国电吉林热电厂10、11号炉结焦原因分析

国电吉林热电厂10、11号炉结焦原因分析关键词：结焦、喷燃器、动力场、灰熔点锅炉的结焦问题是比较普遍存在的，严重的结焦会导致锅炉被迫停炉，极大地影响锅炉的安全性和经济性。10、11号炉经过多年运行发现结焦部位只是在各个喷燃器周围及上排喷燃器的上部19米水冷壁四周，而炉膛出口各个过热器并未发现结焦现象，这也是与10、11号炉为塔式炉型式，炉膛上部排叠布置辐射、半辐射、对流过热器且无折焰角无烟气走廊，增加了吸热量降低了炉膛出口温度有关。1 设备概况吉林热电厂10、11号锅炉为具有超高压参数的塔式单汽包自然循环、膜式水冷壁的蒸汽锅炉，型号为E-500-13.8-560KT，配T-90-130/10型汽轮机整体运行。设计燃料为黑龙江产的烟煤。锅炉配有四台钢球磨中间储仓式制粉系统，乏气送粉。1.1 锅炉规范见表1表1 锅炉规范项 目单 位BMCR工况过热蒸汽蒸发量t/h500汽包工作压力MPa15.7过热蒸汽出口温度560过热蒸汽出口压力MPa13.8给水温度228给水压力MPa15.94冷风温度30温风温度130（制粉）温热风温度250（制粉）热风温度370（二次风）排烟温度1541.2 燃料特性见表2表2 燃料特性烟煤项 目符 号单 位设计煤种校核煤种收到基低位发热量Qnet,arkJ/kg1699818680空气干燥基水分Mad%1.531.48干燥无灰基挥发分Vdaf%30.030.46收到基水分Mt%6.85.60收到基灰分Aar%35.4633.54收到基碳Car%44.0447.8收到基氢Har%3.113.42收到基氧Oar%9.488.53收到基氮Nar%0.770.76收到基硫Sar%0.340.35灰变形温度DT1347灰软化温度ST1490灰熔化温度FT14901.3 燃烧系统10号锅炉燃烧系统采用平衡通风方式，配置2台送风机、2台引风机，配置四台钢球磨煤机，中间储仓式制粉系统，为乏气送粉。燃烧室为单炉膛结构，宽度为11260mm，深度为10410mm。在炉膛四周六角布置了12个直流缝隙式煤粉燃烧器，分上下两排，每排各6个，呈正切布置在炉膛水冷壁上，按燃烧器轴线煤粉气流形成直径为1200mm切圆，如图D所示：燃烧器主要设计参数见表3。表3 燃烧器主要设计参数名称风率（%）温度（）风速（m/s）一次风29.16022.5二次风37043.52 产生结焦的因素有哪些2.1产生结焦的因素无外乎以下几方面：1设计煤种与实际运行煤种的特性及其差异暨煤质因素2喷燃器结构与布置3炉内气流的空气动力场4受热面光洁度5截面热负荷的影响6 容积热负荷7煤粉细度8运行调整因素9过剩空气系数3 下面我们就从以上9个方面逐一分析10、11号炉结焦原因3.1设计煤种与实际运行煤种的特性及其差异暨煤质因素 10、11号炉设计煤质灰变形温度1347度灰软化温度1490度灰熔化温度1490度，而我们烧的海满煤 灰变形温度1206度灰软化温度1271度灰熔化温度1404度，海拉尔煤 灰变形温度1180度灰软化温度1230度灰熔化温度1390度，珠斯花煤 灰变形温度1210度灰软化温度1243度灰熔化温度1435度上述数据可以看出以上我们烧的煤种比设计煤种灰的融化温度最大低100度。所以煤质因素是产生结焦的一个因素之一。3.2喷燃器结构与布置如图10、11号炉喷燃器布置为：在炉膛四角及两个侧墙断面上，分上下两排每排布置6个直流缝隙式煤粉喷燃器，共12个喷燃器。