山东电力建设第三工程有限公司 刘中博 柳振波

近年来，随着巴基斯坦电力建设逐步展开，一批火电机组逐步建设投运，其中包括330MW流化床机组、660MWΠ型炉、660MW塔式炉等。关于燃烧的煤种主要包括进口印尼褐煤、巴基斯坦当地褐煤（塔尔褐煤）。随着巴基斯坦国家政策的进一步落实，燃烧当地塔尔煤的要求越来越严格，各个电厂也在逐步开始燃烧当地塔尔褐煤，随之也出现了一些问题，主要是塔尔煤结焦的问题，难以彻底解决。

本项目设计为1×660MW燃煤机组，锅炉为超临界参数、一次中间再热、单炉膛平衡通风、采用八角切圆燃烧方式、锅炉房露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。制粉系统形式：三介质风扇磨煤机直吹式制粉系统；锅炉底部设置左右对称倾斜燃尽炉排，水冷壁区域设置水力吹灰器，其他区域设置蒸汽吹灰器。设计煤质为褐煤，包括印尼进口煤和巴基斯坦当地褐煤（塔尔煤矿），目前机组已经投入商业运行。

1 原因分析

1.1 问题说明

在机组试运行期间，当燃烧进口印尼褐煤时，锅炉能够正常运行且没有任何焦渣，而在燃烧当地塔尔煤时就会出现严重的炉内结焦渣问题，结焦渣区域包括整个炉膛含燃烧器区域及冷灰斗区域，过热器前排也发生了轻微结焦，也就是说，本项目锅炉从冷灰斗至过热器前排均存在不同程度结焦（渣），属于典型的整个炉膛全面性结焦类型，锅炉结焦渣问题直接影响着锅炉的安全稳定运行。结焦渣情况如图1至图2所示。当炉内出现大块的渣不能在渣井出口处被破碎时，就会在渣井或干渣机出口碎渣机处发生堵塞，长时间不能人工干预疏通堵塞的情况下，最终会导致停炉，给机组运行造成极大隐患。

图1 冷灰斗聚集大厚渣

图2 后墙冷灰斗整体结渣

针对锅炉出现的燃烧塔尔煤大面积结焦渣的问题，根据观察到的现象从锅炉结构设计、燃烧调整、设备运行等几个方面进行了分析和现场调整试验，试图从根本上解决塔尔煤的结焦渣问题。

1.2 冷灰斗结渣

利用停机机会对锅炉结焦情况进行了全面检查，结渣情况可从上述图中可见，图示为炉后冷灰斗区域结渣情况，而前墙冷灰斗中间区域则结渣较少。综合分析来看，炉内火焰发生偏斜，且冷灰斗区域结焦渣存在相对独立性，是造成渣井堵塞的根源。冷灰斗结焦渣的根本原因是：喷燃器与冷灰斗设计距离过小造成冷灰斗形成了高温区域而结渣，与喷燃器区域配风无直接因果关系。炉内火焰切圆偏斜可通过燃烧调整来纠偏，但喷燃器与冷灰斗设计距离过小的缺陷，难以改造直接根除，只能通过其他方式减少影响[1]。

1.3 炉内整体结渣

锅炉从冷灰斗至过热器前排均存在不同程度结焦渣，属于典型的整个炉膛全面性结焦类型，整体上看，锅炉负荷越高，结焦的高度越高，超负荷、满负荷结焦位置已经到了过热器。对于炉内整体结焦，分析主要原因在于塔尔煤种的严重结渣特性、炉内整体温度较高而导致。塔尔煤的结焦严重的特性，与国内的新疆准东煤特性极为类似，只能从设计选型、燃烧调整上来综合考虑；炉内整体温度高的问题，可从燃烧调整上得到总体控制。而现阶段，锅炉型式无法改变，混煤燃烧业主也不同意，只能从燃烧调整上进行最大可能的控制。通过火焰电视观察到的炉内结焦渣情况，如图3所示。可以看到炉后冷灰斗结焦渣较多，火焰电视处因空气泄漏冷却，结焦渣也较多[2]。

