华电聊城发电厂2027t/h“W”火焰锅炉结焦、积渣原因分析
作者：闪电侠 提交时间：2006-11-09 22:01:23
摘要：本文针对山华电聊城发电厂2027t/h“W”火焰锅炉结焦、积渣现象，结合该锅炉设备、系统、运行方式特点，系统分析了锅炉结焦、积渣的危害、锅炉结焦、积渣形成的条件和过程、2027t/h“W”火焰锅炉结焦、积渣的具体原因，并提出了解决锅炉结焦、积渣问题存在的困难。为解决结焦、积渣问题，保证锅炉安全、经济运行，在大量试验、分析、总结的基础上，采取了一系列可行措施，做了大量工作，使得我厂#1锅炉结焦、积渣现象基本得到控制。但由于我厂锅炉结构特殊，加之结焦原、积渣因十分复杂，随着外界条件的变化，锅炉结焦、积渣仍有继续发生的可能性。作为一项长期任务，各方专业技术人员还需要继续努力，为最终从根本上解决结焦、积渣这一难题献计献策。
关键词：结焦 积渣 原因 措施
1　设备简介
      山华电聊城发电厂一期工程2×600MW汽轮发电机组#1机组于2002年9月11日顺利完成168试运行，移交试生产。锅炉采用英国三井巴布科克公司产品，型号为MBEL-2027/17.30-1型；型式为亚临界、自然循环、W火焰、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣汽包炉；锅炉采用高强度螺栓全钢架悬吊结构。
锅炉炉膛四周布满水冷壁，水冷壁组成了循环系统的主要部分。在炉拱区域以下炉膛横断面为八边形，上部炉膛横断面为矩形。炉膛尺寸（长×宽×高mm）：26680×10488×51153 （上部）；26680×21642×51153 （最大）。水冷壁是由下联箱引出的鳍片管组成的膜式水冷壁。后墙水冷壁在炉后标高40298mm处分叉，一部分水冷壁垂直向上，形成后墙的上部悬吊管；而另一部分未分叉的水冷壁管内折后组成锅炉折焰角。组成折焰角的水冷壁管在水平烟道底部成扇形分布，形成水平烟道底部水冷壁和出口对流管束。另外前、后墙水冷壁在标高27500mm左右处分叉，一小部分向上形成炉墙的下部悬吊管，另一部分水冷壁管内折形成炉拱。为保证循环的安全可靠，在炉底部到前廊入口位置采用内螺纹水冷壁管，其余部分水冷壁为光管。
        前、后墙水冷壁下部形成50°（与水平面的夹角）V型炉底，构成冷灰斗。汽包的下部接出6根集中下降管，然后由64根分散供水管与水冷壁各下联箱连接。
        锅炉顶棚及尾部烟道（省煤器以上）的前、后墙，两侧墙及顶部分别由顶棚过热器管和包覆过热器管所包覆，以保证炉顶和烟道的严密性。
        在炉膛上部垂直布置了前屏过热器和末级过热器，水平烟道上布置了再热器，在尾部烟道竖井内由上而下分别布置了低温过热器和省煤器；烟气经省煤器后转向流经空预器、电除尘器，由引风机通过烟囱排出。
W火焰锅炉结构示意图见图1：
图1　W火焰锅炉结构示意图
过热器采用二级喷水减温，分别布置在低温过热器与前屏过热器和前屏过热器与末级过热器之间，减温水来自给水泵出口电动门后的管路。再热器采用自炉底注入热风的调温方式，并在再热器入口处的再热蒸汽管道上设置了再热蒸汽喷水减温器，其减温水来自给水泵级间。
锅炉配有二台三分仓回转式空气预热器，预热器中烟气自上而下流动，空气自下而上流动，设计的一次风/二次风出口温度为366.7℃/335℃。
锅炉配有2台动叶可调轴流式送风机、2台离心双吸式引风机、2台离心双吸式一次风机及2台双室四电场静电除尘器。
由于本锅炉燃用无烟煤，故采用W型火焰燃烧方式，在炉膛前后火拱上均匀布置了48只缝槽式下射分配燃烧器喷口，二次风喷口与一次风喷口间隔布置，20%的助燃空气作为三次风从前、后墙的下部开口进入炉膛。
