1000MW燃煤机组锅炉冷灰斗浇注料结焦全过程应对及分析.pdf

2023年第2 期（总第30 2 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.02.008应用能源技术351000MW燃煤机组锅炉冷灰斗浇注料结焦全过程应对及分析朱亚（国家电投集团重庆电力有限公司，重庆40 0 0 0 0)摘要：锅炉结焦是燃煤工业锅炉运行中比较普遍的现象。它会破坏正常燃烧工况，减少锅炉出力，破坏正常水循环，造成爆管事故，严重时还会使炉膛出口堵塞而被迫停炉。为此文中对某电厂10 0 0 MW燃煤机组锅炉冷灰斗结焦问题进行了全过程应对及分析，提出了热态下炉内结焦区域诊断和炉膛深度洁净长期控焦方法，彻底解决了历时长达3个月的锅炉多区域严重结焦问题，对今后同类问题的解决具有较强的参考价值。关键词：煤种；冷灰斗；浇注料；结焦；全过程中图分类号：TK223.28Full-process Response and Analysis of Caking of CastableRefractory in Cold Hopper of 1 ooo MW Coal-fired Unit Boiler(State Power Investment Group Chongqing Electric Power Co.,Ltd.,Chongqing 40oo00,China)Abstract:Boiler caking is a common phenomenon in the operation of coal-fired industrial boilers.It can destroy normal combustion conditions,reduce boiler output,destroy normal water circulation,cause tube explosion accidents,and even block the furnace exit and be forced to shut down in severecases.To this end,this paper conducts a full-process response and analysis of the cold hoppercaking problem of 1 o00 MW coal-fired unit boiler in a certain power plant,and proposes a methodfor diagnosing the caking area inside the furnace and long-term caking control of the furnace depthcleaning under hot conditions.The severe caking problem of multiple areas of the boiler,which lastedfor 3 months,was completely solved,which has a strong reference value for solving similar problemsin the future.Key words:coal type;cold ash hopper;castable refractory;caking;full process0引言目前优质的动力用煤具有高发热量、高挥发分、低灰分、低硫分的特点，但煤灰分中钙、铁、钠等金属氧化物含量较高，灰熔融温度较低，近年来多家电厂锅炉掺烧优质的动力用煤后出现结焦问题，影响机组安全运行 1-4固态排渣煤粉炉火焰中心温度通常高达收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 55修订日期：2 0 2 3-0 1-2 4作者简介：朱亚（19 7 0），男，本科，工程师，从事发电企业安全环保监督工作。