马国江
华电新疆五彩湾北一发电有限公司
摘要：结合新疆准东五彩湾地区A电厂及生产经营情况及机组实际运行情况，通过试验在配煤掺烧和燃烧优化调整方面做了大量的措施改进、方案优化工作，实践证明，将两项工作有机结合后 取得了良好的效果。
关键词：配煤掺烧；燃烧优化调整；措施改进；方案优化；有机结合
引言
新疆准东五彩湾地区A电厂（以下简称A电厂）号锅炉为东方电气集团东方锅炉股份有限公司设计、制造的 DG1978.88/28.25/605/603-II12 型超超临界、一次中间再热、单炉膛、前后墙对冲燃烧方式、固态排渣、平衡通风、全钢构架、全悬吊结构Π型变压运行直流锅炉。设计煤种为准东煤，主要煤源为天池能源煤矿，该矿区主要供应本厂主烧煤种，此煤种热值低且易结焦，距电厂6.5公里通过廊道运输。锅炉燃用天池能源南露天矿煤，在实际运行中出现了水冷壁严重流焦、屏过、高过挂焦问题。为缓解锅炉结渣，对锅炉结渣治理及添加高岭土全烧高碱煤进行相关试验，提高锅炉运行的安全性，同时寻求最佳的高岭土掺配比例及掺配方式。
1.锅炉与准东煤适应性评估
一般来说，炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、燃烧器区壁面热负荷、上层燃烧器中心与屏下缘距离（h1）等参数与锅炉的结渣特性密切相关，表1-1为A电厂锅炉主要参数与周边已投运660MW机组锅炉参数的对比。可以看出，A电厂锅炉容积热负荷、炉膛截面热负荷及燃烧器区壁面热负荷在对比机组锅炉中均为最高，h1值最小，炉膛出口烟温相对较高，这对缓解炉膛及屏过结渣都是不利的。另外，炉膛吹灰器数量相比较少，水冷壁清焦能力相对不足。总的来看，A电厂锅炉本身从设计上防结渣能力最弱，实际运行中也确实出现了很严重的结渣问题。
.png)
2.燃烧调整
2.2燃烧优化调整试验
2.2.1氧量调整试验
氧量是锅炉运行控制的重要参数，氧量充足，煤粉燃尽率高，但风机耗电高，因此，锅炉存在一最佳氧量，即使锅炉的干烟气热损失和未燃碳热损失之和最小、锅炉效率最高的氧量，对锅炉还需兼顾炉膛烟温等其他参数。试验分别在620MW、520MW和330MW负荷下进行。
620MW负荷时，实测平均运行氧量为2.3%，最低只有1.5%左右，受限于除尘器阻力过大导致的引风机出力不足，高负荷时氧量无法再提高。习惯氧量下锅炉运行参数如表2-1所示，主、再热汽温均在590℃以上，SCR入口NOx实际生成量只有120mg/m3，飞灰、大渣含碳量略显偏高，空预器出口烟气中CO含量在1500ppm左右，锅炉效率只有92.78%。
520MW时，负荷相对较低，氧量可以灵活调整。520MW负荷运行氧量只有2.2%，因此在此基础上提高运行氧量至3.4%和4.0%，比较不同氧量下的锅炉运行参数。随着氧量提高，送、引风机电流增加，NOx生成量上升，修正排烟温度先降低后升高，飞灰、炉渣含碳量及CO排放量持续下降，锅炉效率先上升后下降，在氧量3.4%时最高，锅炉效率达到93.30%。
330MW负荷随着氧量上升，NOx及排烟温度逐渐上升，飞灰、炉渣含碳量均处于较低水平，CO排放量也在100ppm以下，基本可以忽略，锅炉效率随氧量上升逐渐降低。主燃烧器区温度均处于较低水平，屏底烟温随氧量升高而明显下降。综合考虑，330MW负荷实际运行氧量控制在4.5%。
.png)
2.2.2燃尽风及二次风箱开度调整试验
结渣治理主要是要缓解水冷壁结渣与屏过、高过高再等高温受热面结渣，这两者在燃烧调整中往往是相悖的。即降低主燃烧器区燃烧强度可以缓解水冷壁区域结渣，但往往会造成火焰中心上移，增加高温对流受热面结渣风险。因此需要在两者之间寻求平衡，尽量兼顾。
在600MW以上高负荷时，首先，进行了燃尽风以及二次风箱开度调整试验，通过降低燃尽风开度以及增大二次风箱开度，目的都是增加主燃烧器区供风量，促进CO早期燃尽，减小燃尽风开度，CO含量基本没有变化。增大二次风箱开度后，CO含量从1500ppm降低到1000ppm以下，但仍然偏高。
2.2.3燃尽风旋流强度调整
在锅炉冷态时燃烧器参数调整后，就地将燃尽风旋流开度设置为：上层150，下层200。考虑到燃尽风旋流过大会降低燃尽风刚性，减弱燃尽风与上升主烟气流的混合效果，因此进行了燃尽风旋流开度调整试验。燃尽风旋流开度调整期间，引风机出力尚有余量，因此运行氧量提高到了2.9%左右。