为了清除锅炉受热面上的积灰，在炉膛四周布置了22支V92型短伸缩式吹灰器；在屏式过热器、末级过热器、再热器和初级过热器的两侧壁布置了28支RK-SL型长伸缩式吹灰器；在省煤器两侧墙布置了6支RK-SB型半伸缩式吹灰器。吹灰介质是来自屏式过热器出口联箱的蒸汽。
缝槽式下射燃烧器的主要特性：
? 上部煤粉浓缩，及低速一次风/燃料混合物，以便于快速加热和提前点火；
? 高速二次风，以促进长火焰展开；
? 非旋流空气送入，以限制初始紊流，支持逐渐混合；
? 低速三次风，以使整个火焰展开，并限制燃烧产物中NOx形成；
? 每喷燃器组四道煤粉槽布置，以保持外部再循环模式和内部火焰穿透性。
下炉膛高热负荷区域布置了耐火砖卫燃带：耐火砖总覆盖面积为616m2，包括60%的前墙和后墙（前后炉拱下方），4个完整的倒角（下炉膛的四个小角部），炉膛两侧墙上无耐火砖。
锅炉设计为平衡通风，可单侧运行。一次风风箱布置在运转层之下，冷、热一次风经过调节后进入磨煤机干燥并携带煤粉进入炉膛，锅炉的前后墙各有12根一次风粉管道。
环形二次风箱布置在下炉膛的上部，从锅炉前、后墙二次风箱上分别引出6路。从锅炉的拱部向下进入炉膛，提供燃烧所需的空气量。前墙6路二次风道为电动挡板,可在运行中随时调节二次风量。后墙上的二次风挡板为手动挡板。
三次风入口布置在下炉膛的中下部，标高约20m处。从环形二次风箱引出，前后墙各6路。由于制粉系统为正压直吹式，这里的三次风不同于负压式制粉系统中所称的那种带有淡煤粉的三次风。在下炉膛的前墙上布置了6支启动油枪。所以三次风的主要作用是在锅炉启动时供6支启动油枪所需氧量，并在正常运行状态下，三次风的风量应随锅炉负荷的升高而增大，为端部煤粉气流提供氧量，延长着火时间，并且防止在下部炉膛形成还原性气氛。炉膛底部注入热风，接自空预器出口的二次风道，共有2路，每一路有一调节挡板，在调节挡板后分别分为2支，共4支进入炉膛下部。只布置在后炉墙的底部。炉底热风的作用是在运行中调节再热器的汽温，在约80%BMCR时温度和流量达到最大值。它的另一作用是作为锅炉启动前的一级吹扫。
主要设计参数及技术规范
燃烧方式：采用双进双出钢球磨煤机，配旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器，W结构火焰燃烧。
调温方式：过热器：两级喷水减温；
　　　　再热器：炉底注入热风加事故喷水调温。
空预器型式： 三分仓回转式
运行方式： 定压或滑压运行
不投油最低稳燃负荷：50%
燃料特性：
电厂主要燃料是煤（80%无烟煤和20%贫瘦煤混合），设计煤源为山西阳泉煤矿， 0号轻柴油用于锅炉启动和稳定燃烧。
a、煤质特性：
锅炉采用北京克莱德设计制造的湿式除渣系统。每台炉设有一台水浸式刮板捞渣机，运行时，捞渣机壳体内注满水，依靠补水、溢流保持稳定水位。冷灰斗底部装有防溅板和水封板，水封板浸入捞渣机壳体内的水中，形成锅炉底部密封。燃煤在炉膛内燃烧后落下的灰渣进入捞渣机的水中得到冷却，由刮板将其刮出，送入双辊式碎渣机内破碎，然后由A、B两条输渣皮带将渣输送至渣仓，用专用运渣车将渣运走。捞渣机、碎渣机采用液压马达驱动，配有专用油站提供动力油。
2　结焦、积渣情况
2002年10月份以来，我厂#1机组负荷经常连续高负荷运行，多次出现运行中炉内掉大焦、大渣故障，造成捞渣机、碎渣机多次停运，排渣困难，甚至不得不采取旁路排渣、人工拉渣的方式进行除渣。更为严重的是，落下的大焦、大渣将捞渣机砸得严重变形，致使多处多次漏水；因受大焦冲击，炉底防溅板脱落17块，多次将碎渣机卡死。12月10日，因炉膛内落下巨大焦块，将炉底靠近右侧墙处冷灰斗前墙水冷壁管砸漏而被迫停炉处理。仅这一块大焦，重量就接近30吨，八个人用了两天两夜的时间，才破碎、清理完。炉内结焦、积渣集中在下炉膛的卫燃带上，尤以四个小角部最为严重，喷燃器喷口上方挂焦、渣也比较严重，炉膛水冷壁、屏过等处没有发现挂焦、渣现象。