衛志道 胡平凡
沙角發電C廠，廣東東莞511761 沙角發電C廠3×660 MW機組配有美國CE公司製造的2 100 t/h、亞臨界、一次中間再熱、強制循環的汽包爐，採用四角同心偏置切圓的燃燒方式，美國CE－WR型濃淡分離燃燒器，風箱頂部帶有過燃風以降低NO
X的產生，四個角燃燒器可以同步擺動。
沙角發電C廠在1996年投產初期，共出現8次停爐打焦，經過多方面的整改，結焦情況有了較大的改觀。但一直以來，因冷灰斗堵焦需人工及時打焦清理的情況還時有發生，有時還非常嚴重，1999年還發生了2次被迫停爐打焦。可以說鍋爐結焦仍威脅著發電廠鍋爐的正常運行。為此，發電廠派人實地學習南方公司的菲律賓PAGBILAO電廠成功解決鍋爐結焦問題的經驗，做了3號爐的冷態空氣動力場試驗和1號爐神府東勝煤結焦性能試驗，並把解決鍋爐結焦問題列為發電廠生產上的重點工作之一。
沙角發電C廠3台爐中，2號爐最易結焦，結焦程度也最嚴重。3台爐的結焦區域主要分佈在水冷壁中與燃燒器同高度及其附近的區域、爐膛上部的對流過熱器和再熱器的下部。影響結焦的因素很多，但主要受爐膛設計、煤質、燃燒、鍋爐吹灰和負荷的影響。受負荷影響是不言而喻的，下面從前四個方面分別進行分析。
1 爐膛設計
爐膛的任務除了要保證煤粉完全燃盡外，還要冷卻流動的煙氣。爐膛的熱負荷在很大程度上決定了爐膛的壁溫，因而也決定了灰冷卻效果。沙角發電C廠的爐膛熱負荷數值：截面熱負荷為5.583 624 MW/m
2，體積熱負荷為112 kW/m
3,有效輻射熱負荷為224.026 kW/m
2，出口煙氣溫度為1 140℃。
CE資料
［1］指出：對於四角切圓燃燒類型鍋爐來說，爐膛截面熱負荷是最重要的設計選擇指標,直接關係到爐膛的燃燒狀況、受熱面布置和製造成本，也將影響到爐膛的結焦情況。據文獻［2］，歐洲電站鍋爐的爐膛截面積與機組大小的關係如圖1所示。
沙角發電C廠機組為660 MW，設計的燃燒煤種為易結焦煙煤，在圖1曲線上對應的爐膛截面積為390 m
2左右。而發電廠爐膛截面積實際為321 m
2（19.558 m×16.432 5 m），可見爐膛橫斷面尺寸設計選擇趨向於小值。這無疑會增加鍋爐對煤質的敏感性，從而增加了實際運行中結焦的可能性。
2 煤質
鍋爐的設計和運行狀況都依賴於煤質。從沙角發電C廠幾年來的鍋爐運行情況來看，鍋爐結焦一般是在煤種改變時發生的，可以說煤質對發電廠鍋爐的結焦有著根本的影響。沙角發電C廠的設計國產煤種為神府東勝煤，煤質的主要設計指標如表1所示。
表1中對結焦有直接影響的就是硫的質量分數和灰熔融特性溫度（如開始變形溫度）。
2．1 硫的質量分數的影響
文獻［2］指出：燃燒含硫煤的大量操作經驗說明，隨著硫的質量分數及鐵的質量分數的增加，結渣現象總是加劇。這個結論和沙角發電C廠鍋爐運行中所觀察到的現象是一致的。圖2為2000年1～5月沙角發電C廠每天的入爐煤硫的質量分數化驗結果折線圖。從圖2可看出，實際燃燒煤種中硫的質量分數有時會超過設計的建議高值，如2000年1月27日入爐煤硫的質量分數為0．89%，結果在1月28、29日 ，1號、3號機（2號機小修）連續滿負荷運行時多次出現冷灰斗堵焦的情況；3月26日入爐煤硫的質量分數為0．93%，5月11日入爐煤硫的質量分數為0．83%，只是由於機組調峰限負荷，所以鍋爐沒有出現掉大焦。
