燃用准东煤锅炉设计优化建议

李鹏，曾琦，李东本

（新疆新特能源股份有限公司自备热电厂，乌鲁木齐 830011）

燃用准东煤锅炉设计优化建议

李鹏，曾琦，李东本

（新疆新特能源股份有限公司自备热电厂，乌鲁木齐 830011）

准东煤具有易沾污、易结焦特性，严重威胁锅炉的安全、稳定运行。对锅炉设计尺寸、二次风口布置方式、燃烧器形式以及热力参数等方面进行防结焦特性分析，提出了燃用准东煤锅炉的设计优化建议，为今后燃用准东煤锅炉的选型、改造提供参考。

准东煤；锅炉；结焦；优化

0 引言

准东煤田是国家确定的第14个能源基地（新疆维吾尔自治区）的重要组成部分。煤炭资源预测储量3 900亿t，占全疆储量（2.19万亿t）的17.8%、全国储量（5.56万亿t）的7%。目前，已探明煤炭资源储量2136亿t。准东煤具有挥发分高、热值高、灰熔点低、易结焦等特性，新疆地区电厂燃用准东煤后普遍出现炉膛结焦、受热面沾污、对流换热面积灰等现象。

某电厂设计煤种为准东煤，投产后多次出现炉膛结焦、受热面沾污等情况，限制了准东煤的大量使用。通过一年的努力，该电厂准东煤掺烧比例已达80%，并将结焦、沾污、积灰控制在安全范围内。锅炉结焦一方面是煤质的原因，更重要的是应从锅炉设计角度入手不断进行优化，从根本上进行防准东煤结焦设计。

1 准东煤的主要特性

准东煤的显著特点是煤灰中碱金属质量分数较高，碱金属氧化物Na2O的质量分数（以灰分计）总体都在2%以上（为方便对比碱金属氧化物含量，通常将煤中各种钠盐折算成Na2O，总体按Na2O质量分数给出）。Na等碱金属元素熔点非常低，达到一定温度就会蒸发，气态的碱金属遇到温度较低的水冷壁后放热凝结在水冷壁表面，在水冷壁表面局部形成了一层碱金属氧化物附着层。刚形成的附着层具有一定的黏性，炉内未燃尽的煤粉和飞灰很容易黏附在上面；第2层黏附层达到一定厚度后，最里面的碱金属氧化物会不断从里向外析出，继续黏附新的煤粉和飞灰，最终形成较厚的焦块。大修时对炉内焦块进行观察，与上述过程基本一致。

2 锅炉概况

该电厂锅炉为HG-1176／25.4-HM2型一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、∏型、紧身封闭布置锅炉。直吹式制粉系统配6台MPS160HP-II型磨煤机，5台运行1台备用。锅炉采用四角切圆燃烧方式，每台磨煤机供1层的4只喷燃器，燃尽风布置在主燃烧器区上方。设计煤种为准东五彩湾地区天池能源南露天矿煤。锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况下锅炉主要设计参数见表1。

表1 BMCR工况下锅炉主要设计参数

3 设计优化建议

查阅锅炉设计说明书及相关设计资料，通过对比同类型锅炉，结合运行和大修中发现的问题，按照各系统特点提出以下几方面建议。

3.1 炉膛热力参数优化

燃烧易结焦的准东煤时，选取较低的容积热负荷、断面热负荷可以有效降低炉内平均温度，有利于控制结焦。准东煤挥发分较高，比较容易实现最低稳燃负荷，可以在已有基础上适当再减少容积热负荷和断面热负荷，从根本上降低炉内温度。

3.2 炉膛尺寸优化

（1）该电厂锅炉为正方形炉膛，宽、深均为14627mm，这种正方形炉膛为炉内各层四角切圆提供了足够空间，并且燃烧器出口四周的补气条件相同，有利于减少火焰偏斜并可防止燃烧器区域结焦。正方形炉膛比长方形炉膛容易建立对称的空气动力场，避免了气流偏斜冲刷水冷壁，同时减少了煤粉冲刷水冷壁造成结焦的可能性。因此，宽深相同的锅炉更有优势。