文献标志码：AZHU Ya14001600，炉膛内煤粉燃烧后的灰渣颗粒呈熔化或半熔化状态,具有较强的粘结性,若灰渣颗粒到达受热面前未充分冷却为凝固态，易黏结形成结焦 5。通常炉内燃烧器喷口、水冷壁以及炉膛出口受热面等区域结焦多发，而冷灰斗结焦较为少见。文献 6 报道了某厂两台HG410/9.8-HM16型锅炉运行中冷灰斗堵渣，引起前后墙水冷壁积渣，并熔为一体形成较大焦块，人力排渣无效被迫停炉，冷灰斗分流钝体改造后正常排文章编号：10 0 9-32 30(2 0 2 3)0 2-0 0 35-0 636渣。文献 7 报道了某厂单锅筒高压自然循环锅炉改变燃用煤种,煤粉细度偏离设计值,末级空预器严重堵灰，热风温度大幅下降，造成燃烧恶化，未燃尽煤粉颗粒落人冷灰斗结焦搭桥，后通过严格上煤管理、捞渣机改造以及磨煤机磨损件更换等措施,保证了锅炉的正常运行。文献 8 研究了某厂30 0 MW机组HG-1021/18.2-PM27型锅炉采用分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧的方式掺烧河南义马烟煤引发冷灰斗严重结焦问题，采用降低义马煤掺烧比例、保证掺混均匀、规范制粉系统投运方式等措施，较好地解决了冷灰斗结焦问题,确保了锅炉的安全稳定运行。文献9 研究了某电厂3台SG-466/13.73-M2003型锅炉冷灰斗斜面大面积结焦问题，通过清除冷灰斗斜面浇筑料，降低炉膛温度，有效缓解了冷灰斗结焦，并结合锅炉均匀配风、高负荷氧量控制在4.0%4.5%等手段，为锅炉长期安全燃用印尼褐煤打下了坚实基础。表1锅炉主要参数主蒸汽流量/(th-1)主蒸汽温度/主蒸汽压力/MPa再热器出口压力/MPa再热器出口温度/再热蒸汽流量/(th-)给水温度/锅炉制粉系统采用中速磨冷一次风机正压直吹式，每台炉配置六台磨煤机（五台运行一台备用）。采用前后墙对冲燃烧方式，每层布置8 只燃烧器，同时在每层燃烧器靠近水冷壁侧设贴壁风,如图1 所示。3号机组C修期间，在锅炉冷灰斗区域增设钢玉耐磨浇注料，浇注料位置示意如图2 所示。前后墙垂直水冷壁与斜坡水冷壁交界处两侧各0.5m,长度约34m，四角冷灰斗拐角处两侧各应用能源技术由此可见，冷灰斗结焦主要是由煤种变化或设备因素导致，大多发生在30 0 MW等级及以下中小型机组,对于6 0 0 MW等级及以上大型高参数燃煤机组未见报道。本文对某电厂3号机组C修期间,在锅炉冷灰斗区域增设钢玉耐磨浇注料，浇注料位置示意如图1所示。前后墙垂直水冷壁与斜坡水冷壁交界处两侧各0.5m,长度约34m，四角冷灰斗拐角处两侧各0.5m,长度约15m,浇注料厚度约7 cm，面积合计约130 m。10 0 0 M W燃煤机组锅炉冷灰斗结焦问题进行了全过程应对及分析,对今后同类问题的解决具有较强的参考价值。1设备概述某电厂二期装设两台10 0 0 MW燃煤汽轮发电机组，锅炉为超超临界参数、单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、I型直流锅炉。锅炉主要参数见表1。锅炉主要设计参数锅炉最大连续蒸发量（BMCR）热耗率验收工况（THA)2.910.122.713.96605.0605.029.1528.025.935.56623.0623.02.374.632.227.51304.0300.00.5m,长度约15m,浇注料厚度约7 cm,面积合计约130 m。