沙角發電C廠設計煤種的煤灰中氧化鐵的質量分數為11.36%（實際生產中沒有此項化驗指標）,屬 於較高的種類，當硫的質量分數的實際值較大（如大於0.8%）時，在連續滿負荷運行下，鍋爐出現嚴重結焦是可以預見的。
2．2 灰熔融特性溫度的影響
長期以來，灰熔融特性一直作為衡量煤質結焦性能的一個重要指標。灰熔融特性常用開始變形溫度 (IT),軟化溫度(ST),半球溫度(HT)和融化溫度(FT)4個溫度來表示，溫度越低，表示煤質的結焦性越強。1999年12月18日至2000年1月7日，沙角發電C廠3台爐均嚴重結焦。燃燒的煤種為神府東勝煤，煤質的各項主要指標均在設計值範圍，看不出有什麼不妥。但在後來的灰熔融特性溫度測試中，發現IT為1 135℃，比平常燃燒煤質的IT要低100多攝氏度。在發現了該問題后，要求煤廠通過混煤將煤質的IT提高至1 250℃以上，鍋爐的結焦現象立即得到明顯好轉。
沙角發電C廠鍋爐設計煤質指標IT為1 130℃，而爐膛出口煙溫設計值高達1 140℃。因此，燃燒這樣的煤質，從理論上講，結焦也是難免的。
3 燃燒
鍋爐結焦會直接影響燃燒的穩定和效率；而鍋爐燃燒不好，使得爐膛的熱負荷加大，又會引起結焦或加劇結焦。因此結焦分析是和優化燃燒分析分不開的、一致的。美國STORM燃燒技術服務公司在大量研究和實踐的基礎上，總結出降低NO
x的四角同心切圓鍋爐的優化燃燒要點，並以這些要點為依據，成功地解決了所屬南方公司的菲律賓PAGBILAO電廠的結焦問題。其優化燃燒要點是：
a）爐膛出口不存在煙氣中氧的質量分數小於3%的區域；
b）煤粉細度通過200號篩（美國標準，接近於國內的R75）應大於75%；通不過50號篩（美國標準 ，相當於國內的R300）應小於0.3%；
c）各個角燃燒器二次風風量平衡在±5%～±10%範圍，且各風門檔板動作的高度偏差應在±6.35m m；
d）燃燒器的各個角的擺動角度偏差應在±2°範圍；
e）同一層四角各粉管的風粉試驗的流量平衡在±5%範圍；
f）不同層給煤機的給煤量平衡在±10%範圍；
g）同一層四角各粉管的冷風（不帶粉）試驗的風量平衡在±2%範圍；
h）煤粉流速應在16.8 m/s以上；
i）一次風粉的比率應控制準確；
j）一次風量的測量和控制偏差應在±3%範圍；
k）機組負荷變化時，給煤機的變化速率應均勻，速率的測量和控制應盡量準確；
l）煤控上鍋爐的煤質應一致，顆粒大小應均勻，最大不超過25.4～50.8 mm。
這12條要點與同心切圓的燃燒理論是一致的，即除了要求提供足夠的氧量和足夠細的煤粉等基本燃燒要素外，保證四個角的配分、送粉的平衡對優化燃燒也很重要。
下面對照優化燃燒要點，分析沙角發電C廠3台鍋爐的燃燒情況。
3．1 氧的質量分數
3台機組爐膛出口氧的質量分數如表2所示。
從表2可看出，雖然氧的質量分數總平均值（即控制氧量值）達到或接近3.0%，但分佈很不均勻 。
3．2 煤粉細度、粉管流速、風煤比