（2）增加炉膛高度，增大最上层喷燃器口中心到分隔屏底部距离。表1中锅炉最上层喷燃器中心至屏底的距离为20.20m，最下层喷燃器口至冷灰斗拐点距离为4.86m。建议加大最上层喷燃器中心到分隔屏屏底的距离，使煤粉在炉膛内停留时间增加，为进入炉膛的煤粉在炉膛内完成着火、燃烧、燃尽提供充足的空间和时间，减少未燃尽煤粉在水平烟道燃烧放热。

（3）增大折焰角，使烟气在折焰角处的行程增加，增加烟气停留时间，有利于烟气在分隔屏放热。

3.3 主燃烧区布置方式优化

（1）为防止主燃烧器区域结焦，增加各层喷燃器中心之间的距离，使燃烧器周围壁面热负荷降低，有效减轻燃烧器喷口周围因温度过高造成的结焦。该电厂锅炉一次风中心间距普遍为1 580mm，较传统设计大；同时，为了进一步减轻燃烧器区域的结焦，最底层磨煤机和第4层磨煤机上，又加大了与相邻一次风中心的距离，达到1 810mm。运行过程中主燃烧区中上部依然常常出现过热和结焦现象，建议进一步加大各层喷燃器口的距离。

（2）主燃烧区各层燃烧器的分组优化。该电厂原有的燃烧器分组为A层一组，B，C，D层一组，E，F层一组，其中微油点火在B层，锅炉满负荷运行时B，C，D处常常出现过热情况，并且F层4个喷燃器全部发生严重变形。初步分析原因为：参与燃烧时，F层喷燃器处在上层烟温较高处，且周界风开度不足，导致喷燃器得不到充分冷却。

3.4 二次风优化

增加二次风喷口。该电厂锅炉＃1，＃2，＃3，＃4角的燃烧器共布置15层喷口，其中一次风喷口6层，二次风喷口9层。在A，B层和D，E层一次风喷口中间布置了2个二次风喷口，这样布置的目的是在煤粉中间增加二次风，使煤粉燃烧氧量增加，有利于煤粉充分燃尽且增加了低负荷时燃烧的稳定性。停炉后观察各个喷燃器口的损坏情况以及炉内结焦情况，可以判断燃烧过程中EF层以及FF层二次风喷口可以再适当增加1组，以保证主燃烧区上部充分燃尽。

3.5 SOFA风布置优化

为实现充分燃尽，可以增加分离燃尽风（SOFA）与最上层喷燃器的距离，并且增大4层燃尽风的间距。

3.6 炉内温度监视优化

炉膛出口烟温反映了炉膛内燃烧情况，将出口烟温控制在灰熔点以下，可以减少结焦的发生，炉膛出口烟温监视是运行人员预防和控制准东煤结焦的有效手段。传统的锅炉设计中，只在炉膛出口的左墙或右墙设置一个正常运行时的温度测点，四角切圆形式的煤粉炉在燃烧过程中可能发生火焰偏斜，造成局部过热、火焰刷墙等不利影响，单一的烟温测量不易判断火焰偏斜情况。建议在原有烟温测点同一平面的前墙和后墙各增加1个温度测点，并将实时温度数据传至集控室监控画面。增加温度测点有利于运行人员监控炉内燃烧情况，对炉内火焰是否偏斜做出准确判断，及时调整、控制烟温。声波测温法是一种还没有普及的方法，这种方法的优点是可以测量炉膛出口整个平面的温度，更有利于控制燃烧准东煤锅炉炉膛的出口烟温。

3.7 吹灰器密布

增加主燃烧区吹灰器的目的是及时、有效地清除主燃烧区域的结焦，防止结焦进一步恶化。因为准东煤的易结焦性，主燃烧区域频繁结焦，原设计中炉膛吹灰器只有60个，分别布置在炉膛各处，主燃烧区没有设置吹灰器，因此，建议在锅炉主燃烧区利用原设计的蒸汽管道增加蒸汽吹灰器。新增吹灰器分3层布置，分别布置在喷燃器B，C层之间、喷燃器D，E层之间和喷燃器E，F层之间。每层16只（3层共48只）吹灰器均布在该层的炉本体四面，新增吹灰器与原吹灰器型号、规格相同。该改进方案已经在最近一次大修中实施，效果良好。

