410th电厂锅炉燃烧神华煤防结渣、积灰的技术研究

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1、华北电力大学（北京）硕士学位论文410t/h电厂锅炉燃烧神华煤防结渣、积灰的技术研究姓名：龚家猷申请学位级别：硕士专业：热能动力工程指导教师：孙保民20060501华北电力大学硕士学位论文摘要神华煤在我们国家是一种储量非常丰富的煤种，而对其进行开采和用于电厂锅炉燃烧还只是近几年的事，在近年来的电厂锅炉燃烧神华煤的过程中，由于经验不足，发生了很多的问题。本文的目的就是针对4 1 0 t h 电厂锅炉燃烧神华煤过程中出现的结渣和积灰问题进行分析，探究其与神华煤煤质特性的内在联系，进行防止结渣和积灰的技术研究。本文首先用一些传统的酸碱比判别法以及结渣指数判别法对神华煤的结渣倾向进行判断，采用煤灰中N

2、 a z 0 含量的特性指标对积灰倾向进行判断，分析了神华煤煤质与电厂锅炉燃烧中发生结渣和积灰问题之恻的内在联系，通过实际生产中对部分设备进行改造以及运行调整试验，对4 1 0 t h 锅炉燃烧神华煤防止结渣和积灰的技术进行了研究。关键词：神华煤，结渣，积灰，吹灰器A B S T R A C TS h e n H u ac o a li sas o r to fc o a lr e s e r v e dv e r yr i c hi no u rc o u n t r y , b u t1 t sm m m ga n du s i n gi np o w e rp l a n tf o rc

3、 o m b u s t i o ni so n l yi nr e c e n ty e a r s S ot h e r ea r em a n yq u e s t i o n sd u et ol a c ko fe x p e r i e n c e si np o w e rp l a n tw h i c hb u r n e dS h e n H u ac o a l T h ep u r p o s eh e r ei st os t u d yt h ep r e v e n t i o no fs l a g g i n ga n df o u lt h r o u g

4、ha n a l y z i n gt h ep r o b l e m so fs l a g g i n ga n df o u lb r o u g h tb yb u r n i n gS h e n H u ac o a li n4 1 0 t hb o i l e r s ，a n de x p l o r i n gt h e i ri n h e r e n tr e l a t i o n sw i t hS h e n H u ac o a l F i r s t ，t h et h e s i sj u d g e st h et e n d e n c yo fs l

5、a g g i n ga n df o u lo fS h e n H u ac o a lb ys o m et r a d i t i o n a lj u d g e m e n t ，a n dt h e ni ta n a l y s e si t si n t e r r e l a t i o n s h i p sw i t ht h eq u a l i t yo f S h e n H u ac o a l ，t h ep a p e rr e s e a r c h e dt h et e c h n o l o g yo fp r e v e n t i n gs l

6、a g g i n ga n df o u lf o r4 10 t hb o i l e rb yt h eo p e r a t i o na d j u s t m e n tt e s t sa n da l t e r a t i o no f p a r t sa n de q u i p m e n tt h r o u g ha c t u a lp r o d u c t i o n K E YW O R D S ：S h e n H u ac o a l ，s l a g g i n g ，f o u l ，s o o t b l o w e r华北电力大学硕士学位论文摘要

7、神华煤在我们国家是一种储量非常丰富的煤种，而对其进行开采和用于电厂锅炉燃烧还只是近几年的事，在近年来的电厂锅炉燃烧神华煤的过程中，由于经验不足，发生了很多的问题。本文的目的就是针对4 1 0 t h 电厂锅炉燃烧神华煤过程中出现的结渣和积灰问题进行分析，探究其与神华煤煤质特性的内在联系，进行防止结渣和积灰的技术研究。本文首先用一些传统的酸碱比判别法以及结渣指数判别法对神华煤的结渣倾向进行判断，采用煤灰中N a z 0 含量的特性指标对积灰倾向进行判断，分析了神华煤煤质与电厂锅炉燃烧中发生结渣和积灰问题之恻的内在联系，通过实际生产中对部分设备进行改造以及运行调整试验，对4 1 0 t h 锅炉燃

8、烧神华煤防止结渣和积灰的技术进行了研究。关键词：神华煤，结渣，积灰，吹灰器A B S T R A C TS h e n H u ac o a li sas o r to fc o a lr e s e r v e dv e r yr i c hi no u rc o u n t r y , b u t1 t sm m m ga n du s i n gi np o w e rp l a n tf o rc o m b u s t i o ni so n l yi nr e c e n ty e a r s S ot h e r ea r em a n yq u e s t i o n sd u

9、 et ol a c ko fe x p e r i e n c e si np o w e rp l a n tw h i c hb u r n e dS h e n H u ac o a l T h ep u r p o s eh e r ei st os t u d yt h ep r e v e n t i o no fs l a g g i n ga n df o u lt h r o u g ha n a l y z i n gt h ep r o b l e m so fs l a g g i n ga n df o u lb r o u g h tb yb u r n i n

10、gS h e n H u ac o a li n4 1 0 t hb o i l e r s ，a n de x p l o r i n gt h e i ri n h e r e n tr e l a t i o n sw i t hS h e n H u ac o a l F i r s t ，t h et h e s i sj u d g e st h et e n d e n c yo fs l a g g i n ga n df o u lo fS h e n H u ac o a lb ys o m et r a d i t i o n a lj u d g e m e n t ，

11、a n dt h e ni ta n a l y s e si t si n t e r r e l a t i o n s h i p sw i t ht h eq u a l i t yo f S h e n H u ac o a l ，t h ep a p e rr e s e a r c h e dt h et e c h n o l o g yo fp r e v e n t i n gs l a g g i n ga n df o u lf o r4 10 t hb o i l e rb yt h eo p e r a t i o na d j u s t m e n tt e s

12、 t sa n da l t e r a t i o no f p a r t sa n de q u i p m e n tt h r o u g ha c t u a lp r o d u c t i o n K E YW O R D S ：S h e n H u ac o a l ，s l a g g i n g ，f o u l ，s o o t b l o w e r声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文4 1 0 t h 电厂锅炉中燃烧燃烧神华煤防结渣、积灰技术研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标

13、注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。( 涉密的学位论文在解密后遵

14、守此规定)储虢垒壅塑新繇缎日期：盖绎占鹧矽日日期华北电力人学硕士学位论文第一章前言1 1 神华煤作为电厂锅炉燃煤的优势2 0 0 5 年是我国第十个五年计划的最后一年，在此期间，作为核心的能源工业和电力工业都取得了令人瞩目的成就。近年来，为满足各行各业对电力不断增长的需求，全国每年发电总量以极快的速度增长，2 0 0 4 年1 月至1 1 月的发电量达到1 9 2 7 1 k W h ，比2 0 0 3 年同期增长1 5 。其中火力发电、水力发电和核电各占8 2 8 6 、1 4 5 8 、2 5 6 。在电站建设方面，过去的四年共建设了1 3 6 8 8 G W 发电容量的机组( 其中2 0

15、 0 1 年建设了2 1 4 G W 、2 0 0 2 年建设了2 3 3 7 G W 、2 0 0 3 年建设了3 1 1 1 G W 、2 0 0 4 年建设了6 1 0 G W ) ，平均每年增加3 4 2 2 G W 发电容量。到2 0 0 4 年底，全国总装机容量达到4 4 0 G W ，其中火电、水电和核电占总装机容量的份额分别为7 4 0 、2 3 5 和1 8 。1 1 1 煤电在我国能源结构中的地位我国是个煤炭资源大国，据估计我国煤炭资源总量在5 6 万亿吨。据有关资料显示，我国已探明煤炭储量为1 万亿吨，占世界第三位。2 0 0 4 年，我国煤炭年产量约为1 2 亿吨，其中