表3是2號爐制粉系統性能試驗的數據記錄。從表3可看出，F磨的煤粉較粗，其它磨的煤粉均合適 ；粉管流速都能達到優化燃燒要點中的要求；A磨、B磨的風煤比分別要比D磨或E磨高出12%和9%。
3．3 燃燒器配風
圖3為1號、2號爐爐膛風箱壓力差變化與熱工控制值的比較曲線圖。從該曲線圖可看出，在滿負荷660 MW時，1號、2號爐的風箱壓力差分別達1.1 kPa和1.4 kPa，比熱工控制值（1 kPa）分別高出10%和40%，這說明2號爐的燃燒配風有嚴重缺陷，就地檢查可發現不少風門檔板的位置與分散控制系統（ DCS）控制開度出入太大，如1999年12月27日，D層燃料風要求開度為58%，但2～4號角的實際位置指示僅分別是5%，25%和5%；CD層輔助風要求開度為105%，但1～4號角的實際位置指示僅分別是25%,70% ，70%和80%，等等。1號、3號爐的風門檔板也有同樣問題，但比2號爐的情況要好得多。這也部分說明了3台爐中2號爐飛灰含碳量最高、煤耗最大、最易結焦的原因。
在2號爐一次小修中，對燃燒器進行了大修，對風箱檔板的部分執行機構和控制機構進行了更換，並進行了嚴格調試，風箱壓力差恢復正常，燃燒狀況明顯好轉，發電煤耗也同1號爐相近。
3．4 燃燒器擺角
沙角發電C廠燃燒器擺角常出現斷銷情況，1999年1號爐斷銷36次，2號爐斷銷33次。在長時間運行后，由於機械磨損和卡澀原因，燃燒器的4個角之間還會存在固定的角度偏差，如1999年6月3號爐小修檢查中發現1號、3號角燃燒器擺角偏下，2號、4號角燃燒器擺角偏上；有時也會出現某個角燃燒器不能擺動的情況 。這些都會對優化燃燒有一定影響。
至於各層給煤量的平衡、上煤顆粒的均勻，由於電廠的設備先進，可以滿足要求。
4 爐膛吹灰
當鍋爐爐膛受熱面有少量結焦時，即時吹灰，可加強受熱面的換熱效果，避免燃燒惡化和結焦加劇。由於引風機的出力（保持在低速運行）有時在機組滿負荷時已接近最大，這樣就限制了爐膛吹灰 ，在機組持續數天的滿負荷運行中，爐膛受熱面有時得不到即時的清潔，這在很大程度上加劇了爐膛的結焦。但電廠運行部強調了鍋爐吹灰，寧願限制10～20 MW的負荷，也要保證每個班在連續滿負荷時對爐膛易結焦區域吹灰一次，收到了較好的效果。
5 結束語
筆者認為：沙角發電C廠設計的鍋爐爐膛截面熱負荷偏大，對煤質的適應性較差；爐膛出口煙溫設計為1 140℃，燃燒灰熔融溫度IT為1 130℃的煤質難免不結焦；燃燒含硫量大於0．8%的煤，增加了結焦的可能性；在燃燒方面，爐膛出口含氧量部分區域偏低、燃燒器的配風經常存在或多或少缺陷、個別磨的煤粉細度達不到要求、燃燒器擺角有時不同步等因素都會加劇爐膛結焦；鍋爐的吹灰也不能忽視。當然，要更深入認識鍋爐的結焦特性，從優化燃燒的角度，還需要做大量細緻的試驗，除了日常的燃燒設備效率、性能試驗外，還需要做風粉均衡等方面的校準、爐膛出口煙氣氧的質量分數及溫度分佈的測試試驗。
參考文獻
［1］SINGER JG．Combustion fossil power［M］．Connecticut:Combustion engineering,INC.,1991．
［2］ZELKOWSKIJ．煤的燃燒理論與技術［M］．袁鈞盧，張佩芳譯．上海：華東化工學院出版社,1990．