3.8 观火孔优化

为方便观察炉内结焦情况和打焦，该电厂在锅炉本体上共布置有7层观火孔，但各层观火孔位置与喷燃器的水平距离偏差较大，运行人员很难通过观火孔看到最近的喷燃器是否挂焦，也不利于喷燃器附近的打焦。建议将观火孔向各层的4个角平移，方便观察喷燃器着火及结焦情况。

3.9 冷灰斗优化

固态排渣锅炉冷灰斗的作用主要是聚集、冷却并排出灰渣，而且便于下联箱同捞渣机的联接和密封。该电厂燃烧准东煤锅炉的冷灰斗在中间位置一分为二，将冷灰斗分成左右2个，运行期间发生掉焦事故时，大量焦渣掉落在冷灰斗中间分开的位置，不利于运行安全，建议取消冷灰斗中间的分割。

3.10 捞渣机优化

西安热工研究院有限公司的研究成果表明，锅炉使用准东煤时，结焦是不可避免的。通过2年的运行实践，该电厂锅炉发生结焦后会大量掉焦，常常导致捞渣机过负荷跳闸，严重时影响机组带负荷。目前，该电厂对原有捞渣机进行技术改造，加装了卷扬机，方便大量掉焦时处理事故。对于新建燃烧准东煤的电厂，建议选型时适当增大捞渣机电机和液压油站出力（须满足发生掉焦事故时的最大出力），确保捞渣机能及时将灰渣排出，保障锅炉运行。

3.11 制粉系统优化

该电厂每台磨煤机的出力为36 t／h，通过试验，验证了每台磨煤机最大出力为44 t／h。目前的运行方式为A，B，C，D磨煤机出力为35～40 t／h，煤质差时磨煤机出力往往不能满足出力要求，限制了带高负荷，建议选型时选择较大的磨煤机出力，煤质变化时可进行调整，减少启动备用磨煤机。

3.12 空气预热器设计优化

由于准东煤水分大的特点，正常运行中磨煤机的热风全开、冷风全关，磨煤机出口温度仅有50～60℃，不利于煤粉进入炉膛快速着火。建议增加空气预热器中一次风加热的分配量，以提高热一次风温，满足磨煤机燃烧准东煤的干燥出力要求。

3.13 微油点火装置改进

锅炉点火启动磨煤机时，一次风温度常常不能达到要求，影响启动时间并增加了燃油的使用量。通过改造，在锅炉右侧热一次风母管上增加一次风暖风器，利用高辅的蒸汽加热一次风，使磨煤机出口温度能够满足启动要求。足够温度的热一次风才能实现煤粉的干燥，增加着火的可能。改造后的热一次风温上升较快，可以满足启磨要求。

4 结束语

综上分析，锅炉设计厂家可以从热力参数、炉膛尺寸、主燃烧区、二次风、炉内温度测量、吹灰器、打焦孔、冷灰斗、捞渣机、空气预热器、一次风暖风器等方面进行设计优化，不断从本质上提高锅炉对准东煤的适应性，减少燃烧准东煤时发生的结焦、积灰等，为最终实现100%纯烧准东煤不断积累经验，为各电厂节约巨额燃料成本。

［1］蒙毅，刘家利.特变电工新疆硅业有限公司350MW机组锅炉燃用天池能源南露天矿煤锅炉设备选型研究［R］.西安：西安热工研究院有限公司，2011.

［2］杨忠灿，刘家利，何红光.新疆准东煤特性研究及其锅炉选型［J］.热力发电，2010，39（8）：38-40.

［3］岑可法，樊建人，池作和，等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算［M］.北京：中国科学出版社，1994.

（本文责编：刘芳）

TK 229.6

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：1674-1951（2015）06-0069-03

李鹏（1978—），男，新疆乌鲁木齐人，高级工程师，从事火力发电厂运行管理工作（E-mail：lpc77＠163.com）。

2014-06-26；

2015-05-14