1、引言
    爐內(nèi)受熱面上的積灰結(jié)渣是目前煤粉爐運(yùn)行中較為常見的問(wèn)題。由于結(jié)渣是復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，多年來(lái)爐膛結(jié)渣一直是困擾著電力行業(yè)而未能妥善解決的問(wèn)題。隨著主動(dòng)或被動(dòng)燒混煤的電廠逐漸增加，這一問(wèn)題變得更加突出。
    內(nèi)蒙古西部區(qū)煤炭資源豐富，但利用程度不高，加上火電廠的鍋爐設(shè)備在設(shè)計(jì)選型之前，對(duì)煤炭未進(jìn)行充分的試驗(yàn)研究，如達(dá)拉特發(fā)電廠，造成燃煤特性與鍋爐設(shè)計(jì)不匹配的問(wèn)題比較突出。本文針對(duì)內(nèi)蒙古達(dá)拉特發(fā)電廠鍋爐存在嚴(yán)重結(jié)渣問(wèn)題，并對(duì)內(nèi)蒙古西部煤結(jié)渣性能進(jìn)行研究，預(yù)測(cè)煤的結(jié)渣傾向，尋找防止方法和措施，為大型電站鍋爐的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)提高鍋爐的可用率，節(jié)約能源具有重要的意義和實(shí)用價(jià)值。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、設(shè)備概況
2.1設(shè)備及運(yùn)行情況
    內(nèi)蒙古達(dá)拉特發(fā)電廠3號(hào)鍋爐是由北京B&WB公司引用美國(guó)RB鍋爐技術(shù)制造的B&WB-1025/18.44-M型亞臨界自然循環(huán)固態(tài)排渣爐，配法國(guó)Alsthom330MW汽輪發(fā)電機(jī)組，前后墻對(duì)沖燃燒方式，B&W公司標(biāo)準(zhǔn)的雙調(diào)風(fēng)DRB (Dual RegisterBurner)型旋流燃燒器，采用MPS-225型中速磨三加一運(yùn)行方式，每臺(tái)磨帶一層前后墻各4支DRB型雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器。爐膛墻式吹灰器IR-3按編號(hào)順序投運(yùn)，以對(duì)墻各一成對(duì)同時(shí)吹掃，逐對(duì)同時(shí)投運(yùn)，完成整個(gè)爐膛吹掃時(shí)間為21min，每班運(yùn)行人員吹掃一次。設(shè)計(jì)煤種為東勝、神木地區(qū)煙煤。
2.2鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)
爐型    B&WB-1025/18.44-M
過(guò)熱蒸汽出口壓力    18.44MPa
過(guò)熱蒸汽出口溫度    543℃
再熱蒸汽流量    906t/h
再熱蒸汽進(jìn)口壓力    4.32MPa
再熱蒸汽出口壓力    4.16MPa
再熱蒸汽進(jìn)口溫度    336.3℃
再熱蒸汽出口溫度    542℃
給水溫度    257℃
一次風(fēng)溫度    387℃
二次風(fēng)溫度    372℃
排煙溫度    140℃
鍋爐熱效率    > 91.94%
2.3煤質(zhì)特性
    通過(guò)對(duì)達(dá)拉特發(fā)電廠3號(hào)鍋爐燃用煤種的采集、實(shí)驗(yàn)和分析整理，發(fā)現(xiàn)達(dá)拉特發(fā)電廠所用煤的煤灰特性比較相近，從中選出3種有代表性的煤作為研究對(duì)象，如含碳量和揮發(fā)分較高的哈拉溝煤，灰分最多的石圪臺(tái)煤等煤質(zhì)特性見表1。并對(duì)3號(hào)鍋爐24h運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集不同負(fù)荷下各工況點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為了準(zhǔn)確、全面地掌握達(dá)拉特發(fā)電廠實(shí)際燃煤及煤灰特性，在達(dá)拉特發(fā)電廠煤源的122個(gè)礦點(diǎn)采樣后，進(jìn)行了煤灰成分、煤灰熔點(diǎn)及煤灰結(jié)渣特性的分析，結(jié)果見表2、3。
    分析表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在達(dá)拉特發(fā)電廠燃煤中，煤灰中的Fe203和Ca0的含量較高，若運(yùn)行中操作不當(dāng)，燃燒調(diào)整不合理，燃燒器～次、二次風(fēng)混合不良，都會(huì)造成氧氣供應(yīng)不足以及爐內(nèi)氣流充滿度不佳，在爐膛內(nèi)或局部區(qū)域產(chǎn)生還原性氣氛，使灰中熔點(diǎn)較高的Fe203被還原成熔點(diǎn)較低的Fe0，而Fe0又易于Ca0、Mg0等高熔點(diǎn)灰分生成熔點(diǎn)僅為1000—1200℃的低熔點(diǎn)共晶體，同時(shí)，煤中的FeS2被氧化后，生成Fe0，則灰熔點(diǎn)大大降低，將會(huì)引起嚴(yán)重結(jié)渣。