如图所示A，可以看出沿炉膛宽度喷燃器距离为10410mm、而沿炉膛深度喷燃器距离约为5630mm这一数据说明甲乙两侧墙的截面热负荷比较大。上排喷燃器标高为13950mm,下排喷燃器标高为11550mm，两排喷燃器距离为2400mm比较近。这种型式布置的喷燃器比较集中，喷燃器出口及着火区温度较高有力于燃烧不宜灭火，炉膛温度最高处应该在上下排喷燃器中间偏上排喷燃器处，暨标高在13000mm处，且两侧墙的上排高于前后墙上排暨炉膛温度最高点应该在9及12号喷燃器周围。所以该处由于温度较高，燃烧熔点低的煤种如蒙东煤时最易结焦。如图B也可以看出这种喷燃器的喷口高宽比较大、喷口截面积较大这样气体射流刚性就偏小，气流偏斜较大，对下游喷燃器横向推力较大。3.3炉内气流的空气动力场3.3.1如图10、11号炉炉内火焰是一个倒锥柱体，下切圆小、上切圆大。火焰及烟气沿顺时针方向急速旋转呈螺旋式盘旋上升，锥柱体中心呈真空态将炉顶高温烟气卷吸至下排喷燃器根部，提高下排喷燃器根部温度，以利于燃烧。上下切圆均顺时针旋转，上游喷燃器除切向射流至假象切圆外，受高速旋转气流离心力及下游喷燃器引力的双重作用，一部分气流转向下游喷燃器，有力于下游喷燃器引燃及补充燃烧所需的二次风量及氧量。但这部分气流力量若太强或下游喷燃器射流刚性不足会产生一个横向推力，使下游喷燃器射流偏斜。下排喷燃器二次风口布局为上格最大、中格次之、下格最小。这样通过的上格风量最多会使射流末端烟气下翘有力于卷吸烟气提高根部温度。而上排喷燃器二次风口布局截然相反，有力于射流末端烟气上翘以提高汽温。3.3.2燃烧机理 通过分析喷燃器结构、布置及动力场可以总结出10、11号炉的燃烧机理。这种矩形喷口的喷燃器迎火周界长，吸收高温烟气的热量多，喷入炉膛的煤粉外边沿的挥发份先离析加热着火，然后燃烧煤粉碳粒，所以着火迅速。四角上喷出的气流其实际流向并不是直线，总有些偏斜，这样从喷燃器喷出的煤粉气流经过炉膛中部（已成为高温烟气）以后，就会有一部分直接补充到相邻喷燃器的根部着火区，造成相邻喷燃器的相互引燃并得到炉膛中温度较高的烟气的混入和加热。火焰集中在炉膛中心，形成一个高温火柱，炉膛中心温度较高，而且气流在炉膛中心强烈旋转。煤粉与空气的混合较充份，一次风口在内测，二次风口在外侧，一次风迎向高温烟气便于着火，二次风速较高可以防止气流向外侧过份偏斜。如图也可看出二次风口整体包围一次风口形成周界风作用可起到防止喷口烧坏作用。如图可以看出每一个喷口的一次风口是两个矩形中间有缝隙，从这个缝隙喷出的是二次风，这个风叫夹心风，是用来加强一次气流刚性减少尾迹的散射，避免气流贴墙防止结焦，在一次气流的中心补充着火和初期燃烧所需的氧气，改善一次风气流外缘着火，有利于强化燃烧过程提高火焰根部温度。3.3.3以上描述是理想状态下的空气动力场，但通过10号炉炉内冷态动力场发现问题为：下排喷燃器动力场正常，无偏斜刷墙现象切圆良好，但上排喷燃器中10号喷燃器射流不强、刚性不够，偏斜至9号喷燃器处比较严重，9号喷燃器受上游10号喷燃器横向推力影响轻微偏斜至8号喷燃器使整个上切圆偏离炉膛中心，靠向炉前墙乙侧，燃烧中心离8号喷燃器近，这样 8号喷燃器附近温度高，启炉后测温该处温度最高为13XX度，该处易造成结焦及水冷壁爆管。