燃尽风还原风贴壁风燃烧器图1燃烧器布置图2023年第2 期（总第30 2 期）锅炉额定蒸发量（BRL）2.825.36605.029.085.73623.02.303.35302.02023年第2 期（总第30 2 期）炉墙0.5m0.5m冷灰斗斜坡图2 3号炉冷灰斗增设浇注料示意2结焦诊断分析3号机组C修完成后启动并网，机组正常运行带负荷，运行第5日，首次在炉底捞渣机发现大焦块，焦块尺寸超1m1m0.3m，掉焦时冷灰斗发出敲击声、捞渣机溢流。运行第8 日，锅炉再次掉大焦，焦块尺寸达2 m1m0.4m捞渣机链条卡死，紧急抢修后恢复。锅炉突发结焦且发展迅速，需快速诊断炉内主要结焦区域，为后续应对指明方向。通过焦块形态及可燃物含量分析、全炉膛观火孔检查、DCS参数分析、炉膛温度比对及分区域吹灰进行分析验证。（1)焦块形态及可燃物含量分析。对出现的典型焦块进行取样和可燃物含量分析。如图3所示，焦块形态涵盖了不规则块状。焦块的可燃物含量数据分布为6 0%7 0%、10%2 0%以及02%三个区间。由此可知，炉内已出现多区域结焦，且已引发燃烧恶化、煤粉未燃尽等问题。图3焦块形态(2)全炉膛观火孔检查。逐一打开全炉膛观应用能源技术火孔进行结焦检查，由于百万等级机组炉膛尺寸较大，炉膛火焰明亮，需多次反复观察，明确发现部分燃烧器喷口和前屏过热器屏底挂大焦。(3)DCS参数分析。记录历次掉大焦的时屏式过热器点，选取稳定负荷工况大焦自然脱落的工况，分析燃尽风掉焦前后炉膛负压和受热面壁温的变化，发现炉还原风三燃烧器浇注料37膛负压大幅度波动50 0 Pa,表明屏过区域已出现较为严重的结焦。（4)炉膛温度比对。3、4号炉燃用同一煤种，3号炉出现了严重的掉焦问题，而4号炉运行正常。对比3、4号炉的炉膛温度，在9 50 MW负荷工况，3号炉炉膛平均温度为142 5，比4号炉整体高出53，表明炉内水冷壁已出现大范围结焦，导致水冷壁吸热量减少，炉膛温度升高。(5)分区域吹灰验证。对侧墙水冷壁、前后墙水冷壁、屏式过热器、高温过热器、高温再热器反复分段独立吹灰，观察吹灰掉焦情况，多次发现水冷壁和屏过吹灰时大量掉焦，每3天周期性大面积掉焦1次。3结焦调整方案3.1燃烧优化调整对于当前炉内燃烧器、水冷壁以及屏过多区域严重结焦问题，考虑到屏过焦块从炉膛上部高空自由掉落的安全风险极大，通过燃烧调整调整优先缓解屏过结焦问题。(1)掺烧高灰熔点煤种。表2 为煤种A和煤种B的煤质分析,煤种B的灰变形温度为130 0，软化温度为139 0，而煤种A的灰软化温度仅为1150。研究发现，煤种B分仓掺烧比例低于40%时，燃烧器区域和一级过热器区域易出现结渣;经研究表明,煤种B掺烧比例为10%时对缓解结渣影响不大，最小掺烧比例应不低于20%。3号炉实际掺烧结果表明，当5台磨掺烧3号仓煤种B时炉膛出口NOx浓度大幅升高，SCR运行压力骤升，NOx存在超标排放风险，机组需限负荷运行。为保证机组正常运行，掺烧2 号仓煤种B以缓解炉内结焦。38表2煤种全水Mt煤种A19.3煤种B14.3(2)运行氧量调整。运行中,提升中高负荷运行氧量0.4 0.7 个百分点，抑制炉内还原性气氛表3负荷原控制值/%调整后控制值/%(3)二次风配风调整。中高负荷燃尽风门挡板整体关小，降低炉膛火焰中心高度，加强主燃区表4负荷原控制值/%调整后控制值/%（4）煤粉细度调整。磨煤机出口动态分离避免煤粉颗粒刷墙，以缓解水冷壁和屏过结焦器转速从6 4r/min提高至7 0 7 1r/min,煤粉细度R90从表5动态分离器转速/rmin-1煤粉细度R90/%(5)一次风速调整。将燃烧器一次风速相对较高的1、8 号粉管（靠两侧墙）可调缩孔适当关小，保持同层燃烧器粉管一次风速偏差在10%以表6项目调整前刻度/cm调整后刻度/cm(6)吹灰频次调整。