16、发电用煤占2 8 ，2 0 0 5 年全年煤炭产量高达2 0 亿吨左右，其中开采出来的煤有三分之一以上是用于发电P I 。因而，在相当长的一个时期内，在电力供应市场上，以煤电为主的格局不会发生变化。近年来，我国经济的快速发展，对电力的需求也急剧增加，而由于火电技术发展已经有一百多年的历史，跟其它发电技术相比，相对较为成熟，在目前的市场形势下，我国各大电力集团纷纷建设了大量大型的火电机组。据推测，在未来1 5 年问，我国经济仍将保持较快的速度增长，能源总需求也将相应增长。据此预测，到2 0 1 0 年、2 0 1 5 年，全国煤炭需求量分别将达到1 5 亿吨和1 5 8亿吨，年均增加近2 0 0

17、 0 万吨，而其中主要为发电用煤的增加1 3 1 。2 1 世纪，天然气、石油、水电、核能以及其他能源将有长足增长，虽然煤炭在一次能源的比例中会有所下降，但其仍将是我国的主要能源。据预测，到2 0 1 0 年、2 0 1 5年，煤炭占一次能源的比例仍然将分别占6 2 和6 0 ，到2 0 5 0 年这个比例也不会低于5 0 。若能源政策有利，煤炭的转化及利用方式有所突破，煤的总消费将会有较大提高，其在一次能源中占有的比例也可能会出现回弹。所以在以后相当长的时期内，煤电仍将在我国能源结构中占主导地位。1 1 2 神华煤在我国目前及未来能源市场的战略意义神华煤是指我国最大的煤炭集团神华集团下属的神

18、府东胜煤田生产的煤种。华北电力大学硕士学位论文目前，神华煤以其独特的优势在我国的电煤市场上占有相当大的份额。1 1 2 1 神华煤的储量优势神府东胜煤田属世界八大煤阳之一，位于陕西省榆林地区和内蒙古伊克昭盟境内。已探明煤开j 含煤面积3 1 2 万平方公罩，地质储量达2 3 3 6 亿吨，煤质良好，属优质动力煤和气化煤。该煤罔赋存条件好，地质构造简单，煤层埋藏浅，断层少，顶底板稳定，易维护；瓦斯含量低，安全条件好，特别适合于建设特大型现代化矿井，适合大规模开采。1 1 2 2 神华煤的煤质优势神华煤煤质属低灰( 8 O 左右) 、特低硫( 小于0 5 ) 、特低磷、特低氯、中高发热量( 低位热

19、值2 3 4 5 2 5 1 2 M J k g ) 的优质洁净动力、冶金( 喷吹) 和化工用煤。1 1 2 3 神华煤在我国目前及未来电煤市场中的战略地位神华集团拥有雄厚的资金，目前已经投入超过1 0 0 0 亿元的资金用于煤炭的开采，2 0 0 5 年6 月，神华能源成功在香港上市，吸纳资金3 2 8 亿美元，神华集团积极引进国外先进技术和设施，率先实现了开采作业的信息化和自动化，应用包括以太网技术、光纤通信技术和美国R O C K W E I L 公司三层网络结构等信息技术，实现了全程遥测、遥控、遥讯自动化控制，在世界煤炭工业史上丌创了矿井综合信息管理和调度监控网络化、胶带运输监控系统和

20、辅助生产系统自动化以及物流信息化、自动化管理的先河。神华集团首刨连续采煤机，连续运输机，履带行走式液压支架短臂机械化开采装备与工艺成套技术，以及辅助运输无轨胶轮化技术使开采的速度得到质的飞跃；神华集团公司拥有强大的生产阵容：共有2 9 个生产煤矿，3 1 个综采队、8 个高档采煤队、2 1个炮采队、3 1 个连采队、1 2 个综掘队、4 8 个炮掘队；全集团皮带总长度达3 2 3 4 公罩。这些优势为神化煤的大量、快速的丌采创造了必要的前提。神华集团组建至今仅1 0 年左右时f d J ，算上其前身华能精煤公司，也不到2 0 年，依托先进的设备和技术，神华集团的煤炭产量飞速增长，煤炭产量从集团

21、组建之初的5 0 0 万吨，到2 0 0 5 年年产原煤的1 4 9 6 8 万吨，在不到十年的时间里，产量增长2 0 0 多倍。这样的时间和速度，在世界范围内都是绝无仅有的。目前，神府东胜煤阳已被列入我国能源战略后备基地。随着国家对环境质量越来越重视，特别是对于有害气体排放对环境的影响的监管只益加强，一些大城市对于周边电厂的污染物排放实行了严格的要求，特别是在一些如北京这样的大城市，其排放标准更加严格，如对S 0 2 、N O 。等的排放都高于国家环保要求。而且有的城市还对周边锅炉燃煤做了比较严格的要求，如北京就严格规定禁止在市区和近郊区的锅炉燃烧高硫煤。另外，地方政府还大力号召推广使用低硫

22、、低扶、高热量的优质动力煤作为燃煤锅炉的燃料。而神华煤就是一种符合上述要求的优质燃煤。早在1 9 9 3 年，国家能源部、国家环保局就下发了关于京津沪三市燃用优质煤的建议，称锅炉燃用神华煤是一条耗费少、见效快的改善环境质量的有效措施。北2华北电力大学硕+ 学位论文京市环保局也以此为课题，从环保角度肯定了神华煤的优势，大力提倡在北京市的锅炉燃烧神华煤。目前北京市一年的耗煤量约2 8 0 0 万吨，如全部使用神华煤，可相对减少煤炭消耗7 0 0 万吨，大大减少灰渣运输量和烟尘、二氧化硫等有害物质的排放量。所以神华煤作为种电厂锅炉燃煤对于电厂的经济效益和社会效益都是非常可观的。神华集团拥有强大的产、

23、供、销和发电一体化的经营网络，在市场竞争中使其具有了无可替代的霸主地位；神华集团所辖的四条铁路运营里程达1 2 9 3 公里，横跨蒙陕晋冀；而已经建成的与神黄铁路相连的黄骅港，2 0 0 4 年全年完成煤运吞吐量4 5 4 3 万吨，成为我国第三大能源输出港。预计在二期工程完成后，该港年吞吐量将达到6 5 0 0万吨：神华集团下属的国华电力公司拥有电厂1 3 座2 9 台机组、总装机容量7 2 9 万千瓦，计划到2 0 l O 年将完成总装机容量建设超过2 0 0 0 万千瓦。神华集团拥有的这些优势使得神华煤迅速成为了目前国内电厂锅炉燃烧的主力煤种“l 。1 1 _ 3 神华煤作为电厂锅炉燃煤

24、的特点由于神华煤产量的迅速增长，以及神华集团拥有的强大的产、供、销及发电一体的网络化市场经营优势，在目前国内煤炭市场需求不断增长的情况下，各大电力集团纷纷和神华集团签订了长期购买神华煤的大宗合同，在我国，很多在建的电厂中，针对神化煤的特点，纷纷上马了大量适合燃烧神华煤的锅炉，目前，神华煤作为电煤，已经广泛的应用于新建电厂和在建电厂中。在2 0 0 4 年的煤炭市场中，神华煤的销量达到1 2 亿吨，约占全国煤炭市场的十分之一。2 0 0 5 年，神华煤的产销量达到1 5 亿吨。因此，在今后相当长的一段时期内，神华煤将在国内电煤市场中占主力地位。神华煤发热量高，挥发分高，着火容易。从燃烧的稳定性方