3.3.4原因 A喷燃器布置原因：上排喷燃器布置在下排喷燃器上部，受下排喷燃器气流及整个炉膛旋转气流干扰因素多，上排喷燃器射流被多方力量所抵消，射流刚性不如下排强，易偏斜。 B上排喷燃器距离整个炉膛火焰温度最高点最近，长期处在高温区，若煤质灰熔点较低该处最易结焦，且处在高温区喷燃器易变形而改变风线，造成火焰中心偏斜，而造成结焦。 C从实验数据可以看出上排二次风速普遍大于下排二次风速，造成上排喷燃器向上卷吸高温烟气的能力大于下排喷燃器向下卷吸高温烟气的能力，使火焰中心整体上移。 D从实验数据看出9号喷燃器一次风速偏小20.4m/s而它上游喷燃器10号一次风速22.3m/s、11号喷燃器一次风速22.5m/s它的对角12号喷燃器一次风速24.6m/s这势必造成9、10号喷燃器射流刚性不强10号喷燃器射流横向推到9号喷燃器，9号喷燃器又横向推向8号喷燃器。做成8号喷燃器温度最高最易结焦。 E从实验数据看出9号喷燃器二次风速30.8m/s而它上游10号喷燃器二次风速31.7m/s。我们都知道射流两侧压力不同在压差作用下被压向一侧产生偏斜，由于直流燃烧器的四角射流相切于炉膛中心假想圆或炉膛按截面不是正方形，使射流两侧与炉墙间夹角不同，夹角大的一侧空间大，炉膛高温烟气向空间补气充分，而夹角小的一侧补充不足，致使夹角大的一侧静压高于夹角小的一侧，在压差的作用下射流向夹角小的一侧偏斜，而1、4、7、10号喷燃器迎火面是60度背火面30度2、5号喷燃器迎火面50度被火面40度所以10号喷燃器角迎火面远大于背火面使10号喷燃器射流易偏斜。 3.3.5总结 通过燃烧机理及冷态动力场查看出10号炉8号喷燃器处为何易结焦的原因。3.4水冷壁光洁度灰体达到融化温度后就会变成半液体半固体粘稠状有一定流动性的物质且附着力非常强。如果水冷壁不光洁，这种半液体半固体粘稠状物质就会附着在水冷壁上，附着上后又被水冷壁冷却变成焦渣，而这焦渣表面更粗糙，更易附着半液体半固体粘稠状物质，进而继续结焦，形成滚雪球现象，越结越多。而喷燃器周围由于工艺要求有耐火层，这个耐火层表面就很粗糙，而喷燃器周围温度又很高所以喷燃器周围易结焦。3.5截面热负荷的影响 这一因素通过前文描述喷燃器布置已说过，不再重复3.6容积热负荷 通过上述可以看出由于10、11号炉喷燃器布置及喷燃器结构可以看出这种型式的锅炉在喷燃器处易结焦，所以若长周期带大负荷，各个喷燃器需长期运行，容积热负荷过大炉膛温度较高，各个喷燃器不能停止冷却，所以喷燃器处易结焦此时若燃烧灰熔点低的煤种时又加剧结焦。故该型式锅炉每天要有低谷，以降低炉膛温度，将半液体半固体粘稠状物质冷却成焦渣再通过声波吹灰器将其振落。3.7煤粉细度 煤粉细度越细，燃烧越完全。就不会产生还原性气体（催化剂），从而不会降低灰熔点另外每一煤粉颗粒单位含灰量就越少，结焦的可能性就越小。煤粉细度越粗则反之。设计煤粉细度为R90 19%，通过每天化学送来的煤粉化验单数据为煤粉细度为X3.8运行调整因素 通过查询DCS内各个一二次风配比及烟气含氧量及各个喷燃器投入型式没有发现因运行调整不当造成结焦。3.9过剩空气系数 过剩空气系数不能低于1.2，否则因燃烧不完全产生大量还原性气体，而还原性气体又可大大降低煤粉的灰熔点从而加剧结焦。（催化剂） 通过查看DCS中烟气含氧量，运行时锅炉氧量都能保持在4.0%（过剩空气系数为1.23）左右，最小在3.5%（过剩空气系数为1.2），若低于3.5%就联系值长减负荷了。