1000MW超超临界机组深度调峰对锅炉受热面结焦腐蚀等方面的影响分析

张涛

摘要：考虑到电力计划和煤炭市场需求，锅炉用煤的种类难以确定。锅炉在燃烧过程中难免会发生焦化，从而引起锅炉受热面结焦腐蚀。超临界1000 MW机组的调峰控制锅炉，在生产中出现了大量的结焦、落焦等问题。若不加以调节，则会造成装置失效，使装置的安全与稳定丧失。鉴于此，本文对锅炉受热面结焦腐蚀等方面的影响因素及原因进行分析。

关键词：1000MW超超临界机组；锅炉结焦腐蚀；结焦防治

1.设备概况

东营公司2×1000MW超临界锅炉为上海锅炉股份有限公司制造的SG-2778/32.45-M7053型超超临界参数直流锅炉，锅炉形式为：单炉膛、二次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结塔式燃煤锅炉。锅炉运转层以下紧身封闭、运转层以上露天布直。锅炉设计煤种为神时东胜烟煤，以晋北烟煤作为校核煤种，采用等离子系统点火及稳燃，实现无油启动。灰渣采用分除方式，飞灰采用气力干除灰，炉渣采用干式除渣。烟气脱硫采用石灰石一石膏湿法脱硫工艺；烟气脱硝采取选择性催化还原（SCR）法，还原剂氨由尿素水解制备。另外，该套锅炉设备在系统上主要配备有燃烧系统、制粉系统、给水系统等。比如该套设备的燃烧系统采用的是上海锅炉股份有限公司的高级复合空气分级低氮燃烧技术，燃烧方式采用四角切圆燃烧。燃烧器具有较好的自稳燃能力和较高的燃烧效率，在防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差等万面，同样具有独特的效果。主风箱设有4层等离子煤粉喷嘴和8层齿形煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。燃烧器风箱分为独立的5组，下面3组是主燃烧器风箱，两组燃尽风均为分4层布置，共8层可水平摆动的燃尽风喷嘴，所有燃尽风形成一个逆时针的偏角，起到消旋的作用。

2、锅炉结焦的成因

百万机组塔式炉深度调峰，目前来说没有形成非常成熟的理论调整依据，各电厂管理及运行人员都是处在一个摸索的过程中，但结焦的主要原因不外乎以下几种：

(1)煤种的影响

焦炭的生成与煤熔点、煤灰组成有很大关系。当煤粉的熔点比设计值低，而且含有大量的灰份时，很容易发生结焦现象。

(2)炉膛内温度的影响

随着炉膛内温度的升高，灰渣更易于进入软化或熔融状态。这就导致了焦化。更有可能发生焦化。随着燃烧区温度的升高，易挥发成分的汽化程度也随之增加。这就为焦炭的形成提供了有利的条件。

(3)风煤配比的影响

抽风机排出的烟气温度高，并含有大量的粉尘和杂质。这样，当鼓风机没有足够的风速时，烟尘就不会被抽走，而是会在高温下变为软态，再转变成液体，这就形成了一个有利的环境。

(4)空气动力场特性的影响

炉膛内燃烧室安装角度不对、送风不当、燃烧切向圆大、燃烧中心偏斜、高温烟气冲刷水冷壁等。烟气中的熔渣在凝结之前就会与水冷壁发生接触，从而使其在瞬间变硬而产生焦炭。

(5)吹灰器的影响

锅炉吹灰器长期停机或不合理的吹灰，会使受热面上的粉尘逐渐增多，同时，因高温、缺氧，会发生软化，造成烧焦。

3.锅炉结焦产生的危害及分析

锅炉结焦对锅炉产生的危害有：蒸汽温度高，水循环破坏，排烟损失增加，锅炉出力显著下降。结焦严重影响锅炉的正常使用和安全，其原因有：

(1)当大面积的焦炭坠落时，会立即产生大量的蒸汽，使大量的冷气泄露到锅炉的底部，从而使燃烧区（特别是下部燃烧区）的煤粉燃烧状况恶化，从而引起炉膛负压的急剧变化（超出极限），从而导致锅炉熄火：如果焦炭融化成大块，由于重力作用，会从顶部脱落，造成冷灰斗的水冷壁破损，从而导致负载下降，甚至出现锅炉故障。

(2)燃烧器喷口结焦，影响气流的正常流动和炉内空气动力场。

(3)炉膛结焦引起过热汽温升高，并导致过热汽温、再热汽温减温水开大，甚至会招致汽水管爆破从而缩短锅炉设备的使用寿命。

(4)结焦会使锅炉出力降低。

(5)排烟损失增大：由于结焦使炉膛出口温度升高，造成排烟温度升高，从而增加排烟热损失，锅炉效率降低。

4.锅炉结焦的处理措施

4.1 掺烧管理要求

(1)根据该公司安全生产管理提升指引要求，公司明确采用4800-5200大卡动力煤作为主烧煤种，3500大卡煤作为掺烧煤种。主烧煤质要求发热量4800-5200大卡、挥发份30-35%、灰熔点＞1300℃、灰分＜25%、硫份＜1%。掺烧煤种掺烧比例不超过20%。