图3 炉内结渣情况

1.4 锅炉降负荷期间结渣掉落数量多

由于机组调整运行期间在当地的冬季，电厂的负荷情况基本上是白天、前半夜满负荷，后半夜50%负荷，夜间减负荷幅度大、速度快，短时间落渣量极大，大多数时间内排渣顺利，少数时间在渣井格栅板上方积累一些较大焦块，需要利用挤压头破碎。即使渣块顺利通过了渣井格栅板（孔尺寸为270mm×281mm），但是如果焦块尺寸较大且硬的话，碎渣机无法快速完成破碎处理，导致碎渣机电机与负载销轴断裂，就只能利用除渣系统旁路就地排渣。分析原因主要在于炉内结渣量大，吹灰器不能全部清除，结渣均附着在受热面上，当负荷降低，受热面温度降低发生收缩变形，结渣便直接脱落，整个受热面同时变形，则造成落渣量大的问题。炉内局部温度高则会造成结渣熔融，较大渣块冷却后变硬，碎渣机无法破碎，导致干渣机旁路开启就地排渣，如图4所示。

图4 硬块堵塞后就地排渣

1.5 吹灰器吹扫覆盖面不到位

机组运行及检查过程中，发现炉内部分受热面产生的结渣不能全部被水力吹灰器吹扫，部分位置运行中会造成大渣块产生，直至自行脱落，存在大渣块堵塞渣井的风险。该问题主要存在在设备调试阶段，需要注意水力吹灰器吹扫曲线与实际炉内的一一对应情况[3]。

1.6 煤质的影响

总体上，在整个塔尔煤燃烧调整试验期间，业主按照接近PC煤质进行了塔尔煤采购，但经现场煤质化验，煤质在工业分析、元素分析、灰分分析、热值等均偏离PC煤质，按照外方的设计标准，塔尔煤属于严重结渣、严重沾污的煤种，需要重点考虑结渣和沾污的应对措施。从外方的设计上来看除了吹力吹灰器的设计之外，对避免塔尔煤严重结渣和沾污的特性没有作详细的说明。

在灰熔点温度上不同批次煤质差别较大，有的煤质DT为1120℃，而有的DT为1340℃，差异较大，部分煤质ST（1140℃）与DT（1130℃）之间非常接近，这对于锅炉燃烧调整来说非常不利，在煤质灰熔点温度不知情的情况下，很容易造成锅炉结渣。

1.7 燃烧过程风粉控制措施不足

外方锅炉二次风不设计调门、磨煤机出口上下粉管不设计风速测量装置，减弱了的配风调整的灵活性，增加了燃烧调整的难度。

1.8 燃烧器设计参数选取不当

外方锅炉燃烧器区壁面热负荷设计取值为2.297MW/m2，按照国内规范褐煤范围为1.0～1.3MW/m2，明显外方燃烧器取值过大。如此燃烧器设计，即使对于高灰熔点煤质（DT1340℃）也难以避免燃烧器区域结焦（渣）。由于燃烧器属于外方的典型设计，对于塔尔煤种的具体适应性，设备选型期间没有进行相关的燃烧试验进行验证。

1.9 灰斗保温浇注料的设计容易造成结渣聚集

锅炉冷灰斗在四个角部设计的保温浇注料区域不一致，1、2号角与5、6号角一致，浇注料面积较大，容易形成结渣堆积。存在问题的是：对于以上涉及外方锅炉存在的问题，在调试过程中均与外方进行沟通，外方答复这属于外方褐煤锅炉的典型经验设计，不予调整和变更。

2 处理方案

由于本项目涉及外方的锅炉设计以及业主的合同关闭问题，尤其是塔尔煤的结渣严重的特性，只能从尽快关闭合同的角度来考虑相关燃烧调整措施。

2.1 针对冷灰斗区域的结焦

一是减少下层粉管粉量，减少高温火焰对冷灰斗的影响；二是增加下层二次风量，增强对冷灰斗的冷却；三是降低磨转速，防止火焰气流在中心形成的激烈碰撞下窜；四是优化冷灰斗区域水吹曲线，消除未覆盖区域。

