1 7o0
l 500
1 300
1 loo
900
700
5oo
圖2 不同配風(fēng)方式對(duì)溫度分布影響
由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見：
不同配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)燃燒工況的影響是明顯
的，由于試驗(yàn)煤種揮發(fā)分和發(fā)熱量較高，著火特性較
墻 7。叫。2／ ／
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· 20· 華電技術(shù) 第34卷
好，燃燒初期需要充足的氧量供應(yīng)，正寶塔和倒寶塔
配風(fēng)均會(huì)發(fā)生煤粉氣流局部缺氧而產(chǎn)生難燃盡的炭
黑，從而導(dǎo)致爐膛出口煙溫、各段煙溫、排煙溫度上
升，減溫水量明顯增加，鍋爐熱效率下降。
爐膛下部溫度水平對(duì)冷灰斗堆渣有很大影響，
而不同配風(fēng)方式對(duì)爐膛下部溫度水平和一次風(fēng)煤粉
氣流溫度有較大的影響。煤粉在爐內(nèi)燃燒需要一定
的時(shí)間，在正寶塔配風(fēng)時(shí)，燃燒器下部區(qū)域的二次風(fēng)
并不完全參與燃燒，可起到冷卻作用，使燃燒器下部
區(qū)域溫度水平降低，對(duì)減輕結(jié)渣有利，而倒寶塔配風(fēng)
時(shí)，一方面二次風(fēng)的冷卻作用減弱，另一方面會(huì)產(chǎn)生
還原性氣氛，促進(jìn)了結(jié)渣并使溫度水平上升。
4．2 運(yùn)行氧量對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
共進(jìn)行了2組氧量調(diào)整試驗(yàn)，第1組是在前述
正寶塔配風(fēng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了氧量，第2組是
在均等配風(fēng)的基礎(chǔ)上降低了氧量，表4是主要對(duì)比
數(shù)據(jù)，圖3為提高氧量對(duì)溫度分布的影響，圖4是降
低氧量對(duì)溫度分布的影響。
表4 運(yùn)行氧量對(duì)結(jié)渣影響主要結(jié)果
圖3 提高氧量對(duì)溫度分布的影響
由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見：在正寶塔配風(fēng)4％ 氧
量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高運(yùn)行氧量，可明顯降低爐膛
平均溫度水平，燃燒器上部區(qū)域下降幅度尤為明顯，
爐膛結(jié)渣情況有所減輕，而減溫水量和各段煙溫變
化不大，由于排煙氧量增加，鍋爐效率下降明顯。
在均等配風(fēng)條件下運(yùn)行氧量由4％ 降低到
l 7OO
1 500
量 o
贈(zèng)1 100
oo
7oo
500
圖4 降低氧量對(duì)溫度分布的影響
2．5％，盡管爐膛結(jié)渣情況尚未出現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，
但爐膛溫度水平出現(xiàn)明顯提高，特別是減溫水量和
爐膛出口附近煙溫明顯提高，飛灰含碳量明顯增加，
由于排煙氧量明顯下降，鍋爐效率反而有所提高。
4．3 壓力冷風(fēng)對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
在均等配風(fēng)、正常氧量條件下全開一次風(fēng)壓力
冷風(fēng)門的對(duì)比試驗(yàn)，表5是主要對(duì)比數(shù)據(jù)，圖5是壓
力冷風(fēng)對(duì)溫度分布的影響。
表5 壓力冷風(fēng)對(duì)結(jié)渣影響主要結(jié)果
主要指標(biāo)
運(yùn)行方式
正常方式 開冷風(fēng)門
1 7oo
l 500
1 300
l 1oo
900
700
5oo
圖5 壓力冷風(fēng)對(duì)溫度分布的影響
由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見：全開6 m層人孔門可
明顯降低爐膛總體溫度水平，特別是冷灰斗附近溫
度下降達(dá)100 cC左右，可減輕爐膛結(jié)渣，明顯緩解冷
灰斗堆渣，對(duì)減溫水量和各段煙溫影響不大，但排煙
溫度卻明顯提高，鍋爐效率有所下降，其主要原因是
通過空氣預(yù)熱器的風(fēng)量降低。
全開一次風(fēng)壓力冷風(fēng)門的效果最為明顯，爐膛
平均溫度下降達(dá)6．34％ ，其主要原因?yàn)橐淮物L(fēng)煤全
開壓力冷風(fēng)，粉氣流溫度明顯下降，著火推遲。爐膛
結(jié)渣有所減輕，而減溫水量和各段煙溫變化不大。由
第11期 姜宏武：420 t／h鍋爐爐膛結(jié)渣試驗(yàn)研究 ·21·
于通過空氣預(yù)熱器風(fēng)量減少，導(dǎo)致排煙溫度明顯上
升，鍋爐效率明顯下降。
4．4 運(yùn)行負(fù)荷對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
分別在鍋爐發(fā)電功率128 MW，100 MW，80 MW
