玛电二期410t/h锅炉折焰角甲侧严重积灰的原因分析

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 摘要：针对玛纳斯发电有限责任公司二期两台410t/h锅炉折焰角甲侧严重积灰，分析了折焰角甲侧严重积灰的原因，并进一步提出了相应的防范措施，为锅炉安全运行、经济运行提供了参考，对同类型锅炉低负荷运行具有很好的指导意义。
关键词：锅炉 积灰 原因 分析
 1 设备概况
 玛纳斯发电有限责任公司（以下简称玛电）二期工程共建有两台410t/h锅炉，系武汉锅炉厂为满足新疆电网深度调峰的需要而设计制造的WGZ410/9.8-II型单汽包自然循环炉，它配有16台给粉机，燃烧器为四角布置直流组合式，切圆燃烧，切圆直径为Φ792mm（下）和Φ460mm（上），制粉系统为中间储仓式，采用钢球磨煤机，设计燃用乌鲁木齐硫磺沟煤矿及铁厂沟煤矿的烟煤。二期设计燃用煤种的工业分析数据为：Vr=39.34%；Wy=10.10%；A=18.10%；Cy=56.69%；Qawy=22006%；此外还燃用一部分小窑煤。
 2 存在问题
 二期锅炉自投产以来，存在以下问题：
（1）多次发生灭火事故。仅以#5炉为例，#5炉投产以来共发生了灭火33次：94年5次，95年3次，96年8次，97年4次，98年1次，99年6次，2000年1次，2001年5次，#6炉投产以来共发生了灭火8次：98年1次，99年2次，2000年3次，2001年2次。除过其他明显的原因如厂用电消失等外，负荷70MW以上共灭火18次，而此期间，发生的燃烧不稳不计其数，灭火时炉膛安全保护动作的原因大多为 炉内无火 保护动作，其现象也基本一致:炉膛火焰工业电视变黑，火检信号忽然消失。炉膛负压先摆动到+500-800Pa，此时，炉膛安全保护动作，锅炉灭火。
（2）长期以来，#5、6炉甲乙侧高过后烟温差一直超过规程规定值30℃。高负荷时，#5炉甲乙侧高过后烟温差最高达150℃左右，#6炉甲乙侧高过后烟温差最高达120℃左右。
下面是额定负荷下#5、6炉各处受热面烟温与设计值的比较（单位：℃）

（3）为防止过热器变形，使炉膛出口的高温气流均匀通过，以保证过热器安全运行而加装梳形定位板也因过热而变形或烧损脱落。
 3 原因查找
我们经过多方查找原因，终于发现锅炉灭火的原因：折焰角斜坡严重积灰。对过热器区域检查发现，水平烟道从折焰角过后的水平烟道底部沉积了大量的细灰及焦渣，厚度在50cm-80cm左右。当积灰和焦渣达到一定厚度，由于自重或受到烟气流引起的轻微震动，忽然发生塌落，这些积灰和焦渣在从折焰角滑下后，部分被烟气重新卷起带走，而其中的大部分由于积压结块以及动能较大，会克服烟气对其向上的作用力，迅速落到燃烧区域，并随气流旋转的煤粉在燃烧空间混合。散落的灰虽不致造成炉膛温度的急剧下降，但它可造成两方面的影响：一是阻挡炉内火焰的辐射，短时间火光被阻挡，使炉膛安全保护失去火光信号，造成 炉内无火 保护动作；另一方面，它直接冲击炉膛火焰中心，阻挡了风粉的混合，相当与将部分煤粉与空气隔绝，掉灰对实际的燃烧已经造成了影响。
 4 原因分析
锅炉灭火的原因找到后，我们就集中力量查找过热器处积灰结焦的原因。通过分析，我们认为高温过热器出口、高温过热器底部与折焰角之间的斜坡部位严重积灰的原因如下：
（1）采用四角喷燃器的锅炉，其火焰中心是一个强烈旋转的高温火球，强烈旋转的高温火焰形成的气流，一边旋转，一边上升，并且旋转力量逐渐减弱。由于引风机的抽吸作用，烟气流在炉膛出口改为向后，但是，逆时针旋转的烟气在炉膛出口（即折焰角处）存在一个切向速度，它的存在使烟气由甲侧流向乙侧，并逐渐减弱，而且残余旋转越强，甲、乙侧气流速度差越大，烟气流量差越大，两侧烟温偏差也越大。甲侧气流速度大于乙侧，甲侧气流卷吸能力大于乙侧，灰粒浓度甲侧大于乙侧，从而造成甲侧粘污较乙侧严重。
（2）二期锅炉的煤粉细度设计值为R90=22%，实际运行中，运行人员为了提高制粉出力，降低制粉电耗，总是尽可能地提高磨煤机的通风量，这样的调整结果使煤粉细度远超过设计值许多，煤粉细度的增大，延长了其在炉内的燃烧时间，导致炉膛出口温度偏高。高过管排结焦，致使过热器传热恶化，导致高过处温度升高，烟气温度升高，进一步加剧高过管排的结焦，如此恶性循环，使甲侧高过管排结焦不断增多。受锅炉热负荷的变化影响，高过管排上的焦块掉落，逐渐沉积在遮烟角斜坡上。由于积灰使传热阻增加，受热面吸热相对减少，导致各段烟温升高。为了弥补受热面吸热不足和负荷需求而增加燃料量，造成各段烟温的进一步升高，从而导致结渣、积灰的进一步发展。
实际运行中煤粉细度（一天四次取样值）：

（3）在高温过热器出口与低温过热器入口之间的斜坡上，由于通流面积突变，风速迅速降低，高温烟气携带的飞灰被释放，所以在斜坡上形成一个灰坎。灰坎形成后，使高温烟气通道面积缩小，穿过高温过热器的风速增大，单位容积的飞灰量增加，加剧高过管间距的灰堵。
（4）从上排一次风口中心线到屏过下边缘的火焰高度，二期锅炉要比一期低0.51米，这就造成二期锅炉在同等负荷下，其烟气的残余旋转要比一期锅炉大，其煤粉的燃烬程度比一期锅炉低，炉膛出口温度要高于一期锅炉。导致二期锅炉折焰角积灰比一期锅炉严重。
 5 防范措施
（1）炉内灰沉积是一个由轻度向严重的发展过程，而轻度积灰、结渣一般是疏松的，采用吹灰的方式就可以清除，达到防止结渣积灰进一步恶化的效果，因此，要尽快恢复吹灰器的运行，尤其是高温、低温过热器处要安装吹灰器。
（2）要减弱烟气的残余旋转速度，以降低过热器甲乙侧烟温偏差。为了减弱烟气的残余旋转速度，我们做了大量的试验，发现改变二次风门开度可起到减弱烟气的残余旋转速度、降低过热器甲乙侧烟温偏差的作用，特别是开大1号上、2号上二次风门的开度至90%以上时，效果比较明显。
（3）为了合理配置各燃烧器的煤粉浓度和一次风速度，实现一次风粉的合理分配，建议安装一次风粉在线监测系统，通过对一次风粉的在线监测，以实现锅炉燃烧合理、安全、经济。
（4）为了防止炉膛出口处结渣，从上排一次风口中心线到屏过下边缘的火焰高度，在设计时除考虑煤粉燃烬要求外，燃用低灰熔点的煤应加大些。
（5）运行中的煤粉细度不能太大，尽量保持在设计范围内，以免导致燃烧火焰提高，引起过热器结渣。