张磊

(华电新乡发电有限公司，河南 新乡　453635)

除焦剂在大型火电机组锅炉的应用与研究

张磊

(华电新乡发电有限公司，河南 新乡453635)

摘要：华电新乡发电有限公司一期工程2台660 MW燃煤汽轮发电机组锅炉频繁结焦、掉焦，为保证机组安全、经济运行，对锅炉使用了除焦剂，并从煤种、除焦剂添加位置、用量及成分等多方面进行了试验，确定了经济、有效的除焦剂使用方案。方案实施后，有效减少了锅炉结焦，提高了锅炉的稳定性。

关键词：除焦剂；结焦；锅炉；煤种

0引言

目前，国内火电厂受燃料成本压力大等因素的影响，普遍存在实际燃用煤种复杂、质量参差不齐、工业分析数据变化大等问题，锅炉原设计煤种供应得不到保证，给机组带来众多影响安全、经济运行的问题，锅炉结焦就是一个概率较高的问题。

为了解决结焦问题，华电新乡发电有限公司(以下简称新乡发电公司)通过试验研究，探索出既节约成本又充分发挥除焦功能的应用方案，针对不同煤种调整除焦剂的成分，与运行调整密切配合，使除焦剂发挥更高水平，解决因锅炉结焦、掉焦带来的一系列安全问题，扩大煤种适应性，降低燃料成本，提高经济效益，同时也为其他存在此类问题的同类型机组提供经验和技术支撑。

1除焦剂介绍

1.1除焦剂工作原理

液态的速特威-2633除焦剂被空气压缩泵以雾状喷射到炉膛中，在高温下迅速气化，除焦剂以分子态弥散在锅炉烟气流动的全部通道中(炉膛至排烟口)，气化的除焦剂在炉膛中空气动力场气流的作用下，与烟气流过的炉膛水冷壁、屏式受热面、高压过热器、低压过热器、再热器各处结焦中的炭沫、硫黄及其他可燃物质碰撞、摩擦，以分子态附着在结焦体上，并发生燃烧和微爆现象，犹如无数个微型炸弹在结焦体内爆炸，使焦层酥化、松化，在逐步剥落焦层的同时，进一步提高燃料利用率。

随着除焦剂逐步深入焦层内部，分子大小的“微型炸弹”在结焦体内不断爆炸，改变了焦层的组织结构，使焦层由坚硬的钠长石和钙长石结构变为疏松的莫来石结构，在炉膛内气流吹动下变为细碎颗粒，最后在重力作用下以弥散态落入冷灰斗，成为炉渣排出炉外。

1.2各阶段除焦剂的使用

1.2.1除焦阶段

除焦阶段又分为重除焦和轻除焦2个阶段，除焦剂既要清除旧的结焦，又要防止新的结焦生成，因此这一阶段除焦剂用量较大。

除焦剂进入炉膛后先进行重除焦，将炉内的严重结焦进行较大强度的清理，炉内的结焦程度大为减轻，然后在原有较大使用量的基础上，通过仔细观察锅炉运行参数和状态，逐步减少除焦剂使用量，进行轻除焦。须经过不断摸索以确定效果最佳、成本最经济的除焦剂使用量。

1.2.2维护阶段

经过轻除焦后，锅炉内的结焦已被基本清除，已不会对机组运行产生威胁和损害，达到安全、经济、稳定的运行状态，为了保持这一状态，须进入维护阶段。在该阶段，除焦剂用量锐减，只要定时、定量、均衡使用除焦剂，锅炉不会增加结焦。

2除焦剂试验

为了摸索各阶段除焦剂的使用量及调整合适的除焦剂成分，进行了一系列试验，具体内容如下。

2.1变换煤种试验

在负荷水平、运行方式基本相同的情况下，改变煤质，统计看火孔结焦情况、锅炉掉焦次数、掉焦时炉膛负压波动范围、水冷壁出口过热度等数据，并进行对比，分析、总结结焦开始明显加重时燃煤的热值和灰熔点最低值。通过3个月掺烧不同煤种的试验，结合新乡发电公司实际情况，确定结焦明显加重时燃煤的热值最低值为4 500 kJ/kg，灰熔点最低值为1 450 ℃。根据试验研究情况，灰熔点较低的鹤壁六矿煤和热值较低的白坪煤属于新乡发电公司大量采购的易结焦煤种，应进行除焦剂添加试验。

表1　除焦剂发挥作用前炉膛参数(2014年)