條件下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，表6是運(yùn)行負(fù)荷對(duì)結(jié)渣影
響的主要對(duì)比數(shù)據(jù)，圖6是運(yùn)行負(fù)荷變化對(duì)溫度分
布的影響。
表6 運(yùn)行負(fù)荷對(duì)結(jié)渣影響主要結(jié)果
l 7o0
l 500
釜 o
贈(zèng)1 100
900
70o
50o
圖6 運(yùn)行負(fù)荷對(duì)溫度分布影響
由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見：發(fā)電功率從128 MW
下降到100 MW，爐膛結(jié)渣和爐內(nèi)溫度水平變化不
大，而發(fā)電功率進(jìn)一步降低到80 MW，結(jié)渣情況明顯
減輕，爐膛溫度水平明顯下降。
5 結(jié)論
采用3種燃燒調(diào)整方法對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣影響試驗(yàn)進(jìn)
行了分析，得出如下結(jié)論：
(1)在保證鍋爐出力的前提下，采用全開一次
風(fēng)壓力冷風(fēng)門的方法可明顯降低爐膛總體溫度水
平，減輕結(jié)渣。但摻入冷風(fēng)會(huì)使排煙溫度明顯升高，
鍋爐效率明顯下降。
(2)既要保證鍋爐出力，又要減輕對(duì)鍋爐效率
的影響，采用正寶塔配風(fēng)可小幅降低燃燒器區(qū)域下
部溫度水平，減輕結(jié)渣，若能夠21進(jìn)一步提高運(yùn)行
氧量，則效果更好。
(3)降低鍋爐負(fù)荷可明顯減輕爐膛結(jié)渣，但與
其降幅有關(guān)，負(fù)荷下降20％左右對(duì)爐膛溫度影響不
大，而下降35％以上則會(huì)明顯降低爐膛溫度。
(編輯：王書平)
作者簡(jiǎn)介：
姜宏武(1967一)，男，安徽池州人，高級(jí)工程師，從事電
站鍋爐管理及研究方面的工作(E—mail：jianghw．a(chǎn)qsh@sin—
opec．tom)。
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(上接第l7頁)為確保FCB功能的實(shí)現(xiàn)，機(jī)組應(yīng)完
全進(jìn)入FCB模式的自動(dòng)控制，任何人工干預(yù)都將導(dǎo)
致FCB功能切換失敗。
機(jī)組應(yīng)采用單向連鎖保護(hù)方式，當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)
只切斷主變壓器出口開關(guān)，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)不產(chǎn)
生聯(lián)動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，使機(jī)組連鎖保護(hù)模式能夠適應(yīng)機(jī)
組FCB的要求。根據(jù)上海外高橋第三發(fā)電有限責(zé)
任公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議設(shè)置發(fā)電機(jī)出口斷路器
(GCB)，以便在FCB工況時(shí)由發(fā)電機(jī)帶廠用電進(jìn)行
小島運(yùn)行，但在發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，機(jī)組將廠用電自
動(dòng)切換至備用變壓器。
汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)控制回路切
換到轉(zhuǎn)速控制，將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3 000 r／min。
分散控制系統(tǒng)(DCS)主要控制鍋爐按照快減負(fù)荷
(RB)控制方式快速減至最低穩(wěn)燃負(fù)荷，控制旁路系
統(tǒng)快速開啟，根據(jù)FCB各個(gè)階段要求控制給水系
統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)和凝結(jié)水系統(tǒng)的參數(shù)和流量。
參考文獻(xiàn)：
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千瓦等級(jí)超(超)臨界機(jī)組運(yùn)行及控制技術(shù)研討會(huì)論文
集．上海：中國國電集團(tuán)公司，2008．
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力，2008，41(10)：62—66．
[4]石佳．1 000 MW 級(jí)機(jī)組實(shí)現(xiàn)FCB功能的熱力系統(tǒng)配置
[J]．科技資訊，2008(31)：126—127．
(編輯：劉芳)
作者簡(jiǎn)介：
宋洪濤(1961一)，男，吉林長(zhǎng)春人，高級(jí)工程師，從事火
力發(fā)電廠設(shè)計(jì)、EPC總承包項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理方面的工作

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