630MW机组炉内燃烧过程与结渣特性研究
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摘 要：当前劣质煤配煤掺烧已逐渐成为火电厂盈利攻坚的重要手段，因此入炉煤质严重偏离设计值，炉内热负荷状况与燃烧特性严发生重恶化，导致锅炉受热面大面积结焦现象，从而严重制约机组出力和安全运行。本文详细分析了炉膛结渣产生的因素，结合机组实际运行情况制定了防止结渣的具体措施，从而切实保障机组出力和安全运行。
关键词：锅炉结渣；影响因素；防止措施
1 锅炉结渣的产生
1.1 结渣机理
煤的工业分析包括：水分、挥发份、固定碳、灰分，其中灰分含量直接与锅炉受热面结焦的程度有关，其中煤炭的灰熔点温度起着关键性作用。灰熔點四个特性温度：DT变形温度、ST软化温度、FT流动温度、HT半球温度，其中我们把ST软化温度决定着煤粉在炉膛中熔融结渣的重要衡量指标。
1.2 灰熔点计算公式如下：
灰熔点t-19（Al2O3）+15（SiO2+Fe2O3）+10（CaO+MgO）+6（Fe2O3+Na2O+K2O）
锅炉正常运行时火焰中心温度可达1600℃左右，煤粉燃烧后的飞灰颗粒呈融化状态，可以随着烟气的正常流动，但当流经炉膛内的受热面经过蒸汽换热后，飞灰渣粒温度随烟气温度呈逐渐下降趋势，当灰渣温度接近灰熔点温度时将会液态、半液态的形式粘附在受热面管壁、炉墙上，从而形成锅炉结焦问题；当灰渣温度降至低温状态时，会凝固附着在受热面管壁上形成疏松的积灰问题。
而锅炉受热面积灰、结渣会严重影响锅炉的安全、经济运行，例如：受热面积灰后导致管壁传热能力下降，维持主、再汽温不变就得增加给煤量，从而导致煤耗率增大；受热面积灰时会导致管壁温度增大，此时投入更多的减温水流量进行控制，必然导致汽耗率增加；受热面结渣时会直接影响炉内动力场平衡，增大烟气流动阻力，可能导致锅炉燃烧恶化、燃烧器火检大幅度波动，当渣块掉落时候会有灭火的可能性；受热面结渣严重时会直接导致锅炉四管泄露，导致机组非停以及主设备损坏……因此防止和减轻结渣是锅炉运行非常重要的问题。防止结渣最根本的措施是：保证锅炉的燃烧稳定，防止火焰在炉膛内发生大幅度摆动，从而不断冲刷受热面管壁；或者当烟气在贴近受热面管壁区域流通时，火焰中熔融的灰已冷却成凝固的或无粘性的，这时结渣便不会产生。
1.3 结渣的产生因素
煤粉在炉膛内的燃烧是一个复杂的物理化学反应过程，也是一个复杂的多相湍流动力学问题，其影响因素有很多，除了与煤质有关外，还与磨组合方式、磨出口温度、一二次风配比、受热面布置结构及燃烧器的结构、锅炉出力等因素有关。
结渣的内因是煤质特性以及锅炉结构与设计参数。某火电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1950/25.4-YM4型一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的本生（Benson）直流锅炉。设计煤种为挥发份≥30%、发热量20MJ/kg、灰熔点温度1330℃的低硫烟煤。而在执行配煤掺烧过程中，随着大量低热值、高灰分的煤质掺烧入炉导致严重偏离设计值，这是导致锅炉受热面结渣的主要原因。
结渣的外因是锅炉燃烧过程中的调整不当。在实际燃烧过程中锅炉的出力是随着电网日计划负荷变动的且速率较快，需要进行磨煤机启停、一二次风配比调整、磨煤机风量等燃烧参数的调整，此时是有滞后性和误差性的，所以在此调节的过程中会导致受热面结渣产生；同时燃烧中心点的位置也是导致锅炉结渣的重要因素，燃烧器区域的温度越高，灰就越容易达到软化或熔融状态，产生结焦的可能性就越大；锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，它对锅炉的结渣有非常大的影响，如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气氛较强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就容易结焦。此外，影响锅炉结渣的外因还有很多，不一一列举。
2 防止措施
在劣质煤配煤掺烧的过程中，燃烧优化、调整成为降低锅炉受热面结渣率的有效途径，根据某火电厂630MW机组运行实际情况，提出以下运行管理措施。
2.1 煤质要求及配煤掺烧要求
①加强对入厂煤采购的管理。加强每日煤质分析报告跟踪，灰熔点小于1200℃的煤种严禁单独上仓，应按配煤指导方案，掺烧灰熔点在1400℃以上贫瘦煤。灰熔点低于1100℃的煤种，极易结焦，高负荷时应严格按比例掺配，防止锅炉结焦，当机组负荷大于80%时，此煤种入炉比例不得高于30%；灰熔点小于1200℃的煤种入炉比例不得高于40%；其余高热值长焰煤比例不得高于70%；②发应充分利用汽车卸煤沟和皮带掺烧手段，杜绝单一煤矿入炉；③掺烧贫瘦煤应注意兼顾硫份及挥发分要求：负荷80%以上，入炉收到基硫份不得高于1.6%；负荷60%以下，入炉收到基挥发份不得低于20%。
2.2 燃烧调整
①主机运行、输煤专业、质检专业等人员，要加强横向协调、纵向沟通，在发现入炉煤质发生变化时及时通知主机运行人员；②机组正常运行中，要加强对炉膛烟道各测点的烟气温度、受热面金属管壁温度，主、再热蒸汽温度、减温水量等参数变化趋势监视分析，结合就地捞渣机处渣块大小及听音检查，综合判断锅炉结焦程度；③机组长每班对炉渣进行一次检查，根据渣块形状及质地进行燃烧调整，炉渣较硬且呈琉璃状，说明锅炉缺氧燃烧，应适当增加主燃区氧量及总风量；渣块相对松软且气孔较多，说明锅炉富氧，可适当减少氧量；④检查燃烧器各角一次风压应均衡且大于1kPa，偏差大时，要及时联系点检员消除偏差，防止火焰中心偏斜，发现二次风门就地与盘上开度、同层二次风门开度不一致时，应及时查找原因消除。
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