2.2判断结焦位置

锅炉在结焦量较大时，炉膛吸热量会受到严重影响，锅炉中间点过热度明显降低。在机组负荷330 MW时，锅炉汽水分离器出口蒸汽过热度为7～8 ℃，锅炉燃尽风层观火孔温度达1 500 ℃，机组满负荷时燃尽风层观火孔最高温度甚至超过1 600 ℃，超过了燃用煤种的灰熔点。由于炉膛温度偏高，加剧了炉膛结焦，形成了恶性循环。通过测量炉膛温度场、锅炉集中落焦的位置及锅炉落焦后的管壁温度变化，分析认为锅炉前、后墙与侧墙的4个夹角处结焦量较大，燃烧器区域及前、后墙也存在一定程度的结焦，结焦高度位于中层燃烧器至燃尽风层区域,最高处为39 m。

2.3除焦剂添加位置试验

在负荷、煤质、运行方式基本相同的情况下，从下层燃烧器开始进行加除焦剂试验，燃烧器分布如图1所示。首先从E1，E4，F1，F4燃烧器和侧墙下层观火孔向锅炉内部添加除焦剂，根据除焦剂厂家建议，重除焦阶段每天添加8桶除焦剂，每个部位添加1桶，每桶除焦剂质量为25 kg。添加除焦剂1周后，炉内结焦程度无明显减轻，捞渣机刮板仅有少量碎块焦。分析认为通过在下层燃烧器添加除焦剂以去除中上层燃烧器区域结焦的效果不明显，应改变除焦剂添加位置。

图1　燃烧器分布

将除焦剂添加位置改为从A1，A4，D1，D4燃烧器和侧墙中层观火孔向锅炉内部添加。自加入除焦剂的第2天开始，捞渣机内部渣量明显增加，说明炉膛结焦量明显减少，除焦剂起到了一定作用。同时随着锅炉的扰动除焦，水冷壁区域积结的旧焦开始逐步掉落。随着添加时间的延长发现捞渣机刮板携带的渣量进一步增加。继续保持入炉煤质和煤种不变，机组负荷在330 MW时多次出现集中落焦现象，炉膛吸热量逐步增加，锅炉汽水分离器出口蒸汽过热度上升至15 ℃左右，低温再热器和低温过热器入口温度明显下降。

使用1周后，将除焦剂添加位置移至最上层燃烧区域，但中层后墙固定端与前墙扩建端夹角观火孔处仍每天添加2桶。改变添加位置后锅炉掉落碎焦块增多，大块焦也变得疏松易碎，说明炉膛结焦进一步得到清除，炉膛内结焦程度趋于正常。

除焦剂发挥作用前、后炉内主要参数见表1、表2。

通过上述数据对比可知，连续使用除焦剂发挥作用后，炉膛吸热量逐步增加，锅炉中间点汽水温度逐步上升，低温再热器和低温过热器入口温度明显下降。

2014年10月26日，除焦剂使用前、后左侧低温再热器入口烟温最大降幅为26.39 ℃，右侧低温过热器入口烟温最大降幅为39.87 ℃。由于炉膛吸热量上升，再热汽温度下降了14.13 ℃，炉膛温度场已接近结焦前的状态。

表2　除焦剂发挥作用后炉膛参数(2014年)

图2　除焦剂使用前、后焦样对比

通过变换除焦剂添加位置的试验，确定了除焦剂的最佳添加位置：自锅炉结焦位置最底部开始添加，随着除焦剂添加时间的延长和除焦效果的逐渐显现，可以将除焦剂添加位置上移，以便除去炉膛上部结焦。

2.4除焦剂用量试验

为了进一步优化除焦剂的添加量，根据已经摸索出来的除焦剂添加位置，减少除焦剂的用量，并观察其除焦效果。在锅炉最初出现结焦时，首次添加除焦剂用量按照10桶、8桶、6桶、4桶进行对比试验。试验结果表明，在锅炉内部出现严重结焦时，首次添加量为10桶和8桶时的除焦效果较为明显,首次添加6桶的除焦效果较差，首次添加4桶的除焦效果不明显。由此得出在锅炉结焦时，首次添加8桶除焦剂最为合适。

在确定首次添加8桶除焦剂的情况下，依次在连续使用3 d，4 d，5 d，6 d后减少除焦剂用量至6桶，并进行对比试验。试验结果表明，在使用3 d，4 d后减少除焦剂用量会使除焦效果减弱，使用5 d，6 d后减少除焦剂不影响除焦效果。由此得出结论，持续5 d每天添加8桶除焦剂后，减少除焦剂用量至6桶最为合适。