2.2 针对炉内整体结焦渣问题

上述采取的措施降低了冷灰斗区域的温度，但理论上也提高了上部区域的燃烧份额，需要综合考虑，上、下兼顾，采取的主要措施如下：考虑冷灰斗区域已经安全，对相应执行的措施进行回调，适当降低炉膛上部区域的燃烧份额，冷灰斗温度可能小幅度增加，寻找上、下能量分布的平衡；增加冷烟风量，提高对流换热比例，降低辐射换热比重，整体上降低炉膛上部区域温度；对上部区域的水吹曲线进行全面优化，更换更合适的枪头，根据负荷分布制定科学的水吹范围，全面吹灰改为“精准吹灰”。

2.3 针对锅炉降负荷期间结渣掉落数量多的问题

针对塔尔煤的结渣煤种，在燃烧调整完成后，结渣数量也是一定的，在吹灰器正常吹扫的基础上，受热面上残留的焦渣基本会达到平衡。当突然出现负荷降低，受热面发生较大的收缩变形，势必会造成结渣大量脱落，这个现象从根本上无法避免，在除渣设备不能提前考虑增大选型的基础下，只能加强运行监控，避免大量落渣堵塞排渣系统。如果发生大块渣堵塞渣井，则采取手动捅碎的方式处理。

2.4 针对煤质的影响

塔尔煤结渣的特性是无法改变的，在锅炉选型已经无法更改的基础上，燃烧调整也无实际效果的情况下，建议业主尽量按照接近PC煤质进行塔尔煤采购，尽量改善煤质，减少结渣的形成。尤其要注意碱金属含量的控制，按照国内新疆准东煤质的燃烧经验，氧化钠等碱金属含量越多，对受热面的沾污越厉害，锅炉的性能也就越难以保证。在煤质灰熔点温度上也应尽量提高，以免炉在煤质灰熔点温度不知情的情况下，炉膛超温很容易造成锅炉结渣。

2.5 吹灰器吹扫覆盖面不到位

机组运行及检查过程中，特别关注水力吹灰的供水压力，避免压力不足导致吹扫效果不好。当更换水枪喷嘴管径时，应同时调整水力吹灰器的吹扫曲线，确保整个受热面能够被覆盖到。

2.6 关于锅炉本体的设计缺陷

诸如炉膛结构设置不合理问题、燃烧器设计参数选取不当问题、灰斗保温浇注料的设计容易造成结渣聚集问题，现阶段都无法从根本上解决，只能从燃烧调整，炉膛温度控制，炉内结渣监视等方面来降低结渣的风险，避免造成大渣块堵塞渣井和碎渣机。

2.7 关于燃烧过程风粉控制措施不足的问题

原锅炉二次风不设计调门、磨煤机出口上下粉管不设计风速测量装置，减弱了的配风调整的灵活性，增加了燃烧调整的难度。在实际燃烧调整的过程中，首先要确保一定期间内煤种的变化较少，然后依据实际调整效果确定二次风门的开度比例，然后维持不变。当煤种发生变化时，务必也做相应调整。

3 建议

本项目锅炉设置了炉底燃尽炉排，但在实际运行中炉排的燃尽效果不明显，炉排上基本无灰渣累积，导致该处的炉排风无法发挥作用，建议后续类似锅炉选型取消燃尽炉排的设计；关于燃烧器二次风门的设计，后续类似项目务必要增加二次风调门的设计，否则，整个燃烧器就不能进行燃烧微调。当然，这与燃烧器的整体设计与调节原则有关系，在煤种无法确保一定不变的情况下，还是应保证燃烧器的可调节性。自动化的单一设计，难以适应任何电厂的煤种变化。

关于煤质对应的锅炉选型问题，首先要确保煤质的一致性，两种煤质的结渣特性要确保一致，否则就无法在燃烧器结构设计、炉膛设计、烟风配置上确保有效性；在煤质的选择上，尽量避免100%燃烧结渣煤种，结渣严重的煤种对受热面的腐蚀是无法预测的，增加的水力吹灰器对受热面的寿命影响到目前还没有明确的标准依据，建议尽量采用掺煤等措施，降低煤种的结渣特性；在结渣特性严重的炉型中，关于除渣形式（湿式与干式除渣）的选择建议充分考虑，选择干式除渣，则对碎渣机的设计应加强，避免因破碎不了而频繁开启排渣旁路，导致现场输渣困难。