25、面来看，具有燃烧稳定的特点，从这点上看，运行的监视将更轻松，调整工作也将相对减少，因煤质影响导致锅炉着火不稳造成锅炉灭火的事故一般不会发生；由于煤质优越，煤粉燃烬程度高，热能利用比较充分，燃烧神华煤的大型锅炉，其飞灰可燃物近似于液态炉水平，飞灰含碳量一般都能控制在0 5 以下，使得锅炉效率明显提高；神华煤在炉内燃烧反应速度快，热负荷调节特别灵敏，即使受外界因素影响引起负荷大幅度波动，运行控制人员也能很快找到风煤配合的最佳稳定点，一般不会出现燃烧工况紊乱长时间稳定不了的现象；神华煤作为电厂燃煤，特别优越之处还在于低负荷运行不用投油稳燃，一般，锅炉负荷为4 0 额定负荷时都可以稳定运行。通过有些电

26、厂锅炉在停炉过程中进行的试验显示，有的锅炉负荷甚至降至3 0 额定负荷不投油燃烧依然能够稳定。因此，燃用神华煤可以较好地适应电网深度调峰的要求。另外，燃用该煤种还有机组升降负荷灵敏、大量节约助燃用油等优点。神华煤有低狄、低硫的优势，对于“四管”、烟道、吸风机叶片的磨损及腐蚀不会构成威胁。神华集团燃用神华煤的坑口电厂已运行1 0 多年，在各类检修中通过对受热面、烟道及吸风机叶片的检测，均无明显磨损以及腐蚀痕迹，即使在大修中，锅炉受华北电力大学硕十学位论文热面也仅仅需要做些常规性工作。这样，使得设备寿命延长，检修工作量大为减轻。锅炉受热面在易磨损部位只要按不同区域采用一些防护措施，在设计上完全可以

27、避免燃用神华煤发生的磨损问题。同时，由于神华煤储量丰富，年产量大，作为电厂燃煤，将能给电厂提供长期稳定的供给，因此，不会给电厂造成因燃煤供给变化大造成锅炉不能适应的问题。也便于运行人员的操作，减少工作量。由于神华煤煤质这些优点，在锅炉设计时，对外型的选择、受热面的布置都比较灵活；同时受热面可以相对减少，并能符合强制循环汽包炉要求：对除渣、除尘、烟囱、贮坎场及环保等方面均可优化设计，建设投资显著降低。燃用神华煤的环保效应也比较显著。由于神华煤具有的低灰、低硫、低磷以及含氮元素低等特点，其燃烧中产生的有害的硫、磷、氮的氧化物及烟尘很少，这样，在脱硫和脱氮设备的投资上也会大为减少，环保效应显著。尽管

28、神华煤在供给上具有强大的优势，在作为电厂燃煤的煤质方面具有很多的优点，但是，由于神华煤在过去没有大规模的开采，在开采初期的几年里，作为电厂锅炉燃料，神华煤也没有被作为一种很重要的燃烧煤种来看待，所以国内技术人员对神华煤的研究没有引起足够的重视。近年来，由于神华煤的大量而迅速的开采以及作为电厂锅炉燃煤的大量应用，才使得神华煤的研究受到有关技术人员的重视，但是国内对于神华煤在锅炉燃烧中的技术研究还是比较少，由于锅炉容量不同、锅炉采用的燃烧方式的不同以及炉型设计的差异，导致很多锅炉在燃烧神华煤的过程中，发生了各种各样的事故，有的事故已经严重的威胁到人身和设备的安全。因此，对于神华煤特性以及其在电厂锅

29、炉燃烧技术上的研究已显得尤为迫切。而研究神华煤在电厂锅炉燃烧技术对于今后我国的锅炉大量燃烧神华煤的安全性和经济性都具有重大的意义。1 2 目前的研究现状在电力发展一百多年的历史中，国内外许多的专家对于锅炉燃烧技术做了大量的研究工作，取得了丰硕的成果。燃煤锅炉在运行中发生结渣、受热面积灰、堵灰、烧喷燃器等都是非常常见的现象，由于所燃烧的煤的特性不同，锅炉型式的不同，组织燃烧的方式不同，采取的运行方式的不同，锅炉在运行过程中都可能产生不同的问题，研究人员对于产生的问题采取解决的办法也就各不相同。对于煤粉炉燃烧过程中的结渣问题，研究工作贯穿于锅炉发展的整个过程，从燃煤锅炉投入运行，f 始，锅炉结渣问

30、题就一直存在，可以说，研究电厂锅炉燃烧过程中的结渣问题是燃煤锅炉发展史上“永恒的主题”。国内对于煤的燃烧特性的研究始于上个世纪的七、八十年代，作为判断结渣、积狄倾向性的一个指标的熔化温度H T ，也常常被作为一个判别标准为我国研究人员广泛4华扎电力大学硕士学位论文采用，熔化温度与煤灰成分的关系公式一般采用的是煤炭科学研究院煤化所整理的公式：H T = 2 0 0 + 2lA L 2 0 3 + 10 S 1 0 2 + 5 ( F e 2 0 3 + C a + M g O + K 2 0 + N a 2 0 ) 不过，有的科研单位也采用别的一些指标对煤的结渣倾向性进行判别，但是即使是在采用同

31、一指标进行判别的基础上，指标的界限划分也会有所不同。如在用软化温度D T 来划分煤的结渣级别问题上，国电热工院和哈尔滨成套所的标准就有略微的差别，国电西安热工院将灰变形温度D T 1 3 5 0 的煤划分为不易结渣的煤，而D T 1 3 9 0 ，不易结渣的煤，D T 1 3 4 0 ，为不易结渣的煤，1 2 3 0 R F s 1 3 4 0 的煤为中等程度结渣的煤；1 1 5 0 。C R F s 1 2 3 0 的煤为易于结渣的煤，R F s 1 2 8 9 不结渣D T = 1 1 0 8 1 2 8 8 中等结渣D T 13 7 1 不结渣D T = 1 0 9 3 1 2 0 4

32、易于结渣2 1 4 1 2 根据煤灰的软化温度S T 进行煤的结渣倾向性预测华北电力大学硕士学位论文哈尔滨成套所的预测判据划分为：S T 1 3 9 0 不结渣S T = 1 2 6 0 1 3 9 0 中等结渣S T 1 2 3 0 结渣性小S T 1 2 3 0 结渣性大2 1 4 1 3 根据熔点差法进行煤的结渣倾向性预测美国A S M E 标准根据灰渣液化温度F T 和变形温度D T 差值来衡量灰渣在水冷壁上的附着力。判别的划分如下：F T D T 1 4 9 水冷壁结渣附着力弱，不易结渣。2 1 4 2 根据煤灰灰渣的成分特性进行煤的结渣倾向性预测煤的结渣特性与煤灰成分有极大的关系，

33、因此搞清楚煤灰中各组分对结渣的影响是非常重要的。从大量的灰渣物相分析情况看，煤灰成分中的氧化物对结渣的影响起着决定性的作用。由于灰分中的组成很复杂，灰分中氧化物含量对结渣特性的影响也是很复杂的，一般认为大致规律为：煤灰中高熔点的成分越多，灰的熔点就越高，相反，低熔点的成分则会降低灰的熔点。在煤灰中，有一些是易熔的化合物，主要是碱金属化合物，它们的熔点都在1 0 0 0 以下。灰中的难熔成分，如S i 0 2 和A 1 2 0 3 ，它们的熔点都在1 6 0 0 2 0 0 0 之间，而铁的氧化物的熔点，取决于它的存在形态。氧化铁( F e 2 0 3 ) 的熔点很高( 大约为1 6 0 0 。

34、C ) ，但是氧化亚铁( F e O ) 的熔点却只有约1 0 0 0 。有些金属氧化物，如C a O 、M g O ，其本身的熔点很高，约2 6 0 0 2 8 0 0 。但是在高温的作用下，它们往往与其它成分( 如F e O ，S i 0 2 和A 1 2 0 3 等) 结合生成低熔点共晶体，熔点在1 0 0 01 2 0 0 之间。按照化学性质进行分类，煤灰中主要成分可分为为酸性氧化物和碱性氧化物两种。在原煤中还存在硫氯等非金属元素，酸性氧化物与碱金属氧化物的比值跟灰渣的熔点有很大的关系，对于有些煤种可利用这一比值进行煤的结渣倾向性预测“6 。”! 。1 1 4 2 1 根据煤灰中碱酸比