(2)煤场高级经理按煤质的不同特征，在规定的范围内对煤种进行合理的分级，并绘制煤场示意图。在堆存煤时，必须将易燃物分层压实。采煤必须遵循先堆放，烧旧存新的原则。储煤场要经常进行燃烧，以保证场地彻底清洁，炉底和墙角不能留下任何的老煤。煤场的储煤温度在80摄氏度以上时，需要进行燃烧。

(3)在煤场的储煤结构出现问题时，煤矿的上级主管应当按照《关键生产参数预警管理实施细则》的规定，及时发出相应的预警。

(4)禁止新的煤炭直接流入炉内。锅炉高级主管按照煤质分析结果进行了混合燃烧实验，在确保安全和环境保护的基础上，确定了混合燃烧的边界条件。

(5)根据计划图，适时调整煤炭分配模式，保证负荷曲线、负荷提升速度、降低两项指标，增加收益。

(6)根据煤质的不同，对混合后的挥发分、硫含量、热值、灰熔点、水分等指标进行综合分析，以保证设备的安全和环保。

4.2 掺烧技术要求

(1)根据现场的搅拌及燃烧经验，掺烧后的煤粉应达到1300摄氏度以上。低熔点煤的混合与燃烧比例一般不能超过两个料仓。在两料仓的混合灰熔点小于1300℃的情况下，要适时地降低搅拌量。低熔点煤中总水分含量高，通常采用 C、 D两种磨料。

(2)通过在锅炉的左面和右面的两个省煤器出口四个氧测量点上，对锅炉的氧含量进行了平均值。不同负荷的控制单元（目标-0.25≤-0.25）的实际值小于+0.25的目标值。在各种工况下，氧气的浓度不能少于2.5%。

(3)为避免主燃烧区内发生低氧燃烧，在负载升高时，要及时开启二次风阀，保证各二次风阀的开度在40%~70%之间，补偿风量为20%。在煤质超过60吨的情况下，二次风门的开口率在50%以上，底风的开度在60%以上。

(4)在高负载阶段，降低燃烧空气的开口，使脱硝进口的 NOx浓度不能小于200 mg/Nm3，而二次风箱的压力也不能小于0.2 kpa。

(5)严格按照规定的程序进行锅炉的吹灰。650 MW机组采用手工吹灰<700兆瓦，700兆瓦采用程控吹灰≤锅炉负荷。在吹灰过程中，要加强火灾检查，炉膛负压，渣井温度，以及火焰电视的监测。若火检有问题，则停止吹灰，并马上注入电浆。

(6)加强炉膛烟气画面各烟气温度监视，烟气温度超过设计值及时汇报锅炉高级专工。低过入口烟温＜1250℃、二级省煤器入口烟温＜480℃、一级省煤器入口烟温＜390℃。根据烟温变化趋势及时分析受热面结焦、积灰情况。

(7)在机组负荷迅速上升和下降时，应加强对锅炉火灾探测、火焰电视、渣井温度、渣干燥机、渣渣破碎机等各项指标的监控。在火情检测出现波动时，应立即停止负荷的升降，并将电浆注入，避免由于温度的急剧变化引起的焦炭降低，从而造成火灾的不稳定。

(8)在装置的正常操作过程中，号筒1-4的次级风门自动操作而无需设定偏差，以保证四个拐角处的二次风门遵守指令，并维持同样的开口量，避免二次风向。如发现二次气门有阻塞，请立即向锅炉工区报告，并将缺陷填入。

(9)加强对粉料工艺参数的监控与调节，保证每条粉管的一次风向在22~26米/秒，同一层燃烧室的风速差为5%，以保证炉膛内的空气充盈，不会有任何偏移，避免火焰刮到墙壁。另外，磨煤机选机的转速必须在90转/分以下。

(10)将锅炉炉膛的负压设置在-100帕到-150帕之间。现场的消防观测工作应由专业的锅炉管理人员进行。在进行火警观测时，负压要调节到-200 Pa，以免因锅炉烧焦引起的正压伤人。

(11)在相同负载条件下，操作员要加强烟气温度、蒸汽温度、减温水开度等各项指标的对比，并利用灰渣干燥机摄像头对其进行监测，以判定其结焦程度。发现炉膛参数异常、掉焦，应及时上报上级主管，调整煤质，调整吹灰方式，快速减重，消除焦。

5.结语

总之，随着太阳能、风力发电等清洁新能源的迅速发展，国家能源局提出，2020年，新能源比重已从20%提高到30%。随着新能源在电力系统中的比重逐步增大，将会在火电系统中占有一定的发电量比重，对大型火电进行深度调峰已成为必然。为保证金属监测元件的安全，必须加强对机组深度调峰和柔性改造后“宽负荷”运行的新特征和新的失效形态，预防重大金属设备的损伤。

参考文献：

[1]王文,田松柏.煤灰熔融性对锅炉运行的影响及对策[J].大氮肥,2022,45(02):86-88.

[2]蔺伟东.预防循环流化床锅炉结焦的措施[J].今日制造与升级,2022(01):76-78.