用以上方法进行除焦剂连续使用时的逐渐减量试验，通过试验得出了投入产出比最佳的除焦剂用量方案：在锅炉出现较严重的结焦时，连续5 d每天对锅炉添加8桶除焦剂，减少至6桶后连续使用3 d，完成重除焦阶段；进入轻除焦阶段后每天添加4桶除焦剂，根据掉焦情况，连续使用5～7 d；最后转至除焦维护阶段，每天添加2桶除焦剂，抑制新焦的生成；当不再大量掺烧易结焦煤种或炉内无任何结焦状况时，停止使用除焦剂。

2.5除焦剂成分调整

根据除焦剂在新乡发电公司的长期应用实践，结合新乡发电公司的焦样情况，除焦剂厂家对除焦剂的配方进行了深入研究，调整了除焦剂的配方成分，将KNO3改成了K2CO3，增加了Ba(NO3)2，提高了硼砂的含量。配方调整后，除焦效果进一步优化。

2.6脱硝催化剂和电除尘布袋检验

长期使用除焦剂后，借2014年9月#1机组小修机会，新乡发电公司对#1锅炉的脱硝催化剂和电除尘布袋进行取样检验，各项检测结果均合格，说明除焦剂的使用对电除尘布袋和脱硝催化剂均无影响。

3除焦剂发挥作用前、后的焦样对比

为了验证除焦剂效果，对锅炉除焦剂使用前、后的焦样进行了跟踪分析。除焦剂使用前、后的焦样如图2所示，可以看出：除焦剂使用前，焦样多呈块状和琉璃状；除焦剂使用后，焦样多呈碎焦状，大块焦和琉璃状焦样明显减少，且焦样相对疏松，易脆裂，焦块表面气孔增多。

4取得的成果及效益分析

4.1取得的成果

(1)总结出了除焦剂的最佳使用方法、投用部位、用量、使用环境和对煤种、结焦状况的适用范围，实现效益最大化。

(2)有效减轻锅炉结焦，降低灭火风险，减少非计划停运次数，并为存在类似问题的电厂提供参考。

(3)检验可知除焦剂长期使用对脱硝催化剂和电除尘布袋无任何影响。

4.2经济效益

4.2.1投资计算

按照每年掺烧易结焦煤种140 d计算，2台锅炉平均每天共添加除焦剂6桶，每桶1 435元，全年的除焦剂使用投资为1 435×6×140=1 205 400(元)。

4.2.2收益计算

按照掉焦灭火造成1次非计划停运4 h，每小时损失电量5×105kW·h，电的利润为0.18 元/(kW·h)计算，一次非计划停运造成的损失为5×105×4×0.18÷10 000=36(万元)，按照每次机组灭火后热态启动耗油20 t计算，燃油以7 500 元/t计，减少1次非计划停运可减少燃油损失为7 500×20÷10 000=15(万元)，即一次掉焦灭火引起的机组非计划停运造成的总损失约为51万元。按照每年减少2次因掉焦灭火产生的非计划停运，则每年减少损失约为102万元。

添加除焦剂以后，扩大了燃煤适应范围，降低了燃料成本。按照每年多掺烧易结焦煤种10万t计算，约降低煤价20元/t，则每年节约燃料成本为200万元。

除焦剂使用后，避免了大焦集中掉落而造成炉膛负压大幅度波动和火检闪烁的情况，进而减少稳燃用油，按照每年减少稳燃用油40 t计算，每年节约燃油费为7 500×40÷10 000=30(万元)。

4.2.3投资回收期计算

投资回收期=总投资/总收益=120.54÷(102+200+30)=0.36年，即5个月内即可回收成本。

5结束语

新乡发电公司#1，#2锅炉使用除焦剂后，炉膛内结焦快速脱落，有效降低了炉膛内部大焦集中掉落而造成炉膛负压大幅度波动甚至造成锅炉灭火的可能性，提高了锅炉的运行稳定性，对于容易出现锅炉结焦、掉焦的燃煤电厂具有借鉴意义。

(本文责编：弋洋)

收稿日期:2016-01-07；修回日期:2016-04-05

中图分类号：TK 227.2

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)04-0018-04

作者简介：

张磊(1972—)，男，安徽灵璧人，高级工程师，工学硕士，从事火力发电厂生产管理方面的工作(E-mail:zhanglei6015@163.com)。