35、的大小进行结渣倾向性判别煤灰中各组成成分熔点不同，铁和钙起增强结渣的作用。在还原性气氛中，熔融的铁促进结渣的早期形成；在氧化性气氛中，钙可显著降低硅酸盐玻璃体的粘度。钾是促使玻璃体形成的助熔剂，当褐煤灰中K 2 0 含量大于l 时，结渣性较严重；当K 2 0含量小于O 2 时，次烟煤灰的结渣性较轻。硅一般可减轻结渣性，但硅含量较高时会产生无定型玻璃质，反而使结渣性增强。因此，煤灰中的酸性成分比碱性成分的熔点高，故常用碱酸比来作为结渣倾向的判别指数。即：华匕电力大学硕士学位论文口屹Q + c ：D + D + M 2 D + K DAS 0 2 + 爿乏Q + 霉q对于固态排渣煤粉炉来说，其判别

36、界限为B A = O 4 0 7易结渣煤B A = 0 1 O 4轻微结渣煤B A 0 1不结渣煤2 1 4 2 2 根据结渣指数R 。和R 。进行煤的结渣倾向性预测美国常用结渣指数R c 和R 。作为煤的结渣倾向性判别标准。若煤灰中：0 3 1 ，则称其为烟煤型煤狄，而疋：o ，( c 。0 + M 。o ) 2 0 ，则称其为褐煤型煤灰，不同类型煤灰其结渣指数的计算方法是不相同的。对烟煤型煤狄用式计算尺，：一Bsd：Fe203+CO+MgO+N20+K20sd。A4S ；a + 爿，D 、+ r , o ，“式中：S d 为干燥基硫分，；R s 判别界限：R s 2 6严重结渣对褐煤型煤狄

37、用式计算R ：S T , a x + 4 D T m i 5式中：S T m a x 为在氧化和还原气氛两种测量值中较高的软化温度；D T m i n 为在氧化和还原气氛下式中两种测量值中较低的变形温度。R t 笋0 另0 界限：R t l3 4 3 不结渣R t = 1 1 4 9 1 3 4 3 中等结渣R t 11 4 9 严重结渣以上标准是美国B & W 公司采用的一种预测结渣的办法。由于煤灰熔点的测量值与所处的介质气氛有关，而炉膛内燃烧器附近是强还原性气氛，炉膛出1 2 1 是强氧化性气氛，因此，美国A S M E 标准规定，要分别在还原、氧化性两种气氛中进行灰熔点温度的测定m l

38、。实际上，我国与美国或闩本在判据界线上的差别只是煤质的差别造成的，基于两种温度进行判别的原理并没有什么不同。在实际生产中，结渣与否、结渣程度的严重2华北电力大学硕十学位论文性取决于多种因素，上述的判据只是一个倾向性的判别，并不代表一种绝对的关系。2 1 4 2 3 根据煤灰中N a 2 0 含量的大小进行煤的结渣倾向判别将煤灰分为烟煤型煤灰和褐煤型煤灰。对于烟煤型灰，通常根据B A N a 2 0 的值来进行判别：B A N a 2 0 1严重结渣煤对于烟煤型灰，一般以煤中总的碱会属含量作为判别结渣倾向性的指标，煤灰中碱金属的当量计算式为：N a 2 0 当量= ( N a 2 0 + 0 6

39、 6 K 2 0 ) A d 1 0 0其中：A d 一煤的干燥基灰分，O 6 6 一N a 2 0 与K 2 0 的分子量之比。其判别的分级如下：N a 2 0 当量结渣倾向 O ，5严重对于褐煤型灰，美国通常以N a z O 为指标，判别界线为：N a 2 0 结渣倾向 6严重2 1 4 2 4 根据煤灰中硅铝比的大小进行煤的结渣倾向判别煤灰中2 S ，O ：A I ：0 ，的比值称为硅铝比，它对煤灰的熔融性有较大影响，可作为判别是否结渣的指数。研究表明，2 S ，0 2 A l ：0 3 = 1 1 8 时不会结渣，而当2 S 0 2 爿，：0 3 1 1 8则有可能出现结渣。2 1 4

40、 2 5 根据煤灰中硅比的大小进行煤的结渣倾向判别与煤灰中氧化铁含量一起作为判别固态排渣煤粉炉结渣倾向的指标，即：a1 0 0 S ，0 2。F e 2 0 3 + C d O + M l O + S 。0 1研究表明，较大的硅比意味着灰渣有较高的粘度。当S R 7 2 时不易发生结渣，当S R ( c 。O + M 。O ) 的煤，厶q C o O 3 0 时为强结渣煤。故铁钙比越大，结渣的可能性就越大。2 2 对神华煤结渣倾向性预测对于电厂锅炉燃烧神华煤过程中锅炉容易发生结渣问题的认识，还是近年来众多电厂燃烧神华煤过程中开始的。由于很多燃烧神华煤的电厂锅炉都发生严重的结渣问题，这才引起大家

41、对于神华煤煤质与结渣之间关系研究的重视。2 2 1 利用碱酸比判别法对神华煤的结渣倾向进行预测通过试验，发现从燃烧后的灰渣化学特性及成分构成上来分析神华煤是一种比较实用和简便的做法。表l神华部分矿区及某燃烧神华煤电厂炉渣分析结果扶中碱性氧化物用F 。2 0 3 、C 。O 、M g O 、K 2 0 、N 。2 0 的含量来表示，酸性氧化物用S i 0 2 、A 1 2 0 ”T ，0 2 的含量来表示其比值为：Be 2 0 3 + c o O + M 。O + N 。2 0 + K 2 0一爿S f 0 2 + 4 ，2 0 j + r , 0 2从上表中可以看到，神华煤各矿中煤灰的碱酸比值

42、在O 7 0 2 8 6 之间，而且有一个尤其突出的共同点是，神华煤各矿煤灰中的C a O 含量很高，达2 6 左右；并且煤灰中碱性氧化物和酸性氧化物比值( B A ) 很高。这正是造成神华煤煤灰熔融温度较低、易结渣的主要原因。根据煤灰中碱酸比法进行结渣倾向性判别，神华煤都属于易结渣的煤，而象B A 高达1 2 6 和1 3 8 的煤种则是属于极易结渣的煤种。4华北电力人学硕士学位论文2 2 2 根据煤灰熔点对神华煤的结渣倾向进行预测一种更加直接和简便的方法就是直接根据表征煤的熔化性质的三个特性温度指标变形温度D T 、软化温度S T 和熔化温度H T 来对燃煤的结渣倾向进行预测，这种方法往往

43、在电厂实际生产中广泛采用。这种方法的可操作性较强，因为现在很多电厂煤源不稳定，煤质的变化比较大，所以有必要每天都对入炉煤的结渣倾向进行评定，而通过简单的试验仪器就可以测出这三个特性温度指标，因此这种方法被广泛用于电厂生产中对煤的结渣倾向进行预测。表2神华部分矿区及某燃烧神华煤电厂炉渣熔融温度由表可以看出，神华各矿煤质熔融温度都很低，各矿之间熔融温度的差别也很小，不仅如此，其D T 与F T 之间的温差也小；另一方面，弱还原性气氛下熔融温度测量值和氧化性气氛熔融温度测量值相差也甚小。神华煤的这个特点，也成它作为电力用煤的最大不足之处。2 2 3 根据结渣指数R 。对神华煤的结渣倾向进行预测煤灰熔

