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420th鍋爐爐膛結渣試驗研究

文檔作者：姜宏武文檔來源：安慶石化熱電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月08日
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第34卷第11期
2012年11月
華電技術
Huadian Technology
Vo1．34 No．11
NOV．2012
420 t／h鍋爐爐膛結渣試驗研究
姜宏武
(安慶石化熱電廠，安徽安慶246002)
摘要：以某電廠420t／h鍋爐為實例，對結渣機制進行了分析，以爐膛結渣為判斷依據(jù)，介紹了調整配風方式、運行氧量
及其降低鍋爐負荷等不同運行方式對爐膛溫度和結渣的影響，提出了控制爐膛結渣的最佳方法。
關鍵詞：煤粉鍋爐；爐膛結渣；燃燒調整試驗
中圖分類號：TK 227．1 文獻標志碼：B 文章編號：1674—1951(2012)11—0018—04
0 引言
爐膛結渣對鍋爐運行危害極大，輕則影響鍋爐負
荷，重則會發(fā)生惡性事故。低氮燃燒易產(chǎn)生爐膛結
渣。爐膛結渣與煤種燃燒特性和鍋爐運行狀態(tài)密切
相關，在煤種無法改變的情況下，通過燃燒調整可減
輕結渣。爐膛結渣具有緩慢發(fā)展的特點，在實際運行
中，主要受爐膛溫度水平的影響，兩者互相促進。
通過對420t／h煤粉鍋爐進行試驗，研究了運行
方式與爐膛結渣的關聯(lián)性。研究結果表明，在不影
響鍋爐出力及效率的前提下，改變配風方式對爐膛
溫度的影響不大；在不影響鍋爐出力及犧牲效率的
條件下，全開一次風壓力冷風效果最好。降低鍋爐
負荷可明顯減輕爐膛結渣，其效果與其降幅有關，負
荷下降20％左右對爐膛溫度影響不大，而下降35％
以上則會使爐膛溫度明顯降低。
1 結渣判斷依據(jù)
1．1 結渣機制簡述
結渣的本質可概括地表述為：當溫度高于灰熔
點的煙氣沖刷受熱面時，煙氣中熔融的灰渣黏附到
受熱面上，造成結渣。燃煤鍋爐結渣是一個復雜的
物理、化學過程，涉及煤的燃燒、爐內傳熱傳質、煤的
潛在結渣傾向、煤灰粒子在爐內運動以及煤灰與管
壁問的黏附等復雜過程。
煤中灰分是指存在于煤中的所有的無機物質，
灰分可分為3類，即原生礦物質、次生礦物質和外來
礦物質。3種灰分在煤中的存在形態(tài)不同，在爐內
的生成機制也不同。
灰顆粒向水冷壁面輸運是結渣的重要環(huán)節(jié)。其
輸運機制主要有3類：第1類為揮發(fā)性灰的氣相擴
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
由于灰粒的形成機制及輸運機制不同，灰渣在
管壁上沉積存在2個不同的過程，即初始沉積和慣
性沉積。導致爐內結渣迅速增加并對鍋爐安全運行
構成威脅，其主要因素是慣性沉積。
1．2 影響結渣主要因素
由爐內結渣機制可見，灰渣的慣性沉積是影響
爐內結渣的關鍵。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為2點。
(1)爐內溫度水平和溫度場分布。由慣性輸送
的灰粒在初始沉積層上的黏結除與初始層的性質有
關外，還與撞擊灰粒的溫度水平有關，當撞擊灰粒的
溫度很高，呈熔融狀液態(tài)時，很容易發(fā)生黏結，致使
結渣過程加劇。電站鍋爐爐內中心溫度為1 500～
1 700℃ ，煤粒燃燒時其本身溫度要比爐內溫度高
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動的過
程中，由于灰顆粒運動速度快，受到的冷卻效果差，
熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長大。
因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時的狀態(tài)對渣的
積聚、長大具有重要影響。因此，爐內溫度水平和溫
度場分布是產(chǎn)生嚴重結渣的主要影響因素。
(2)爐內氣流結構及煤粉細度。在四角燃燒鍋
爐中，氣流在爐內做旋轉運動，受慣性力作用，煤粉
顆粒向旋轉氣流外側聚集。因此，煤粉濃度切圓和
溫度切圓要比速度切圓大。減少爐內氣流切圓直
徑，降低煤粉細度均可減小煤灰顆粒向水冷壁的慣
性遷移，有利于減輕結渣。