提高易结焦区域吹灰频次，每班定期对水冷壁及屏过吹灰1次，使焦块尽早剥落，以免出现超大尺寸焦块，降低掉焦安全风险。燃烧调整措施实施后，锅炉结焦情况有所好转，集中大面积掉焦周期延长至5天，但炉膛观火应用能源技术煤质分析工业分析空干基灰分干燥无灰基Aad挥发分Vdaf10.635.716.135.4THA75%THA2.62.93.03.6燃尽风门挡板开度控制曲线THA75%THA60403020动态分离器转速与实测煤粉细度关系曲线6465292728调整前后E磨煤机出口粉管可调缩孔刻度磨煤机出口粉管#1#216.814.014.214.02023年第2 期（总第30 2 期）发热量灰熔融性/全硫Qnet,ar/St,ad(MJ/kg)0.421.770.4221.68过强引起的煤粉灰熔点降低，有利于煤粉充分燃烧和缓解炉膛结焦。运行氧量控制曲线见表3。运行氧量控制曲线60%THA4.04.0煤粉燃烧，降低炉膛出口烟温，有利于缓解屏过结焦。燃尽风门挡板开度控制曲线见表4。60%THA50%THA2020202029%减小至18%2 0%（设计值为2 0%），煤粉细度调细有利于煤粉着火提前和充分燃尽，动态分离器转速与实测煤粉细度关系曲线见表5。67682424内,以减小靠侧墙燃烧器粉量，有利于缓解主燃区侧墙水冷壁区域结焦。表6 为调整前后E磨煤机出口粉管可调缩孔刻度。#3#415.816.815.816.8孔仍能观察到部分燃烧器喷口挂有大焦，水冷壁和屏过吹灰时仍有大焦块掉落，日常运行捞渣机刮板拉渣量偏小，机组运行安全风险较高。3.2火炉膛深度洁净随着炉内焦块不断生成、延伸、积厚，炉内各受热面污严重，炉膛温度不断提升，从而进一步变形温度软化温度流动温度DTST1 1201 15013001 46050%THA40%TH4.45.64.45.640%TH10107020#5#613.516.813.516.8FT1 1901 48030%THA6.76.730%THA1010711819#7#814.417.014.414.52023年第2 期（总第30 2 期）加剧炉内焦块的生成,形成恶性循环,需对全炉膛进行深度洁净，保持炉内受热面沾污程度在可控水平，以利于锅炉结焦的长期控制。（1)全炉膛强扰控焦。机组负荷深度升降强制扰动掉焦，负荷从8 50 MW快速下探至450 MW，停留3小时后，拉升至8 50 MW期间炉内大量掉焦，受热面洁净度大幅提升。同时,坚持每天2 次机组负荷大范围升降全炉膛扰动（8 0 0 50 0 MW），期间低负荷停留1小时，改变炉内整体流场和温度场分布，促使焦块与受热面主动剥离，避免炉内焦块越积越多、越积越大。(2)局部切磨扰动控焦。每天2 次磨组切换，依次启停磨煤机，改变炉内局部流场和温度场分布，使炉内燃烧器喷口及主燃区水冷壁区域焦块及早脱落。（3）定期监视屏过控焦。加强屏过结焦情况监视，每班1次通过观火孔检查前屏结焦情况,若发现前屏挂有大焦块，及时进行屏过吹灰主动清焦。（4)限负荷运行控焦。图4为实测机组负荷和前屏烟温关系曲线。为控制屏过区域烟温在神混2 的灰软化温度1150 以下，将机组负荷限定在8 0 0 MW以下。至此，屏式过热器结焦问题得到有效控制，屏过吹灰无厚大焦块掉落，燃烧器和水冷壁结焦情况有所减轻，集中大面积掉焦周期延长至10 天，焦块尺寸保持在1.0 m0.4m0.1m以内,焦块形态减薄、易破碎如图5所示，无需人工碎焦，冷灰斗及捞渣机安全风险大幅降低，锅炉整体安全运行风险可控。