某电厂#3炉低氮燃烧器改造后炉渣含碳量偏高的原因及对策

摘 要：文章详细分析了四角切圆锅炉炉渣含碳量异常升高的原因，针对煤粉细度、制粉系统磨损、燃烧器磨损等异常情况采取了相应对策，彻底解决了#3锅炉炉渣含碳量偏高的问题。

关键词：炉渣含碳量；原因；煤粉细度；低氮燃烧器；对策

1 概述

该锅炉为东方锅炉厂生产制造的DG1000/170-Ⅰ型亚临界、自然循环、汽包炉，燃用当地烟煤。锅炉配DTM350/700钢球磨煤机，采用中间储仓式乏气送粉制粉系统，4台离心式排粉机和2台动叶可调轴流式送风机和2台动叶可调式轴流吸风机，湿式除渣系统，平衡通风，四角布置切圆燃烧，燃烧器为直流式，炉内气流逆时针旋转，燃烧器分上、下两组，每组下层为油燃烧器喷口，其上依次为二次风口、一次风口，每角共有6个一次风口，8个二次风口，燃烧器可在±20°范围内摆动控制过再热汽温。

2011年2月进行低氮燃烧器改造，保留原一二次风喷口位置，煤一层四只一次风煤粉燃烧器改造成可安装气化小油枪的浓缩型内风膜式煤粉燃烧器、煤二层以上为水平浓淡型低氮燃烧器，适当调整了燃烧区的二次风量，在最上层燃烧器上方增加四层SOFA风喷口，SOFA燃烧器喷口水平布置位置及旋转方向同原煤粉燃烧器保持不变，同时SOFA燃烧器喷口可进行手动水平摆动，用来消除主燃烧器残余旋转，减少水平烟道左右侧烟温偏差。SOFA燃烧器喷口也可以上下摆动，即可以控制锅炉出口的烟气温度，又可以控制合理的过热器系统的减温水量。SOFA燃烧器喷口的设计风率为20-25%。

2 出现的问题

低氮燃烧器改造后两年内，锅炉正常运行中，炉渣含碳量一般在2.5%左右，自2014年2月28日开始，炉渣含碳量异常升高，大于3.0%，最高达8.6%，飞灰含碳量也有所升高，平均达1.5%，严重影响了锅炉效率。

3 原因分析

造成炉渣含碳量异常升高的主要原因有：

3.1 缺氧燃烧，煤粉燃烧不完全

通过调取氧量曲线，运行氧量一般在3%-6.0%之间，能够满足锅炉燃烧需要，且炉渣含碳量升高的同时CO浓度无异常升高趋势，排除缺氧燃烧的可能。

3.2 煤粉偏粗，燃烧不完全

对煤粉进行取样化验，发现甲、乙、丙制粉系统煤粉较粗。煤粉细度设计值R90=25%，实际R90在30%左右。2011年大修后木块分离器筛网进行了更换，运行两年时间磨损严重，杂物进入粗粉分离器（轴向型）影响煤粉分离效果；磨煤机钢球长期不筛球，钢球配比不合适；粗粉分离器挡板运行中受煤粉气流冲击及检修工艺原因开度偏差较大。以上三种情况是造成煤粉偏粗的主要原因。煤粉粗是炉渣含碳量升高的原因之一。木块分离器筛网磨损情况见如图1。

3.3 燃烧器配风差

低氮燃烧器改造后，机组正常运行中燃烧器配风方式为：一层及七层二次风门全开、二至六层二次风门开度为50%、SOFA风门根据机组负荷开关（满负荷时四层燃尽风门全开），以控制NOx浓度在300mg/m3。炉渣量升高后，将二至六层二次风门全开，始终保持一层SOFA风门全关，其余三层SOFA风门根据机组负荷开关进行排查。经过10天的试验，炉渣含碳量没有明显变化，但NOx浓度平均升高至370mg/m3，这基本上排除了配风原因造成炉渣含碳量升高。

3.4 低氮燃烧器磨损

通过燃烧器区观火孔发现部分燃烧器煤粉气流根部有火星，某些燃烧器区域水冷壁经常出现明显挂焦现象，由此判断燃烧器磨损较严重。2014年4月#3机组临修过程中发现14只低氮燃烧器、2只内风膜型燃烧器（内装微油点火油枪）磨损，燃烧器周围结焦，由于检修工期短，磨损严重的燃烧器只进行了临时处理。燃烧器磨损情况见图2内风膜型燃烧器、图3水平浓淡型燃烧器。

水平浓淡燃烧器磨损原因：燃烧器与煤粉接触部位受一次风粉气流冲刷后发生普遍减薄、局部磨穿。磨穿部位集中在喷口下端面，主要是一次风喷口上摆运行时，风粉气流在喷口与方形管结合部位转向，加剧了对喷口下端面的冲刷。喷口钝体的磨损主要集中在“浓侧”，与煤粉浓度大（较“淡侧”）有关。从现场磨损程度分析，甲、乙制粉系统对应下组燃烧器，投运时间最长，磨损最严重；丙制粉系统对应的燃烧器磨损较轻；丁制粉系统对应的燃烧器磨损最轻微。主要与制粉系统投运时间长短有关。

