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【摘 要】 包头第二热电厂两台200MW机组锅炉由于近年来煤质下降、煤质灰熔点低以及锅炉存在的设计性缺陷，造成炉膛结焦严重，并且造成过热器、再热器的减温水量大及壁温超温等影响经济性、安全性的问题。本文以包头第二热电厂200MW机组锅炉为研究背景，找出导致锅炉严重结焦的问题所在， 通过研究分析得到以下结论，在锅炉原设计条件下，一次风射流轨迹不同程度发生刷墙，引起水冷壁结焦，同时炉膛结焦后壁面温度提高，又反过来加重结焦，形成恶性循环。
【关键词】一次风； 结焦 ； 四角切圆
一、设备概况
包头第二热电厂200MW机组锅炉为DG670/13.7-22型超高压、一次再热、自然循环、固态排渣锅炉，？型布置，设计煤种为烟煤。采用直吹式制粉系统，采用三分仓回转式预热器、钢构架（双排柱）。过热蒸汽温度调节采用两级给水喷水调温。再热蒸汽温度调节采用烟气挡板，喷水作为细调措施。
炉膛边长为12400？12080mm。炉膛高41m。煤粉燃烧器锅炉厂原设计采用四角布置切向燃烧、带周界风的固定式直流燃烧器，一、二次风燃烧器喷口轴线形成的炉内假想切圆的直径为Φ529mm和Φ830mm。每角燃烧器喷口共布置有12层喷口，其中一次风喷口5层，顶二次风喷口1层，其余6层为二次风喷口。燃烧器顶部设置顶二次风喷口（即OFA喷口），OFA喷口反切15度，旨在降低炉内气流的残余旋转，减少炉膛出口处两侧烟温的偏差。
燃烧制粉系统采用5台ZGM80G中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统，其中 4台磨煤机运行，1台备用。设计煤粉细度R90不大于22%。
8支简单机械雾化油枪分两层布置于燃烧器二次风喷口中，供锅炉点火和低负荷稳燃使用。
燃烧器每层风室的入口处均设有二次风门挡板，所有风门挡板（也就是所有二次风和周界风风门挡板）都配有各自的执行器，均可自动调节。全炉共配有48个二次风门用电动执行器。风门的控制采用层控方式。
二、现状
包头第二热电厂200MW机组锅炉自投产以来一直存在严重结焦问题，结焦使过热器超温、减温水量比设计值高30-50%，机组带负荷能力降低30-40%，锅炉燃烧不稳定，结焦、超温现象严重，具体表现在以下几个方面：
（1） 锅炉炉内结焦严重。锅炉出力低，机组带负荷能力降低30-40%，不能满足生产需要。到2008年8月初机组带负荷100MW～130MW。
（2） 高温过热器与再热器管壁温度偏高，减温水量比设计值高30-50%，减温水量已调至极限。
（3） 锅炉燃烧不稳定，发生过数次灭火保护动作（MFT）.
（4） 锅炉热效率偏低。
三、原因分析
两台200MW机组投产以来，由于燃用低灰熔点烟煤造成包括燃烧器区域在内的全炉膛水冷壁严重结焦，炉膛出口烟温升高，高温过热器与高温再热器超温、减温水量大，锅炉排烟温度高等一系列问题。特别是炉膛结焦，吹灰器频繁吹扫也难以克服严重结焦的倾向，导致锅炉带负荷能力严重不足。锅炉负荷只能在120MW～150MW之间工作。锅炉停炉时，对炉膛内的结渣情况进行了检查，虽然炉膛经过了停炉自然清焦过程，但还是炉膛结焦十分严重且区域很大。因此，锅炉带负荷能力严重不足是必然的结果。另一方面，从焦的性质来看，较为疏松。经分析这与煤质有关，且不属于低灰熔点煤所结的焦，如果燃用低灰熔点煤，炉膛结焦将更加密实、严重。
（1） 导致燃烧器区域、燃烧器以上水冷壁结焦。
一次风煤粉气流的刷墙，引起水冷壁结焦，导致炉膛辐射传热量减少，炉膛平均温度升高，进而炉膛出口温度随之升高，对流烟道过热器与再热器超温。
（2） 一、二次风混合变差，燃烧推迟，炉膛火焰中心上移。