44、融性温度的高低，除了与煤灰熔融测定时的气氛有关，本质上主要还是取决于煤扶成分。一般而言，煤狄中碱性氧化物和酸性氧化物比值B A 越大，则煤灰熔融温度一般也越低，反之则高。虽然神华各矿煤种的B A 值较大，但煤中含硫量普遍较低，依据表1 数据按结渣指数R s 的计算公式计算，得出其各矿煤质的结渣指数如下表：表3 神华矿区各煤质的结渣指数棒品冬叠适堕一曼兰查篓量窒揸主! 整蕉曼室揸盔她措结渣指数R sO 3 4O 7 4O 7 01 3 50 5 4O 3 8由上表显示，神华各矿煤的结渣指数R s 计算值在O 3 4 1 3 5 之间，根据对应的判别界限，却不属于结渣严重的煤种，而属于低、中结渣程

45、度的煤，前文已指出，我国煤灰中碱性氧化物和灰中酸性氧化物比值在0 0 1 1 0 范围内变化，神华煤6 个矿华北电力大学硕士学位论文煤灰中碱性氧化物和灰中酸性氧化物比值却在O 7 8 2 1 8 范围内，显然用公式计算的结渣指数来推断锅炉是否结渣及其严重程度是否适于神华煤还值得进一步研究。至少从目前神华煤在电厂锅炉中燃烧的实际情况来讲，用这种方法来对神华煤的结渣特性进行预测得出的结果是不准确的。2 3 电厂锅炉运行中的积灰的问题积灰是指温度低于灰熔点时灰沉积物在受热面上的积聚，这种现象多发生在锅炉对流受热面和尾部烟道的热交换管上。2 3 1 积灰的类型2 3 1 1 根据飞灰温度范围划分当烟气

46、温度为8 0 0 6 0 0 时，形成高温积灰；当烟气温度较低时( 6 0 0 4 0 0 。C ) 时，管子受热面覆盖有单侧细小颗粒的积灰，称为低温沉积灰。2 3 1 2 根据积灰强度划分松散性积灰：主要发生在管子背部，它填在管子后方的漩涡区内并使管予呈流线型，对烟道阻力的影响不大；而在管子正面，只有当速度很小或飞狄颗粒很细时，才形成松散性积灰。这种积灰一般多发生在尾部烟道中的省煤器管子上。粘结性积灰：主要在管予正面发生，并迎着气流不断生长，会引起管束阻力迅速增加直到烟道堵塞。这种积灰的成分一般是由于粘性很强的C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H等碱金属的氢氧化物组成，

47、多发生在尾部受热面的低温省煤器的冷端，对省煤器的运行产生比较大的影响。2 3 1 3 根据受热面的积灰位置划分第一类积灰：沉积在管子迎风面上形成，并非常牢固，随着温度的提高，沉积物的厚度也将增加。这种沉积物的特征是硫酸盐含量高。第二类积狄：当烟气温度超过9 5 0 。C 时在管子迎风面上形成，呈梳子状。这种沉积物的粘结强度不高，但形成速度很快，与第一类沉积物相比，其硫酸盐含量较低，在迅速形成后，会限制锅炉出力。第三类沉积物：在广泛的温度范围内，可在管子背部和炉墙上形成，其牢固度相差很大，可能非常松脆，也可能十分牢固，其硫酸盐含量随硫酸化的时问和温度的不同而改变，其他成分的含量变化不大，容易在尾

48、部烟道热交换管管子后面的涡流区内形成。1 。2 3 2 电厂锅炉运行中的积灰过程及机理2 3 2 1 高温对流受热面的积灰华北电力大学硕士学何论文高温对流受热面的积灰可分为三个阶段：第一阶段：由热扩散和涡流扩散或汽化物凝结在管子的圆周表面上，覆盖上一层由小于1 0 9 m 的灰粒构成的均匀薄层，这种初始形成的薄层没有粘结性，并容易被其他固态灰分碰掉或被吹灰器吹掉。第二阶段：由直径大于一般灰粒的低熔点灰分的选择性沉积形成，这些灰粒具有粘性而粘在管子上，即使受到碰撞也不会被冲刷掉。此薄层粘结在管子的迎风面上后，能够捕积所有冲击到管子表面上的灰粒。此阶段沉积物粘性最大，正常情况下不能被吹扶器吹掉。第

49、三阶段：在此阶段中，碰撞到沉积层上的全部粒子粘结在一起，很快形成大量沉积物，沉积物的形状随烟气温度和低熔点成分的百分比不同而不同。此阶段产生的外层沉积物与内层沉积物的粘结较薄弱，常会因其自重而脱落。2 3 2 2 低温对流受热面的积灰对于锅炉尾部烟道中的低温受热面，当带灰烟气流经时，部分灰粒沉积到受热面管子上而形成积灰。对于低温受热面，烟气温度一般低于6 0 0 7 0 06 C ，烟气中的碱金属赫蒸汽凝结过程己结束，在受热面管子外表面上不会形成牢固的沉积层，因此积灰往往是松散的，但是在灰中碱金属氧化物如C a O 、N a 2 0 、K 2 0 等含量很高以及湿度比较大的条件下，其中的C a

50、 O 、N a 2 0 、K 2 0 容易和烟气中的水分发生反应生成C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H 等粘性很强的碱金属化合物，这些粘性很强的碱金属化合物粘结在管壁上形成不易被吹灰器吹掉的灰垢，严重时这部分积灰容易在省煤器的管子之间发展，堵塞烟气流道。在湿度很大或者有水存在的条件下，更是会形成泥汤似的流体进入预热器罩造成堵管1 2 2 I 。2 3 3 积灰倾向性预测准则2 3 3 1 用煤灰中碱金属氧化物的含量来预测碱金属化合物在高温区可能发生蒸发，变成以氧化物、氯化物、氢氧化物及其硫酸盐形式存在的蒸汽或气体，在冷却后容易冷凝在温度较低的受热面上，在管子上这些化合物

51、又和会属及烟气相互作用，形成积灰的初始层。钠在火焰高温区短时间内以原子N a 或N a 2 的形式存在，因水蒸气的存在形成N a O H ，当随烟气到达温度较低的尾部受热面时，则会和烟气中的硫酸或S 0 3 发生反应生产N a 2 S 0 4 和N a 2 S 0 3 ，对形成碱性粘结灰起到作用；N a 2 S O 。等碱金属的硫酸盐和铁、铝的硫酸盐发生化合反应，其产物的熔化温度为5 0 0 6 0 0 ，是二次沉积灰的成分。因此，碱金属化合物不仅能促进一次灰的形成，而且也促进二次灰的形成。碱金属化合物中N a ：O 含量对锅炉积灰的影响最为显著，因此，研究人员也常常以灰中N a ：O 的含量

52、来对煤灰的积灰倾向进行预测。表4 是以N a 2 0 含量作为判断煤种积华北电力大学硕十学位论文灰的判别标准表4 ：烟煤型煤灰和褐煤型煤灰按N a 2 0 含量判别积灰倾向的标准由表可知，在沾污程度相同的条件下，褐煤型煤灰需要的含钠量要高些。2 3 3 2 煤灰对高温受热面的沾污可用沾污指数R ，和R ? 表示，即R i ：之o和爷等( 心式中：N a 2 0 为灰中N a 2 0 成分的干燥基重量百分比，；( N a 2 0 ) w s 为灰中水溶性钠含量，。判别标准如表所示：表5 沾污指数尺，和R ；的沾污倾向判别标准2 4 神华煤的积灰倾向性预测根据神华煤的特性数据，可算出神华煤的积灰指