这次事故，仅清焦就用了7天7夜 的时间，清除的焦、渣量120多吨。更换砸坏的水冷壁管17根，炉底防溅板20多块，渣斗刚性梁1根，共停机20天。可见#1锅炉的结焦、积渣，严重威胁着我厂的安全经济运行，而且，旁路排渣工作量、劳动强度极大，并且严重污染环境，影响了我厂的形象。解决结焦、积渣问题，已经成为摆在我们专业技术人员面前的首要问题。为此，我们从结焦、积渣的危害入手，深入调查研究，从结焦、积渣形成的现象、条件和过程，努力寻求结焦、积渣形成的原因，并针对不同的原因，采取相应的措施，以保证我厂#1机组的安全经济运行。
#1炉因结焦、积渣造成的问题统计
3　结焦的危害
所谓结焦，是指在煤粉炉的炉膛中，熔融的灰渣粘结在受热面上的现象，粘结物硬度大、密度大；积渣，是指熔融的灰渣不断积聚在受热面上的现象，积聚物松软。结焦、积渣形成有两个条件，一是温度过高，二是灰熔点过低。锅炉结焦、积渣的危害主要有以下几个方面：
(1)降低锅炉效率。受热面上结焦、积渣时，工质吸热少，烟温升高，排烟损失q2增加燃烧室出口结焦、积渣，堵塞通道，以致锅炉通风不足。燃烧器出口结焦、积渣，气流偏斜，这些都会使不完全燃烧损失q3、q4增加。因此，结焦、积渣会降低锅炉热效率η。
(2)降低锅炉出力。燃烧器喷口周围结焦、积渣，逐渐向四周蔓延，挂在锅炉水冷壁上，造成传热不良，直接影响锅炉蒸发量。有时，由于炉膛出口烟温高，使过热汽温升高，以致被迫降低出力。结焦、积渣严重时，大量炉焦、渣落入冷灰斗，严重时砸坏冷灰斗和除渣设备，并且冷灰斗的焦、渣出不来，越积越多，必须降低锅炉负荷甚至停炉除焦、清渣。
(3)造成事故。水冷壁结焦、积渣，使各部分受热不均，以致膨胀不均或水循环不良，都会使受热面管子损坏。大块焦落下或打焦不慎，也会损坏管子。炉内结焦、积渣，炉膛出口烟温升高，使过热器管壁超温；炉内结焦、积渣不匀，也会造成过热器有严重热偏差，这些都可能导致过热器损坏。结焦严重，除焦时间过长，可能造成锅炉灭火。大块焦落下，也可能造成锅炉灭火。因燃烧器喷口结焦、积渣会造成空气动力工况破坏而形成燃烧不完全，还可能发生尾部烟道受热面二次燃烧事故。炉底积焦严重，有可能损坏除渣设备，甚至会造成锅炉被迫停运。由于我厂锅炉结构特殊：没有打焦孔，看火孔面积小且数量少，几乎无法在运行中观察炉内的结焦、积渣情况，这使得炉内结焦、积渣带有很大的隐蔽性，造成事故具有突发性和破坏性。
(4)污染环境。由于每台锅炉仅有1台捞渣机、1台碎渣机，燃烧器喷口周围及卫燃带结焦、积渣后，结焦、积渣现象会越来越严重。燃烧器周围及下炉膛小角部大焦块积到一定程度，随负荷的大幅度扰动或炉膛前墙的振动（由于设计原因造成的，一直未能彻底解决）而脱落下来，掉进渣斗，造成焦量、渣量急剧增加，捞渣机捞出后，碎渣机极易堵塞、卡涩，只能进行旁路排渣，严重污染锅炉房的环境卫生，同时给清理工作造成了很大困难，耗费了大量的人力、物力和财力。
总之，锅炉结焦、积渣对我厂#1锅炉的安全、经济运行构成了严重威胁。
4　结焦、积渣形成的过程及条件
在炉膛中心高温区域内，煤粉灰的某些成分（一些熔点低的成分以及一些共晶混合物）熔化成液态，另外一些难熔的成分则在火焰中心也不熔化。但是，由于灰是由各种成分组成的，因而，在高温处，灰粒一般为液态或软化状态，随着烟气的流动，温度降低，当接触到受热面或炉墙等处时，如果灰粒仍保持软化状态，则可能粘附在受热面或炉墙上，形成结焦或积渣。
结焦、积渣形成以后，由于焦、渣的导热性差，其外表面温度升高，又因为焦、渣的表面粗糙度增大使软化的灰更容易粘附，结果更容易结上第二层焦、渣，如此发展下去，外表温度越来越高，结焦、积渣就越来越严重，当焦、渣的温度达到熔化温度时，熔焦就会流动扩散，扩大了结焦、积渣的范围。因而，结焦、积渣的过程是一个自动加剧的过程。
显而易见，形成结焦、积渣的条件是温度过高和灰熔点过低。