由于一、二次风的分离，造成炉膛混合性能变差，从而燃烧推迟，炉膛火焰中心上移，这是引起屏式过热器结渣的重要原因之一。
（3） 导致燃烧器区域水冷壁附近还原性气氛，降低了灰熔点，加剧炉膛结焦。
由于贴壁一次风煤粉气流得不到足够的氧气，燃烧气氛呈还原性。加之燃用的大部分煤质结焦性较强， 因此还原性气氛更加剧炉膛结焦。同时炉膛结焦后壁面温度提高，又反过来加重结焦，形成恶性循环。
四、改造对策
包头第二热电厂200MW机组锅炉自投产以来一直存在结渣、超温等问题，严重影响机组的经济性和安全性，针对这些问题，我们对锅炉燃烧器的仅将一次风进行反切和将燃烧器进行分析、研究，分析锅炉结渣、超温的根本原因，从而提出切实可行的改进方案。
速度场、温度差数值模拟及分析
按照改造思路，将C层一次风燃烧器喷口移到F层二次风下方，并且在C层一次风燃烧器下方增加一层M层二次风，具体布置情况如图4-1所示，这样可以起到降低燃烧器高宽比作用。
改造后燃烧器布置图
燃烧器整体重组改造方案布置特点分析
1） 各层一次风射流与各层二次风射流形成相同实际切圆，并处于炉膛合适的中央区域。即炉膛内上下形成直径相同的柱状火焰。
2） 一次风射流因不再刷墙，因而当煤灰熔点较高煤时，可解决炉膛结焦，锅炉可以满足带高负荷要求。而当燃用低灰熔点煤时，也能有效缓解炉膛结焦的过程和严重程度，较改前有明显改善。锅炉运行可靠、安全。
3） 一次风与二次风射流得到充分混合。燃烧器区域燃烧强烈、充分。促进劣质煤的高效燃烧，提高燃烧效率。
4） 燃烧组织合理，结合EI燃烧器着火稳定性强。
5） 在减轻炉膛结焦，提高炉膛传热的同时，火焰中心较低，可以降低炉膛出口烟气温度，减少过热器、再热器减温水量，提高机组发电效率。
7） 上述改造方案下，满负荷条件下，炉膛反正切动量流率矩为-0.63，炉膛出口烟温偏差可以得到有效控制。
【关键词】一次风； 结焦 ； 四角切圆
一、设备概况
包头第二热电厂200MW机组锅炉为DG670/13.7-22型超高压、一次再热、自然循环、固态排渣锅炉，？型布置，设计煤种为烟煤。采用直吹式制粉系统，采用三分仓回转式预热器、钢构架（双排柱）。过热蒸汽温度调节采用两级给水喷水调温。再热蒸汽温度调节采用烟气挡板，喷水作为细调措施。
炉膛边长为12400？12080mm。炉膛高41m。煤粉燃烧器锅炉厂原设计采用四角布置切向燃烧、带周界风的固定式直流燃烧器，一、二次风燃烧器喷口轴线形成的炉内假想切圆的直径为Φ529mm和Φ830mm。每角燃烧器喷口共布置有12层喷口，其中一次风喷口5层，顶二次风喷口1层，其余6层为二次风喷口。燃烧器顶部设置顶二次风喷口（即OFA喷口），OFA喷口反切15度，旨在降低炉内气流的残余旋转，减少炉膛出口处两侧烟温的偏差。
燃烧制粉系统采用5台ZGM80G中速磨煤机冷一次风直吹式制粉系统，其中 4台磨煤机运行，1台备用。设计煤粉细度R90不大于22%。
8支简单机械雾化油枪分两层布置于燃烧器二次风喷口中，供锅炉点火和低负荷稳燃使用。
燃烧器每层风室的入口处均设有二次风门挡板，所有风门挡板（也就是所有二次风和周界风风门挡板）都配有各自的执行器，均可自动调节。全炉共配有48个二次风门用电动执行器。风门的控制采用层控方式。
二、现状
包头第二热电厂200MW机组锅炉自投产以来一直存在严重结焦问题，结焦使过热器超温、减温水量比设计值高30-50%，机组带负荷能力降低30-40%，锅炉燃烧不稳定，结焦、超温现象严重，具体表现在以下几个方面：
（1） 锅炉炉内结焦严重。锅炉出力低，机组带负荷能力降低30-40%，不能满足生产需要。到2008年8月初机组带负荷100MW～130MW。
（2） 高温过热器与再热器管壁温度偏高，减温水量比设计值高30-50%，减温水量已调至极限。
（3） 锅炉燃烧不稳定，发生过数次灭火保护动作（MFT）.