内风膜型燃烧器磨损原因：微油点火燃烧器浓缩分离装置位于燃烧器中间，小油枪投运期间，煤、油在燃烧器内部混烧（热负荷超过金属部件的变形温度）时，导致燃烧器内部件变形烧损。燃烧器磨损、周围结焦，造成煤粉气流紊乱，煤粉不能全部集中到火焰中心燃烧，最终导致不完全燃烧损失增加，这是炉渣含碳量高的主要原因之一。同时也能解释飞灰含碳量有所升高的原因。

4 对策

针对以上原因分析，制定如下对策。

4.1 更换木块分离器筛网、清理粗粉分离器保证分离器分离效果、磨煤机筛球提高煤粉细度

针对磨煤机出粉偏粗的情况，进行了以下工作：利用机组停运及制粉系统检修机会逐台更换甲乙丙制粉系统木块分离器出口筛网，防止杂物进入粗粉分离器。清理甲乙丙粗粉分离器时，发现内部杂物较多，杂物主要有杂草、编织袋、树枝、铁丝等。粗粉分离器内部杂物较多原因是木块分离器出口筛网严重磨损，杂物随风进入分离器内部。将甲乙丙制粉系统粗粉分离器折向挡板角度统一调整至45°，固定折向挡板调整背帽，防止运行中挡板角度随意变化，保持粗粉分离器最佳分离效果。利用机组停运机会，联系检修甩球，发现碎钢球、不规则钢球较多，个别磨煤机衬瓦缺角、断裂。修复衬瓦后重新按1：1：1填充直径为30mm、40mm、50mm的钢球。经过上述处理和治理，煤粉细度恢复正常，2014年9月10日煤粉细度化验数据报表如表1。

制粉系统治理后，煤粉细度达到正常范围，炉渣含碳量有好转的趋势，但仍然偏高，说明煤粉细度偏高是炉渣含碳量偏高的原因之一，但不是主要原因。

4.2 切换制粉系统，改变制粉系统运行方式，观察制粉系统对炉渣含碳量的影响

在运行参数正常、煤粉细度情况下，炉渣含碳量仍然偏高，变换制粉系统运行方式，如甲乙丙、甲乙丁、甲丙丁、乙丙丁（制粉系统自下至上为甲乙丙丁），每种方式运行一天，观察各层燃烧器对炉渣含碳量的影响，改变制粉系统运行方式后，炉渣含碳量没有明显的变化，可以排除制粉系统运行方式对炉渣含碳量的影响。

4.3 修复或更换燃烧器

2015年#3炉进行大修，对燃烧器修复、更换进行的具体工作如下：（1）重新进行切圆校核符合要求（#1、3角大圆直径700mm，#2、4角小圆直径500mm；微油点火燃烧器#1、3角大圆直径650mm，#2、4角小圆直径450mm）。（2）进行喷燃器执行机构调试，保证内外摆动角度一致、同步摆动灵活无卡涩；对燃尽风挡板也进行了检查调试，保证灵活无卡涩。（3）检查喷燃器发现部分一次风喷口磨穿、钝体磨损约1/2，方形管局部陶瓷脱落。对所有燃烧器进行修复或更换，所有燃烧器做耐磨处理。

5 治理后的效果

2015年大修结束机组正常正常运行后，炉渣含碳量明显降低，飞灰含碳量也恢复到正常值1.3%左右，验证了燃烧器磨损是炉渣含碳量升高的主要原因，炉渣含碳量报表见表2。

6 结束语

低氮燃烧器改造后，NOx下降明显，为后续的脱硝改造提供有利的条件，但也带来一系列的问题，低氮燃烧器改造后带来的主要问题如下：（1）由于低氮燃烧技术采用低温、低氧燃烧，主燃区的温度下降较多，控制和推迟煤粉的着火，并降低着火区的氧量，使煤粉燃尽能力下降，燃烧过程延长，飞灰和炉渣可燃物增大，锅炉效率降低。（2）蒸汽参数偏离设计值，过、再热减温水量增加，屏过或再热器超温，部分机组再热汽温偏低。（3）稳燃性能下降，锅炉抗干扰能力下降，有较大扰动时（如RB工况）容易造成燃烧不稳甚至灭火。（4）燃烧器上部水冷壁区域高温腐蚀加剧。（5）部分机组容易出现过热器严重结焦，最终造成落焦灭火。

总之，对低氮燃烧器改造带来的问题逐渐显现，对这些问题应有正确的认识，充分调查研究并制定相应的对策，在保证NOx达标排放的前提下保证机组的安全经济运行。

参考文献

[1]邹县发电厂.335MW机组集控运行规程[S].

[2]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行性技术[M].北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：高培利（1973-），男，山东泰安人，本科，工程师，主要从事电站锅炉运行技术管理工作。