2.2.4一次风量调整
在620MW负荷下进行了变一次风量试验，考察一次风量大小对锅炉运行性能的影响，燃尽风只开上层。随一次风量增大，主汽温微降，再热汽温基本无变化，再热器减温水量逐渐减少，CO排放量逐渐降低，说明一次风量低会导致煤粉气流燃烧开始阶段氧量不足。试验范围内NOx变化不大，飞灰、炉渣含碳量均较低。一次风量增大到一定程度主燃烧器区火焰中心会下移，一次风量增大也会使得一次风机电流明显增大。综合考虑，620MW负荷可维持总一次风量在650t/h左右。
.png)
2.2.5调整后锅炉结渣状态
锅炉运行参数优化调整后，高负荷时燃烧器区有部分结渣，但未形成大面积熔融渣，捞渣机上也未出现熔融的大焦块，低负荷燃烧器区大部分较干净，水冷壁管清晰可见。综合来看，在目前的掺烧方式下，锅炉结渣可控，可安全运行。
3.添加高岭土全烧准东煤试验
3.1掺烧比例及方法
在安全、经济的基础上降低锅炉燃煤中高岭土的比例，提高天池煤的燃用比例。试验中逐步调节高岭土添加比例，拟试验的高岭土比例为8.9%、6.7%、5.0%。在前一个比例下维持3天并获得锅炉性能数据后，若结渣沾污不恶化，则进入降低高岭土调节试验，反之则进入提高高岭土比例的调节试验。按此进行，直至高岭土添加比例≤5%或获得最低高岭土掺烧比例，然后持续检验7天以获得长期掺烧高岭土运行性能数据。总结形成推荐的添加高岭土全烧高碱煤优化运行方式。
3.2高岭土掺烧试验
结焦治理试验期间电厂的上煤方式为：A、B、C、D、E磨高岭土：天池煤=1:8，F磨纯天池煤。在此上煤方式下，计算得5磨运行时，高岭土掺烧比例为8.9%，4台磨运行时高岭土掺烧比例为8.3%。统计半个月准东煤及高岭土上煤量、发电量，计算得每日高岭土掺烧比例及锅炉负荷率如图3-1所示，可见，每日高岭土实际掺烧比例与计算比例存在出入，实际高岭土掺烧比例在6.1%~8.3%之间，均低于计算高岭土掺烧比例。试验期间，锅炉每日平均负荷率最高为85%，机组实际负荷最高620MW。
图3-1 结焦治理试验期间高岭土比例
2020年11月4日0:00开始上煤方式更改为：B、C、D磨高岭土：天池煤=1:7，A、F磨纯天池煤，计算高岭土比例为：5磨运行时7.5%，4磨运行时6.25%，根据煤仓煤位估算，早上9:00左右入炉煤达到新的掺配比例，在该比例及上煤方式下运行7天。每日的实际高岭土掺烧比例及每日锅炉平均负荷率如图3-2所示。在新的掺烧方式下，实际每日高岭土掺烧比例在5.7%~7.9%之间，锅炉每日平均负荷率最高为83.8%，机组实际负荷最高为630MW。与结焦治理试验期间相比，实际高岭土掺烧比例、锅炉日均最高负荷率，机组实际最高负荷基本没有变化，只是将掺烧高岭土的磨从4台减为3台。
图3-2 2020年11月4日至10日高岭土比例及日均负荷率
A 、F磨为纯天池煤的掺烧方式下，高负荷时，高过、高再管子迎风面上有疏松渣。EC层燃烧器区水冷壁较为干净，B、D层及A、F层水冷壁有渣层，后墙略重，但未形成严重的熔融状流焦。
A、F磨为纯烧天池煤期间630MW负荷低再入口烟温平均在720℃，最高到750℃左右，与F磨纯烧天池煤时620MW负荷烟温基本相当，说明A、F磨纯烧天池煤炉膛没有出现大面积结焦加重现象。
低负荷时对流受热面及水冷壁、高过、高再区域结渣明显减轻，燃烧器区结渣有所缓解，但水冷壁管上还是有积渣。但在可控范围内。
4结束语
通过锅炉结渣治理试验及添加高岭土全烧高碱煤试验，形成如下结论：
（1）通过结渣治理试验，优化了就地燃烧器参数以及锅炉运行参数，试验后未再出现水冷壁大面积流焦以及冷灰斗堆焦现象，锅炉运行安全性大大提高。
（2）经过运行参数优化，锅炉中、高负荷下CO严重偏高问题得到缓解，屏区及高过、高再结渣风险降低，锅炉效率提高了0.35%。
（3）因前期控制NOx生成量偏低，通过调整试验结果，控制表盘NOx生成量（折算后）不超过220mg/Nm3为宜。
（4）实际高岭土入炉比例7.0%左右，锅炉可以安全稳定运行。在高岭土总比例不变的情况下，通过增加掺烧磨数量可以减轻锅炉结渣风险。