1．3 爐內結渣的判斷依據(jù)
根據(jù)爐內結渣機制，在非煤種因素中，影響結渣
的主要因素為爐內溫度水平和溫度場分布及爐內氣
流結構和煤粉細度等。
該試驗研究是以爐膛溫度進行測量比較為主，
爐內燃燒器區(qū)域結渣情況觀測對比為輔，結合鍋爐
各段煙溫、汽溫和減溫水量等參數(shù)對爐內結渣情況
第11期 姜宏武：420 t／h鍋爐爐膛結渣試驗研究 ·19·
進行綜合評估。
2 試驗鍋爐
試驗鍋爐為SG一420／140一M415型煤粉鍋爐，
熱風送粉、四角切圓、中間倉儲式鋼球磨制粉系統(tǒng)，
下2層一次風集中布置，燃燒器自下而上分別為二
次風、一次風、一次風、二次風、一次風、二次風、三次
風、二次風，設計煤種為淮北煙煤，常用煤種為大混
煤，表1為鍋爐主要設計參數(shù)，表2為設計及常用煤
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
渣現(xiàn)象，多次出現(xiàn)冷灰斗堵塞現(xiàn)象。
表1 鍋爐主要設計參數(shù)
表2 設計及常用煤種主要參數(shù)
3 主要測試方法
在試驗期間，保持鍋爐負荷穩(wěn)定，各運行參數(shù)基
本不變，制粉系統(tǒng)投運方式不變，主要測試方法
如下：
(1)著火與結渣情況觀測。一次風噴口附近著
火情況觀察、噴口附近水冷壁結渣情況觀察。
(2)溫度測試。用紅外線測溫儀(IRT一3000A
型)測量一次風和三次風噴口附近的風粉混合物的
溫度，從每個觀火孑L測量爐膛的溫度場，其爐膛溫度
場測孔分布如圖1所示。
圖1 爐膛溫度場測孔分布
(3)煙氣成分測量及煤粉、飛灰、爐渣取樣分析。
(4)運行參數(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
風溫度、冷風溫度、爐膛出口(過熱器)氧量、系統(tǒng)風
壓、一次風風壓及減溫水量等。
4 試驗結果
4．1 配風方式對爐內結渣的影響
鍋爐共配置4層二次風，習慣采用的運行方式為
均等配風，為研究配風方式對爐內結渣及溫度分布的
影響，在其他主要參數(shù)不變的條件下，對正寶塔和倒
寶塔2種方式與均等配風進行了對比，表3是主要對
比數(shù)據(jù)。圖2為不同配風方式對溫度分布影響。
表3 配風方式對結渣影響主要結果
1 7o0
l 500
1 300
1 loo
900
700
5oo
圖2 不同配風方式對溫度分布影響
由試驗分析的結果可見：
不同配風方式對爐內燃燒工況的影響是明顯
的，由于試驗煤種揮發(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 第34卷
好，燃燒初期需要充足的氧量供應，正寶塔和倒寶塔
配風均會發(fā)生煤粉氣流局部缺氧而產(chǎn)生難燃盡的炭
黑，從而導致爐膛出口煙溫、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冷灰斗堆渣有很大影響，
而不同配風方式對爐膛下部溫度水平和一次風煤粉
氣流溫度有較大的影響。煤粉在爐內燃燒需要一定
的時間，在正寶塔配風時，燃燒器下部區(qū)域的二次風
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，對減輕結渣有利，而倒寶塔配風
時，一方面二次風的冷卻作用減弱，另一方面會產(chǎn)生
還原性氣氛，促進了結渣并使溫度水平上升。
4．2 運行氧量對爐內結渣的影響
共進行了2組氧量調整試驗，第1組是在前述
正寶塔配風的基礎上進一步提高了氧量，第2組是
在均等配風的基礎上降低了氧量，表4是主要對比
數(shù)據(jù)，圖3為提高氧量對溫度分布的影響，圖4是降
低氧量對溫度分布的影響。
表4 運行氧量對結渣影響主要結果
圖3 提高氧量對溫度分布的影響
由試驗分析的結果可見：在正寶塔配風4％ 氧
量的基礎上進一步提高運行氧量，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。
在均等配風條件下運行氧量由4％ 降低到
l 7OO
1 500
量 o
贈1 100
oo
7oo
500
圖4 降低氧量對溫度分布的影響
2．5％，盡管爐膛結渣情況尚未出現(xiàn)明顯增加趨勢，
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 壓力冷風對爐內結渣的影響