53、数如下：R ：F e 2 Q + _ = C 了a _ O + M _ g _ = O + N a 2 0 + K 一2 0 N a 2 0 ：2 2 8 9研D ，+ 爿，0 ；+ n D 。根据表5 可知，神华煤属于积灰倾向严重的煤种；积灰指数表达式的第二项为N a 2 0 ，可以看出N a 2 0 含量是影响灰沾污性能的最主要因素。N a 2 0 含量越大，其沾污倾向越严重。也所以利用灰中碱金属氧化物N a 2 0 含量来预测燃料中的灰的沾污倾向。表6N a 2 0 含量判别沾污标准表塑连塑，堕照亟一宴娶苣违壹塑黾运芒塑黾亟N a 2 0 含量 2 5 根据酊面计算的结果，神华煤各矿和电

54、厂燃煤的煤灰及飞灰、炉渣中碱酸比值B A为0 7 0 2 8 6 ，而N a 2 0 含量为1 1 7 3 0 2 ，由此可知，神华煤也是属于沾污倾向比较严重的煤种。神华煤在锅炉燃烧中容易发生积灰部位主要是在尾部烟道的受热面和锅炉出口的华北电力大学硕七学位论文过热器管上，而且大部分为粘结性积灰。1 9华北电力人学硕士学位论文第三章燃烧神华煤的电厂锅炉防结渣研究电厂锅炉燃烧神华煤容易结渣的特点在国内锅炉界以及实际的生产中都得到广泛的认同，在国内已有的燃烧神华煤的电厂锅炉中，不管锅炉设计容量的大小、锅炉型式以及燃烧方式如何，都不同程度的受到结渣的困扰，特别是某电力集团公司，其属下电厂基本都是针对燃

55、烧神华煤进行设计或针对燃烧神华煤进行改造过的，但各电厂都普遍存在结渣问题，很多的电厂都发生过掉渣灭火的事件，有的电厂甚至发生掉渣砸漏水冷壁的事件，而某一电厂的锅炉曾在一个季度内发生掉渣灭火达十八次之多，在燃烧神华煤的电厂锅炉中，结渣问题已经严重的影响了生产运行的安全性和经济性。对于燃烧神华煤的锅炉，国内的一些电厂根据国外防结渣取得的经验，曾经进行过一些在燃烧中掺入添加剂的方法作为防止结渣的办法，但是从加入添加剂后进行试验的结果来看，结果并不理想，国华北京热电厂4 1 0 t h 电厂锅炉曾经进行过加入添加剂的燃烧试验，发现加入添加剂后，锅炉的结渣更加严重，特别是喷燃器出口附近结渣大为增加，而且

56、所结的渣非常的硬，通过人工的方法进行除渣都很难打掉，最严重的时候发生了大的渣块掉落到冷灰斗后卡住捞渣机的事件。在国内，其它的一些燃烧神华煤的电厂也曾经试用过别的种类的添加剂，效果都不好。在国内燃烧神华煤的锅炉中，目前通过加入添加剂来缓解结渣还是没有成功的经验1 2 3 】。炉膛结构往往是造成燃烧过程结渣的原因，特别是对那些变换了燃烧煤种的电厂锅炉而言，由于煤种特性的改变，锅炉很难适应变换后的新煤种，导致运行中发生了很多问题，对于原设计燃烧跟神华煤煤质相差比较大的煤种的电厂锅炉来说，改烧神华煤后发生结渣的现象也非常普遍。因此，对于那些原设计燃烧别的煤种的电厂锅炉来讲，从防止结渣的措施来说，对原有

57、设备进行改造也就成了首先考虑的问题【2 5 I 。国内解决由于煤的灰熔点低导致的结渣问题，一种被比较普遍采取的方法是通过把扶熔点低的煤与灰熔点高的煤进行一定比例的掺配，然后送入锅炉进行燃烧。对于神华煤是否也适用掺烧以及掺烧什么煤种、掺烧的比例多大为合适都是摆在技术人员面前的一个重要的课题。对于已有的设备状况，在燃烧神华煤的过程中，仍然存在结渣现象的，如何将结渣程度以及结渣对锅炉安全运行的影响降到最低，比如，如何将在水冷壁某一部位比较集中的结渣进行分散，使得所结的渣不至于在锅炉某一处形成大的面积，或者如何采取措施定期将形成的渣通过吹灰器吹掉从而减少渣的大量积聚形成大渣。这也是一个比较迫切需要解决

58、的现实问题。3 1 对锅炉燃烧器布置进行改造对于神华煤这种易燃煤种，从燃烧器的设计上，不必过分去考虑如何强化着火的2 0华北电力大学硕士学位论文问题，过分强调强化着火的设计反而会导致结渣严重。如设计中采用四角切圆燃烧方式以及设计中燃烧器的垂直方向采用紧密布置的方式等等，都可能恶化结渣。由于神华煤的易燃特点，燃烧反应的速度很快，设计中如果过分强调强化惹火的话，会使得煤粉在刚刚进入炉膛时就迅速燃烧并很快燃烬，导致燃烧器区域热负荷非常的大，温度过高而导致水冷壁结渣，而且这种过分强调强化燃烧的设计很有可能引起烧坏喷燃器和一次风管的事故发生【2 6 J1 2 7 。对于原设计煤种与神华煤煤质差别很大的锅

59、炉，特别是对于那些之前燃烧煤质比较差，不易着火的煤种的锅炉，进行设备改造是改烧神华煤的必要考虑的问题。国华北京热电厂锅炉原设计是按燃烧大同混煤设计的，由于产权关系的转换，后束决定要改烧神华煤。最初，在没有对原有设备做任何改动的条件下，开始改烧神华煤，结果发生了严重的烧坏喷燃器、水冷壁结渣导致锅炉掉渣灭火等事故。而且在运行时，减温水量达到4 0 t h ，大大超过设计值( 2 4 t h ) ，排烟温度高达1 5 0 ( 原设计13 4 。C ) ，并且运行中燃烧所需的风量也大为增加，由于一次风冷风管过小，一次风温高达2 2 0 2 4 0 。3 1 1 1 设备简介国华北京热电厂四台锅炉均为哈

60、尔滨锅炉厂生产的H G 一4 1 0 9 8 一Y M l 5 型锅炉。该锅炉为单汽包、自然循环、四角切圆燃烧、固态排渣、平衡通风、单炉膛露天兀型布置、热风送粉燃煤锅炉。制粉系统为中间储仓式钢球磨煤机制粉系统，每台锅炉配两套制粉系统。炉本体为单炉膛形式，炉膛断面为9 8 0 0 x 9 8 0 0 m m ，由膜式水冷壁组成。顶棚管中心线标高3 9 0 0 0 m m ，锅筒中心线标高4 2 6 0 0 m m ，运转层标高9 0 0 0 m m ，1 2 个燃烧器分三层布置，分别布置在1 3 1 6 5 米标高之间，其中一层是双通道自稳式燃烧器，另外两层则是W R 型燃烧器。假想切圆直径为0

61、 8 0 0 m m ，切圆的旋转方向为逆时针方向。表7 ：国华北京热电厂锅炉原设计参数3 1 1 2 设备改造方案经过对神华煤的煤质特性以及燃烧过程中出现的问题进行研究后，考虑到锅炉燃烧2 l华北电力人学硕士学位论文中容易发生贴壁燃烧的现象，将原来设计的假想切圆直径增大；针对神华煤易燃烬而造成部分区域热负荷过大的特点，对燃烧器的布置也做了调整，增大了燃烧器在垂直方向上的距离；为了增大煤粉气流的刚性，推迟煤粉着火，增大着火距离，设计中提高了一次风的风速；针对喷燃器易发生结渣的现象，在喷燃器上设计了周界风；考虑到燃烧神华煤时一次风冷风不够，造成运行中一次风温过高的问题，在改造中对一次风冷风管的管