D1燃烧器贴维风应用能源技术125012001150110010501000950孔1孔2 孔3孔4孔5孔6 孔7 孔8 孔9炉左炉右图4机组负荷和前屏烟温关系曲线图5运行控制后锅炉掉焦主要形态3.3停炉检查利用3号机组调停机会，第一时间打开人孔门观察炉内挂焦及结焦痕迹如图6 所示，发现冷灰斗浇注料一线至前后墙下层燃烧器之间区域大面积结焦，炉膛四角浇注料区域结焦尤为严重，焦块致密、厚实、成片，并向上延伸，部分下层燃烧器喷口被焦块遮挡，部分下层及中层贴壁风喷口被焦块完全堵塞，屏过中间区域屏底少量挂焦，燃烧器喷口扩锥严重变形区域挂焦相对较多，侧墙水冷壁区域较为洁净，无挂焦痕迹。贴壁风AI燃烧器39800MW850MW4900MW流注料一线浇注料一线图6 浇注料一线结焦情况40由此可知，本次结焦是因炉底冷灰斗浇注料阻碍了正常灰渣滑落排出，灰渣在浇筑料与前后墙水冷壁之间及冷灰斗四角区域快速堆积，导致冷灰斗冷渣效果大幅削弱，煤粉燃烧后的熔融灰渣难以充分冷却，浇筑料区域出现致密大焦块且不断向上延伸，前后墙结焦一直延伸至下层燃烧器喷口区域，炉膛四角结焦延伸至中层贴壁风喷口区域，造成部分燃烧器喷口和贴壁风喷口堵塞，严重影响了炉内燃烧流场组织，导致炉底灰渣可燃物含量大幅升高，甚至出现了未燃煤粉块。与此同时，炉膛下部区域大面积结焦导致水冷壁吸热量大幅减少，破坏了炉内总体热平衡分布，导致炉膛温度急剧升高，引发上部水冷壁及屏式过热器区域结焦，造成恶性循环，最终呈现冷灰斗、燃烧器、水冷壁以及屏式过热器多区域大范围严重结焦现象。调停期间对3号炉炉膛进行了彻底清焦，将冷灰斗浇注料全部拆除，并对燃烧器喷口扩锥和稳焰齿进行消缺。启机并网，机组负荷带至1000MW,炉渣形态及渣量正常，日常运行渣形细碎，吹灰过程渣形呈现小块片状如图7 所示，至此3号炉历时长达3个月的结焦问题得到彻底解决，机组恢复正常运行。图7 调停处理后炉渣主要形态4结束语对某电厂10 0 0 MW燃煤机组锅炉冷灰斗浇注料结焦问题进行了全过程应对及分析，主要结论如下：(1)提出了热态下炉内结焦区域诊断方法，应用能源技术系统涵盖了焦块形态及可燃物含量分析、全炉膛观火孔检查、DCS参数分析、炉膛温度比对及分区域吹灰验证，诊断出炉内燃烧器、水冷壁以及屏式过热器多区域严重结焦，为后续应对指明了方向。(2)对于炉内多区域结焦问题,采用高灰熔点煤种掺烧、运行氧量提升、燃尽风门关小、动态分离器转速提高、粉管风粉调整、吹灰频次增加等调整，优先控制屏过结焦，有效延长掉焦周期。（3）提出了炉膛深度洁净长期控焦方法，综合全炉膛强扰控焦、局部切磨扰动控焦、定期监视屏过控焦以及限负荷运行控焦，使炉内已有焦块大量剥落，保持炉内受热面沾污程度在可控水平，以利于锅炉结焦的长期控制。(4)停炉结焦检查确定了冷灰斗浇注料为炉内多区域严重结焦问题根源，将冷灰斗浇注料全部拆除后,结焦问题彻底解决，机组恢复正常运行。参考文献1叶青.煤种A炭M.北京：中国标准出版社，2003.2徐福海.三河电厂350 MW锅炉改烧煤种A的研究与实施 J.华北电力大学，2 0 0 6.3陈怀珍，刘家利，相大光.神华动力用煤燃烧特性研究 J.洁净煤技术,2 0 0 7,13(6):53-55.4子孙亦鹏,程，亮，于，洋，等.煤种A掺烧安全性和经济性试验分析 J.电站系统工程，2 0 13,2 9（5)；47 49.5 岑可法，周昊，池作和，大型电站锅炉安全及优化运行技术M.北京：中国电力出版社,2 0 0 3.6吴忠良.锅炉冷灰斗堵焦原因分析及防范措施 J.科技创新导报,2 0 16,14:51-52.7季海峰，赵艳荣，王江，锅炉冷灰斗结焦原因及分析 J.内蒙古石油化工,2 0 11,10:42 43.8段学农，李文军，王新，等.四角切圆锅炉冷灰斗局部结焦异常分析与对策 J.华中电力，2 0 10,2 3(5):34-36.9韩磊，韩强，马洪涛，等.燃煤锅炉冷灰斗结焦原因及对策 J.电力与能源,2 0 16,37（5：6 32 一636.2023年第2 期（总第30 2 期）