燃用新疆准东煤锅炉防结渣设计

赵国柱，黄 羽，杜永安

(吉林省电力勘测设计院，长春 130022)

近年来，准东地区煤炭资源勘探工作进展较快，已探明的煤炭资源具有相当规模。准东煤田东西长220 km，南北宽60 km，预测资源量39×1010t，通过地质勘探已探明资源量18.36×1010t，主要以烟煤为主。新疆国信准东工程建设2×660 MW超临界间接空冷燃煤机组，燃用准东煤，同步建设烟气脱硫脱硝设施。由于该煤种属于易结渣型，结渣是影响锅炉安全稳定运行的重要因素，因此针对煤质特性结合工程实际，进行锅炉防结渣设计具有一定现实意义。

1 结渣的成因及危害

锅炉结渣是十分复杂的物理化学过程，当炉膛内的温度较高时，一部分灰已呈熔融或半熔融状态，若这部分灰在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受烟气(火焰)冲刷的受热面或炉墙上。因渣层热阻较高，外表面温度便升高，甚至达熔化状态，这样容易粘附熔融或半熔融状态的灰粒和未燃尽的焦炭，使结渣不断发展。另外，在燃烧过程中，煤中所含的易熔或易气化的物质(多系碱金属化合物)迅速挥发，呈气态进入烟气中，当温度降低时即凝结，粘附在受热面或炉墙上，粘着其他颗粒，凝结在飞灰颗粒表面，成为熔融的碱化物膜，然后粘附在受热面上形成初始结渣层，成为结渣继续发展的条件。

结渣会引起过热蒸汽、再热蒸汽温度升高，并导致过热蒸汽、再热蒸汽减温水开大，甚至会导致汽水管爆破。使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉，缩短锅炉设备的使用寿命，排烟损失增大，锅炉效率降低，引风机消耗电量增加，对强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响。结渣易成灰渣大块，使捞渣机、碎渣机运输困难，有时会过载跳闸，严重时使渣沟受堵，引起锅炉不安全事件的发生。锅炉的大渣块掉落后，对水冷壁的安全造成很大威胁，加重了吹灰器负担，增大了运行维护量。

2 新疆准东地区煤种特性分析

新疆准东工程的锅炉为单炉膛，П型布置、平衡通风、一次中间再热、前后墙对冲燃烧、尾部双烟道，复合变压运行的660 MW超临界锅炉。燃用煤种特性见表1。

表1 准东工程的燃用煤种特性

表1表明本工程燃用的煤种属于易着火、易燃尽、易结渣、严重沾污、轻微磨损煤种。在设计时需要着重考虑炉膛的结渣和受热面的沾污。

3 防结渣设计

3.1 采用前后墙对冲燃烧П型炉

对冲燃烧系统的燃烧器布置方式能够使热量输入沿炉膛宽度方向均匀分布，并且具有良好的火焰形状，可避免火焰冲刷水冷壁产生结渣。由于火焰不需要在炉膛形成旋转火球，气流冲刷水冷壁的机会较少。通过在侧墙合理布置吹灰器，对可能受烟气冲刷的水冷壁区域的积灰进行有效吹扫，防止结渣。低NOx旋流燃烧器独特的结构设计，也可有效避免单个燃烧器区域的结渣。

3.2 合理选择炉膛热力指标和炉膛结构参数

采用合理的炉膛断面积和炉膛容积，控制较低的炉膛容积热负荷和断面热负荷，在保证着火和燃烧完全的前提下，适当降低炉膛温度水平，减小炉膛内结渣的可能性。在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)负荷时，炉膛出口的平均烟气温度低于灰的初始变形温度，有效避免对流受热面出现结渣。锅炉设计中保证沿炉膛宽度方向的对称点上，炉膛出口烟气温度的偏差不大于50℃，防止炉膛出口烟气温度偏差引起的高温受热面沾污结渣。

3.3 合理布置燃烧器

燃烧系统采用前后墙对冲布置的双风旋流燃烧器，燃烧器数量合理，控制单只喷口热功率，分散输入热量，消除烟气旋转，减少火焰冲刷水冷壁的几率，有效防止结渣。

燃烧器前后墙对称布置在炉膛的合理位置，燃烧器之间的间距及边排燃烧器与侧墙的距离布置合理，防止火焰相互干涉及冲刷侧墙水冷壁;下排燃烧器到冷灰斗拐点的距离选取合理，避免火焰直接冲刷冷灰斗;选取合适的上排燃烧器至屏底距离，适当控制屏底烟温，避免屏底结渣和管屏沾污;燃烧系统的设计充分考虑控制燃烧器燃料和空气的分布，可有效保证沿整个炉膛宽度的均匀燃烧并防止还原区的形成，有效防止结渣;在燃烧器上部、中部布置侧燃尽风(贴壁风)，对炉膛上部侧墙形成保护，防止燃烧器区域火焰上升扩散的过程中冲刷水冷壁侧而结渣。

3.4 优化单个燃烧器

提高一次风的动量，确保煤粉气流不在着火、燃烧的位置，不在喷口附近;降低二次风的旋流强度，确保单个燃烧器的火焰形状不会扩散太快和太大;减少燃烧器扩锥的角度，控制单个燃烧器的火焰扩散;优化燃烧器的稳燃齿环配置，减少燃烧器对高温烟气的卷吸和回流，防止火焰过渡扩撒。

3.5 通过数值模拟计算预测防结渣效果

通过利用三维数字模拟技术对工程锅炉进行预测，验证工程炉型选取、炉膛设计及燃烧器布置的合理性，炉内煤粉的燃尽、炉内火焰的偏斜、炉膛出口烟温偏差分布等均达到了满意的效果，有效解决了炉膛结渣问题。

3.6 其他防结渣措施

受热面清洁的炉膛，水冷壁附近的烟气受到足够的冷却使灰粒固化，有利于防止结渣。全面有效吹灰是防止结渣的重要手段，本工程锅炉设计中在炉膛容易结渣的区域布置了足够数量的吹灰器，可以有效地保证炉膛水冷壁的清洁。

另外根据燃烧器喉口尺寸，精确设计制造燃烧器喷口周围的水冷壁弯管，使二者紧密结合，有效降低燃烧器喉口的表面温度，防止单个燃烧器区域出现结渣。过热器和再热器管屏采用大横向节距布置，以防止挂焦产生阻塞，获得稳定的吸热。在有效吹灰的情况下，可防止发生受热面的过度粘污。过热器和再热器管屏之间采用成熟可靠的定位滑动块结构形式，防止管子出列变形引起的结渣。

4 结束语

本工程燃用煤种具有强结渣性和强沾污性，特别是受热面的沾污和积灰会严重影响锅炉的安全运行。通过对锅炉进行针对性设计，改善燃烧器气流结构，降低旋流强度，使燃烧器喷口着火推迟，降低燃烧器喷口温度，可有效控制结渣的产生，保证锅炉能够安全、稳定、长时间地运行。