灰中Al203含量較低，而Si02/Al203的比值較大，自由Si02,也就較多，這也是造成灰熔點(diǎn)低的原因之一。達(dá)拉特發(fā)電廠煤灰中堿性氧化物含量遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平，一方面，堿性氧化物含量高，降低灰熔點(diǎn)，造成在相同的運(yùn)行條件下，與國(guó)內(nèi)同類型鍋爐相比，達(dá)拉特發(fā)電廠鍋爐結(jié)渣的可能性較大。另一方面，灰中的堿性氧化物具有自脫硫的能力，與煙氣中的S02發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽或亞硫酸鹽，在進(jìn)行灰分成分分析中，硫酸鹽或亞硫酸鹽又分解出S03。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
    在研究達(dá)拉特發(fā)電廠煤源的122個(gè)礦點(diǎn)中，絕大多數(shù)礦點(diǎn)（占82.8%）煤灰熔點(diǎn)小于1260℃。灰熔點(diǎn)小于1150℃的占51%，灰熔點(diǎn)最低達(dá)到1050℃的占0.8%，灰熔點(diǎn)在1350℃以上的占0.8%。煤灰熔點(diǎn)平均值為1178℃。
    從表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，達(dá)拉特發(fā)電廠燃煤無(wú)論從哪項(xiàng)判別指標(biāo)來(lái)看都屬于中等偏重或嚴(yán)重結(jié)渣的煤種，其結(jié)渣的綜合判別指數(shù)統(tǒng)計(jì)值表明達(dá)拉特發(fā)電廠燃煤屬于嚴(yán)重結(jié)渣的煤種。另外，從DT、ST、FT三者偏差均小于100℃來(lái)看，該爐結(jié)渣類型屬短渣型。較低的灰熔點(diǎn)及較強(qiáng)的結(jié)渣性使得鍋爐非常容易結(jié)渣。
2.4鍋爐設(shè)計(jì)因素對(duì)結(jié)渣的影響
    鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷q、爐膛斷面熱負(fù)荷qF、燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qr，這些參數(shù)的設(shè)計(jì)選擇是否與實(shí)際燃用煤種相匹配，在很大程度上決定了鍋爐運(yùn)行中是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)渣。達(dá)拉特發(fā)電廠3號(hào)鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷按國(guó)內(nèi)鍋爐行業(yè)推薦的99_198kW/m3．實(shí)際選取l40kW/m3偏大，爐膛容積偏小，爐內(nèi)火焰溫度高，容易結(jié)渣；燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷l.12MW/m2，比國(guó)內(nèi)推薦(0.4~0,78MW/m2)上限值高0.34MW/m2，燃燒器區(qū)域的溫度水平偏高，也容易引起燃燒器附近受熱面結(jié)渣。又因?yàn)槿加脰|勝煙煤，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分高達(dá)350/0~37.8%，在爐膛內(nèi)火焰行程高度不能滿足需求，造成爐膛出口煙溫偏高，導(dǎo)致屏過(guò)和過(guò)熱器等出結(jié)渣嚴(yán)重。
3、計(jì)算結(jié)果分析
    達(dá)拉特發(fā)電廠燃用東勝煙煤，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分達(dá)35%—37.8%，水分大，灰分小，熔點(diǎn)低，且煤灰成分中S03、Ca0含量較高，硅鋁比高于全國(guó)平均值，易結(jié)渣。為此，研究鍋爐結(jié)構(gòu)與煤性是否適合顯得尤為重要。對(duì)設(shè)計(jì)煤種下鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行投用不同種煤爐膛熱負(fù)荷、煙溫進(jìn)行熱力計(jì)算，分析爐膛各區(qū)段熱負(fù)荷和煙溫的分布情況，找出容易引起結(jié)渣的區(qū)域。區(qū)段I-區(qū)段Ⅳ內(nèi)各包含一層燃燒器，為了便計(jì)算，假設(shè)從每層燃燒器投入的煤在3個(gè)區(qū)段內(nèi)全部燃盡。計(jì)算結(jié)果參看表4及圖l、2。