62、径也做了改动。锅炉整体改动方案如下：( 1 ) 将假想切圆直径减小到q b 4 0 0 m m ；( 2 ) 燃烧器配风方式改为均等配风，喷口布置( 自上而下) 为二次风、一次风、二次风、一次风、二次风、一次风、二次风、O F A 风、三次风：( 3 ) 一次风速设计为3 0 m s ；( 4 ) 一次风周围布置偏置周界风，背火侧设计稍宽：( 5 ) 将一次冷风管径由m 5 3 0 m m 增大到西6 3 0 m m 。燃烧器喷口布置示意图燃烧器布置图图1 ：改造后喷口布置示意图3 1 1 3 改造后试验结果改造后，在# 2 锅炉上进行了4 1 0 t h 负荷的考验性试验，分别用掺配比例为1

63、 ：1华北电力人学硕士学位论文的神华煤与大同煤的混煤以及纯神华煤和纯大同煤共进行了5 个工况的试验，试验的相关数据如下：表8 燃烧器改造后试验数据从试验数据来看，改造后锅炉出力均能达到原设计参数值，在纯燃烧神华煤工况时，排烟温度基本和改造前的排烟温度( 指燃烧纯神华煤时的排烟温度) 持平，从减温水变化的情况来看，正常运行时减温水量大为减少。从运行时现场观察到的情况来看，虽然煤粉在喷燃器出口燃烧仍然很强烈，但是没有再发生烧坏喷燃器的事故。试验时，在燃烧器出口及其附近区域仍然可见结渣现象，不过比改造之前有所好转，掉渣反F 的频度也大为减少，且反正的炉膛压力也相比之前小了许多。3 1 1 4 试验结

64、果分析试验前、后减温水量的变化很大，反映出水冷壁结渣的程度发生了很大的改变其中有以下几个方面的原因：切圆的直径减小了4 0 0 r a m ：切圆直径的减小使得煤粉的燃烧更集中于炉膛的中心，减少煤粉气流在燃烧中发生贴壁燃烧的可能，从而减少结渣；燃烧器在垂直方向的分布距离增大：燃烧器垂直布置距离由原设计的3 5 m 左右增大为4 6 8 m ，使整个炉膛的热负荷更加分散，减小了燃烧器区域的热负荷强度，使得燃烧器区域温度水平得到了降低；一次风冷风管的加大、一次风速的提高：有效的降低了运行中一次风的温度及推迟了着火。将原来高达2 2 0 2 4 0 。C 的一次风温降到了1 6 0 。C 左右。一次

65、风温的降低及一次风速的提高大大延缓了煤粉进入炉膛后的燃烧速度，使得燃烧推迟，对喷燃器出口及其附近的结渣情况有所改善。周界风的布置：周界风的布置可以起到隔绝回流烟气的作用，使得煤粉气流卷吸回流烟气的作用大为减弱，获取到足够的着火热的时间增加，从而也使得煤)l234“他门华北电力大学硕士学位论文粉气流在进入炉膛后燃烧得到推迟。一次风温的降低使得煤粉的着火热增大，需要吸收更多的热量来达到着火所需的温度；周界风的设计以及一次风速的提高等，使得煤粉气流的速度大于火焰的回流传播速度，因此使得着火推迟，这样也有效的防止了烧坏喷燃器事故的发生”9 。3 2 掺配煤燃烧试验国华北京热电厂4 1 0 t h 锅炉

66、经过针对燃烧神华煤进行的改造后，虽然结渣有所减轻，但是锅炉在带大负荷运行时仍然存在严重的结渣现象，锅炉掉渣灭火也时有发生，为了更有效的防止锅炉结渣，也考虑选择与别的煤种进行掺烧的方法。对于神华煤，由于其扶渣的熔点低，容易在燃烧过程中发生结渣，针对这一点，首先考虑的是选择一种灰熔点比较高的煤种与之进行掺烧。在经过对多种煤种的特性进行分析比较之后，发现准格尔煤的特性比较适合和神华煤进行掺烧。由于准格尔煤的变形温度D T ，软化温度S T 和熔化温度H T 都很高，均超过1 5 0 0 ，根据煤灰的变形温度D T 和软化温度S T 对浚煤种结渣倾向进行预测，结果表明，浚煤种属于不易结渣煤种。因此决定

67、试着掺烧准格尔煤。但是因为掺烧煤种各成分组成不一样，不同的掺烧比例将可能引起其它问题，如掺烧的煤种灰分过大的话就有可能引起过电除尘过负荷，输灰系统堵塞的现象。所以，掺烧的比例并不能只考虑只解决结渣问题，同时也要考虑到附属设备的出力或载荷问题。由于燃煤市场的紧张，神华煤的供给有时候也不是很稳定，因此，对于多少比例进行掺烧才会对锅炉结渣产生的影响控制在保证锅炉安全运行的基础上，而且不至于使得附属设备过负荷运行，这也是掺烧过程中应该研究的问题。3 2 1 掺烧试验由于神华煤和准格尔煤的特性不一，准格尔煤具有低发热量、中等挥发分、低硫、灰分大、狄熔点高等特点。尤其是其灰熔点高、灰分大的特点，与神华煤进

68、行不同的掺烧比例必将对结渣和别的设备运行产生影响。在进行了一些初步的分析之后，在# 1 机组的# 1 、2 锅炉上进行了不同配比下的掺烧试验。首先，在掺配比例为7 ：3 ( 神华煤：准格尔煤) 时进行了一段时问的燃烧试验，发现这个比例下进行燃烧能够缓解结渣问题，并且对于附属设备的运行影响不大。为了考验不同配比在不同负荷下的锅炉结渣、燃烧情况以及对除尘除渣、脱硫和制粉系统等附属设备运行的影响，在掺配比例为7 ：3 的掺烧试验的基础上，接下来分别进行了逐渐加大准格尔煤和神华煤的比例以及对于不同的配比逐渐加大负荷的试验。试验期间锅炉及其附属设备都按正常方式运行，炉膛吹灰和尾部受热面的吹灰都华北电力大

69、学硕士学位论文是按J 下常运行时的频度进行。表9 神华煤和准格尔煤的特性对比3 2 1 1 逐渐增大准格尔煤配比的不同负荷工况下的试验试验过程中进行了神华煤：准格尔煤掺配比例分别为6 ：4 、5 ：5 和4 ：6 的燃烧试验，具体负荷工况和试验数据见表8 。试验中，掺配比例为6 ：4 的三个工况和5 ：5 的6 0 、8 0 负荷工况中，锅炉及其附属系统都运行正常。而在进行掺配比例为5 ：5 的1 0 0 负荷工况时，电除尘仓泵在最大出力状态下运行时，仓泵运行指示灯仍然出现了“高料位等待”的指示，说明电除尘捕捉到的新狄速度已经大于输灰系统的出力。在进行掺配比例为4 ：6 的1 0 0 负荷工况

70、时，电除尘在最大出力的运行状态下已经不能全部的吸附所有的新灰，在电除尘的振打过程中，每隔半个小时左右烟囱就有一次明显的冒烟，说明此时的电除尘的出力已经达到极限且已经“不堪重负”了。再就是在进行掺配比例为5 ：5 和4 ：6 试验时对脱硫石膏的生产也产生了一些的影响。华北电力大学硕士学何论文表8 逐渐增大准格尔煤配比在不同负荷下的试验数据开始时间8 ：0 01 4 ：0 08 ：0 08 ：0 01 4 ：0 08 ：0 08 ：0 0结束时间1 4 ：0 01 8 ：0 01 8 ：0 01 4 ：0 01 8 ：0 01 8 ：0 01 8 ：0 0煤种( 神：准)6 ：46 ：46 ：45

71、 ：55 ：55 ：54 ：6试验负荷6 08 01 0 06 08 01 0 01 0 01 抖炉烟尘浓m g N2 53 89 17 71 3 61 5 41 8 4度m 32 # 炉烟尘浓m g N4 75 29 37 11 1 91 5 21 7 4度m 31 样炉膛温度1 4 0 31 4 4 81 4 6 41 3 5 41 4 1 31 4 1 31 4 4 02 社炉膛温度1 4 3 21 3 9 11 5 2 81 3 5 51 4 3 41 4 7 01 4 5 8仓泵出烟囱随着现高料未级电除位等待尘振打，除输灰系统J 下常正常正常F 常正常现象，电每隔半小除尘运时会有一行