（4） 锅炉热效率偏低。
三、原因分析
两台200MW机组投产以来，由于燃用低灰熔点烟煤造成包括燃烧器区域在内的全炉膛水冷壁严重结焦，炉膛出口烟温升高，高温过热器与高温再热器超温、减温水量大，锅炉排烟温度高等一系列问题。特别是炉膛结焦，吹灰器频繁吹扫也难以克服严重结焦的倾向，导致锅炉带负荷能力严重不足。锅炉负荷只能在120MW～150MW之间工作。锅炉停炉时，对炉膛内的结渣情况进行了检查，虽然炉膛经过了停炉自然清焦过程，但还是炉膛结焦十分严重且区域很大。因此，锅炉带负荷能力严重不足是必然的结果。另一方面，从焦的性质来看，较为疏松。经分析这与煤质有关，且不属于低灰熔点煤所结的焦，如果燃用低灰熔点煤，炉膛结焦将更加密实、严重。
（1） 导致燃烧器区域、燃烧器以上水冷壁结焦。
一次风煤粉气流的刷墙，引起水冷壁结焦，导致炉膛辐射传热量减少，炉膛平均温度升高，进而炉膛出口温度随之升高，对流烟道过热器与再热器超温。
（2） 一、二次风混合变差，燃烧推迟，炉膛火焰中心上移。
由于一、二次风的分离，造成炉膛混合性能变差，从而燃烧推迟，炉膛火焰中心上移，这是引起屏式过热器结渣的重要原因之一。
（3） 导致燃烧器区域水冷壁附近还原性气氛，降低了灰熔点，加剧炉膛结焦。
由于贴壁一次风煤粉气流得不到足够的氧气，燃烧气氛呈还原性。加之燃用的大部分煤质结焦性较强， 因此还原性气氛更加剧炉膛结焦。同时炉膛结焦后壁面温度提高，又反过来加重结焦，形成恶性循环。
四、改造对策
包头第二热电厂200MW机组锅炉自投产以来一直存在结渣、超温等问题，严重影响机组的经济性和安全性，针对这些问题，我们对锅炉燃烧器的仅将一次风进行反切和将燃烧器进行分析、研究，分析锅炉结渣、超温的根本原因，从而提出切实可行的改进方案。
速度场、温度差数值模拟及分析
按照改造思路，将C层一次风燃烧器喷口移到F层二次风下方，并且在C层一次风燃烧器下方增加一层M层二次风，具体布置情况如图4-1所示，这样可以起到降低燃烧器高宽比作用。
改造后燃烧器布置图
燃烧器整体重组改造方案布置特点分析
1） 各层一次风射流与各层二次风射流形成相同实际切圆，并处于炉膛合适的中央区域。即炉膛内上下形成直径相同的柱状火焰。
2） 一次风射流因不再刷墙，因而当煤灰熔点较高煤时，可解决炉膛结焦，锅炉可以满足带高负荷要求。而当燃用低灰熔点煤时，也能有效缓解炉膛结焦的过程和严重程度，较改前有明显改善。锅炉运行可靠、安全。
3） 一次风与二次风射流得到充分混合。燃烧器区域燃烧强烈、充分。促进劣质煤的高效燃烧，提高燃烧效率。
4） 燃烧组织合理，结合EI燃烧器着火稳定性强。
5） 在减轻炉膛结焦，提高炉膛传热的同时，火焰中心较低，可以降低炉膛出口烟气温度，减少过热器、再热器减温水量，提高机组发电效率。
7） 上述改造方案下，满负荷条件下，炉膛反正切动量流率矩为-0.63，炉膛出口烟温偏差可以得到有效控制。