    本文從諸多燃用方式中選取上述9種較優(yōu)的燃燒方式，可為電廠運(yùn)行提供參考，但有的工況仍有不足之處，現(xiàn)分析如下：投用4層燃燒器，在區(qū)段Ⅶ煙溫分別為1237℃、1269℃，均高于其軟化溫度(1205℃)，容易引起屏后、過(guò)熱器等處結(jié)渣，故滿負(fù)荷時(shí)，最好不投用全部燃燒器。投用3層燃燒器，停用最上面一層（第4層）燃燒器，每層投總煤量的50%、40%、10%時(shí)，煙溫分布較好，在區(qū)段ni的煙溫為1717℃、區(qū)段Ⅳ為1691℃，且在爐膛出口處煙溫為1204℃，低于其軟化溫度，這種燃燒方式最佳。投用1、2層燃燒器，每層投總煤量的60%、40%，溫度分布也較好，而工況6、8在區(qū)段I溫度1430℃，筆者認(rèn)為此兩種燃燒方式不可取。投用1、3層燃燒器，每層依次投總煤量的70%、30%，煙溫分布也較為理想，高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以考慮這種燃燒方式。因此，本文認(rèn)為，滿負(fù)荷時(shí)，投用3層燃燒器，停用最上面一層（第4層）燃燒器，特別是每層投總煤量的50%、40%、10%時(shí)，煙溫、熱負(fù)荷分布較好。但是，不論采取何種投用燃燒器的方式，都很難控制爐膛出口煙溫低于其軟化溫度，而達(dá)拉特發(fā)電廠燃用煤為易結(jié)渣煤，容易引起折焰角、屏后、過(guò)熱器等處結(jié)渣。
    由圖2可知，投用兩層燃燒器，特別是投用l、3層燃燒器，每層依次投總煤量的70%、30%，這種運(yùn)行工況比較接近設(shè)計(jì)值。由表5可知，在前4個(gè)區(qū)段，燃用哈拉溝煤、納林溝煤、石圪臺(tái)煤比設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的煙溫高，且在區(qū)段Ⅵ時(shí)最低煙溫仍然高于1330℃，都高于其軟化溫度，且在區(qū)段Ⅶ爐膛出口煙溫仍高于1170℃，比納林溝煤、哈拉溝煤的變形溫度高出50℃—70℃，比石圪臺(tái)煤的變形溫度高20℃，容易在折焰角、爐膛出口結(jié)渣。說(shuō)明這3種煤容易結(jié)渣，由此可知，達(dá)拉特發(fā)電廠用煤容易引起鍋爐結(jié)渣，其爐型與用煤不適合。
4、 RTSQ綜合判別法
    為了較準(zhǔn)確地了解達(dá)拉特發(fā)電廠用煤的結(jié)渣傾向，本文采用RTSQ綜合判別法從鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與煤種是否耦合方面對(duì)煤的結(jié)渣特性進(jìn)行判別，用以下16個(gè)礦的煤為例進(jìn)行判別。
    達(dá)拉特發(fā)電廠3號(hào)鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷qv_140kW/m3；斷面熱負(fù)荷qF=4.68MW/m2，用RTSQ綜合判別法判斷方法及結(jié)果如下。
    按判別準(zhǔn)則，得到最后結(jié)渣判斷結(jié)果如表7、8。
    由表8可知，達(dá)拉特發(fā)電廠用煤為中等偏重或嚴(yán)重結(jié)渣性煤，這與達(dá)拉特發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行結(jié)果相符。
5、結(jié)論及預(yù)防結(jié)渣措施
5.1結(jié)論
    (1)達(dá)拉特發(fā)電廠燃煤無(wú)論從哪項(xiàng)結(jié)渣判別指標(biāo)來(lái)看都屬于中等偏重或嚴(yán)重結(jié)渣的煤種，RTSQ綜合判別方法也得出了一致的結(jié)論，這與達(dá)拉特發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行結(jié)果相符。RTSQ綜合判別方法可為判別大型機(jī)組結(jié)渣特性提供參考依據(jù)。
    (2)達(dá)拉特發(fā)電廠燃煤灰熔點(diǎn)低，所有供煤礦點(diǎn)各煤種與設(shè)計(jì)煤種t2=1205℃偏差過(guò)大，且內(nèi)蒙古鄂爾多斯市（達(dá)拉特發(fā)電廠的廠址）地區(qū)很難找到與設(shè)計(jì)煤種相適應(yīng)的煤源。
    (3)不論采取何種投用燃燒器的方式，燃用何種達(dá)拉特發(fā)電廠用煤，爐內(nèi)火焰溫度較高，都很難控制爐膛出口煙溫低于其軟化溫度，容易引起折焰角、屏后、過(guò)熱器等處結(jié)渣。
    (4)達(dá)拉特發(fā)電廠燃用煤種與B＆WB1025t/h鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不相耦合。
5.2預(yù)防結(jié)渣措施
    達(dá)拉特發(fā)電廠用煤基本為嚴(yán)重結(jié)渣煤，對(duì)入爐煤應(yīng)嚴(yán)格管理，對(duì)入場(chǎng)煤定期進(jìn)行化驗(yàn)，確定合理的燃燒比例。
    高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可切停中部一層燃燒器，第1層投總煤量的70%，第3層投總煤量的30%，同時(shí)組織好爐內(nèi)動(dòng)力工況和爐膛出口溫度等影響爐膛結(jié)渣的因素，以減輕爐膛結(jié)渣。
    加強(qiáng)吹灰器的管理，根據(jù)爐內(nèi)實(shí)際積灰位置和程度，有目的、有選擇地投入吹灰裝置，合理地限制吹灰，從而減少維護(hù)費(fèi)用，提高可用率。