在均等配風、正常氧量條件下全開一次風壓力
冷風門的對比試驗，表5是主要對比數(shù)據(jù)，圖5是壓
力冷風對溫度分布的影響。
表5 壓力冷風對結渣影響主要結果
主要指標
運行方式
正常方式 開冷風門
1 7oo
l 500
1 300
l 1oo
900
700
5oo
圖5 壓力冷風對溫度分布的影響
由試驗分析的結果可見：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100 cC左右，可減輕爐膛結渣，明顯緩解冷
灰斗堆渣，對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
通過空氣預熱器的風量降低。
全開一次風壓力冷風門的效果最為明顯，爐膛
平均溫度下降達6．34％ ，其主要原因為一次風煤全
開壓力冷風，粉氣流溫度明顯下降，著火推遲。爐膛
結渣有所減輕，而減溫水量和各段煙溫變化不大。由
第11期 姜宏武：420 t／h鍋爐爐膛結渣試驗研究 ·21·
于通過空氣預熱器風量減少，導致排煙溫度明顯上
升，鍋爐效率明顯下降。
4．4 運行負荷對爐內結渣的影響
分別在鍋爐發(fā)電功率128 MW，100 MW，80 MW
條件下進行了對比試驗，表6是運行負荷對結渣影
響的主要對比數(shù)據(jù)，圖6是運行負荷變化對溫度分
布的影響。
表6 運行負荷對結渣影響主要結果
l 7o0
l 500
釜 o
贈1 100
900
70o
50o
圖6 運行負荷對溫度分布影響
由試驗分析的結果可見：發(fā)電功率從128 MW
下降到100 MW，爐膛結渣和爐內溫度水平變化不
大，而發(fā)電功率進一步降低到80 MW，結渣情況明顯
減輕，爐膛溫度水平明顯下降。
5 結論
采用3種燃燒調整方法對爐內結渣影響試驗進
行了分析，得出如下結論：
(1)在保證鍋爐出力的前提下，采用全開一次
風壓力冷風門的方法可明顯降低爐膛總體溫度水
平，減輕結渣。但摻入冷風會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，又要減輕對鍋爐效率
的影響，采用正寶塔配風可小幅降低燃燒器區(qū)域下
部溫度水平，減輕結渣，若能夠21進一步提高運行
氧量，則效果更好。
(3)降低鍋爐負荷可明顯減輕爐膛結渣，但與
其降幅有關，負荷下降20％左右對爐膛溫度影響不
大，而下降35％以上則會明顯降低爐膛溫度。
(編輯：王書平)
作者簡介：
姜宏武(1967一)，男，安徽池州人，高級工程師，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功能的實現(xiàn)，機組應完
全進入FCB模式的自動控制，任何人工干預都將導
致FCB功能切換失敗。
機組應采用單向連鎖保護方式，當電網(wǎng)故障時
只切斷主變壓器出口開關，鍋爐和汽輪發(fā)電機不產(chǎn)
生聯(lián)動保護動作，使機組連鎖保護模式能夠適應機
組FCB的要求。根據(jù)上海外高橋第三發(fā)電有限責
任公司的運行經(jīng)驗，建議設置發(fā)電機出口斷路器
(GCB)，以便在FCB工況時由發(fā)電機帶廠用電進行
小島運行，但在發(fā)電機保護動作時，機組將廠用電自
動切換至備用變壓器。
汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)(DEH)控制回路切
換到轉速控制，將汽輪機轉速穩(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荷
(RB)控制方式快速減至最低穩(wěn)燃負荷，控制旁路系
統(tǒng)快速開啟，根據(jù)FCB各個階段要求控制給水系
統(tǒng)、回熱系統(tǒng)和凝結水系統(tǒng)的參數(shù)和流量。
參考文獻：
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千瓦等級超(超)臨界機組運行及控制技術研討會論文
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(編輯：劉芳)
作者簡介：
宋洪濤(1961一)，男，吉林長春人，高級工程師，從事火
力發(fā)電廠設計、EPC總承包項目設計管理方面的工作

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