72、参数次明显的达极限冒灰现象脱硫系统正常正常F 常正常正常正常正常除渣系统正常正常正常J 下常正常正常正常制粉系统正常正常正常正常诈常正常正常锅炉燃烧正常正常正常正常正常正常J 下常3 2 1 2 逐渐增大神华煤配比的不同负荷工况下的试验试验中逐渐增大神华煤的比例，分别做了掺配比例为8 ：2 、9 ：1 以及纯烧神华煤的燃烧试验。各配比下的试验负荷及运行参数见表4 。从试验中观察到的情况来看，在掺配比例为8 ：2 和9 ：1 时，锅炉结渣情况并没有发生大的变化。吹灰前后减温水量的变化也属正常，说明炉墙上的结渣也没有发生大的变化。纯烧神华煤时，随着负荷的增大和试验进行的时间的增加，喷燃器处的结渣有

73、明显的增加，特别是在第三层喷燃器与三次风喷口之间可以清楚的看到比较大的渣块集结，且渣块也较硬；喷燃器附近可见区域的炉墙上覆有2 - - 5 c m 厚的一层渣层，从吹灰前后减温水量的变化可以看到，随着掺配神华煤比例的增大和在同一比例下随着负荷的增大，吹灰f j 后减温水的变化量也在增大。在试验过程中，电除尘系统及其输灰系统以及脱硫系统运行均正常，没有再出现掺配大比例准格尔煤试验时产生的影响电除尘及脱硫系统运行的现象。且从仓泵运行的情况来看，仓泵运行的间隔时间也随着神华煤掺配比例的增加而增长，且输灰的量也大为减少。华北电力大学硕士学位论文表9 逐渐增大神华煤配比在不同负荷下的试验数据3 2 2

74、掺配煤燃烧试验结果分析3 2 2 1 掺烧大比例准格尔煤试验分析掺烧大比例准格尔煤的混煤燃烧试验中，在准格尔煤的比例增加到4 0 ( 亦即神华煤和准格尔煤的掺配比例为6 ：4 时) ，锅炉及其附属设备的运行均正常，电除尘和输灰系统运行都处于良好的状态，在投入脱硫系统运行的情况下，由于脱硫系统客观上起到了一个过滤的作用，烟囱的烟尘排放都符合环保的要求；但是随着准格尔煤的比例和锅炉负荷率的增大，电除尘器出口处的烟尘浓度明显增加，在进行掺配比例为5 ：5 的试验中，锅炉负荷率为1 0 0 时，电除尘的仓泵运行中出现了“高料位等待”的现象，输坎系统的出力已经小于电除尘的沉降出力；在进行掺配比例为4 ：

75、6 的试验过程中，烟囱出口则出现了冒烟的现象，说明此时电除尘的沉降能力已达极限仍不能吸附所有的灰量。同时由于粉尘含量太大，导致脱硫的石膏制品也发生不能成型的情况。这是由于准格尔煤的灰分含量比较大，在大比例掺入的情况下，燃烧后的灰分大量增加，超过了电除尘的设计出力，造成电除尘无法吸附全部的飞灰，影响到其后脱硫系统的运行以及导致了烟囱冒烟现象。从试验结果分析，适当的掺入准格尔煤对于燃烧神华煤锅炉减轻结渣是有利的，但是由于准格尔煤中灰分含量大，过大的掺烧比例将对除尘、脱硫等系统运行产生不 7华北电力人学硕士学位论文利的影响。在这一点上，掺烧时主要应该考虑到的是附属设备的出力问题，如果除尘、脱硫等设备

76、出力足够的话还是可以考虑进一步提高准格尔煤的比例进行掺烧。32 2 2 掺烧大比例神华煤试验分析在进行掺烧大比例神华煤的试验中，掺配比例为8 ：2 以及掺烧比例为9 ：1 时，在负荷率小于8 5 的时候，锅炉运行良好，结渣比较轻微。随着神华煤比例和负荷率的增大以及燃烧时间的增长，锅炉的结渣呈现出恶化的趋势，尤其是喷燃器出口处的结渣在燃烧大比例神华煤( 掺配比例为9 ：1 和纯烧神华煤) 时比较严重，且渣块非常硬。在进行的大比例神华煤燃烧试验过程中，由于神华煤含狄量少，加上其具有的极易燃、极易燃烬的特点，在增大神华煤比例的试验中没有对电除尘和脱硫的运行产生不利的影响，由此可知，在掺烧时，增大神华

77、煤的比例对于除尘和脱硫登锅炉附属设备的运行不会产生不良的影响。但是，不管是从现场观察到的情况看还是从试验数据上分析，掺烧大比例神华煤试验时，结渣情况都比掺配比例为7 ：3 时有所恶化。从试验时观察到的燃烧器附近的结渣情况看，结渣有所加重；从减温水的变化来看，亦反映出随着掺烧神华煤比例的增大或在同一比例时随着负荷的增大，水冷壁上的结渣也随着加重。通过掺烧别的煤种来缓解结渣也有比较成功的案例。但在采取掺烧的方法来进行防止结渣的过程中，应该注意到的是，煤种掺混燃烧其灰渣的生成能够在一定程度上综合所掺煤种的煤扶特性，由于煤的掺配只是个物理过程，来自两种配煤的煤灰化学特性是互相独立的，易结渣煤仍会在受热

78、面上沉积。只是掺入不易结渣、高灰熔点的煤后，单位时间内灰渣沉积量减少，高熔点固态灰对受热面有一定冲刷作用，使沉积量降低，受热面结渣得到缓解。因此，在进行掺配过程中，掺配的混煤中原来易结渣的煤仍然具有相当的结渣倾向，这也对运行参数调整、燃烧器设计、炉内空气动力场组织等提出了很高的要求。国华北京热电厂4 1 0 t h 锅炉在目前的设备条件下，结渣问题仍然存在，在大负荷时仍然会发生结渣严重的现象。特别是在温度和热负荷强度都比较高的燃烧器区域，大面积的结渣仍然不可避免。3 3 燃烧器区域加装吹灰器3 3 】在燃烧器区域加装吹灰器虽然国华北京热电厂的锅炉经过了针对燃烧神华煤的改造，而且采取了掺烧的方法

79、来防止锅炉结渣，但结渣现象仍然存在。通过对几次掉渣后反正比较严重时所掉的渣样来看，渣样与水冷壁管的接触面的部分都呈现比较深的黑色，而远离水冷壁的那一面呈现的才是灰白色，据此分析结渣过程应该是在煤粉燃烧的初期，即结渣的部位应该就在煤粉刚刚进入炉膛的区域，办即是在煤粉处于燃烧初期的燃烧器区域。华北电力大学硕士学位论文但是如何来减轻燃烧器区域掉大渣给锅炉安全运行带来的危胁，却成了一个比较难于解决的问题。因为燃烧器区域水冷壁上原设计中并没有吹灰装置，这就使得在改烧神华煤后，结在燃烧器区域水冷壁上的渣无法进行清除。针对神华煤易燃及燃烧稳定的特点，经过充分的调研，作为一种尝试，国华北京热电厂在其锅炉的燃烧

80、器区域加装了吹灰器。囤华北京热电厂锅炉设计的吹灰用的介质为蒸汽，共有三种型号的吹灰器，分别完成各对应受热面的吹厌任务：炉膛吹灰器为短行程形式，水平烟道的对流受热面为长行程吹灰器，尾部对流受热面为固定式吹灰器。炉膛短行程吹灰器的任务是清除水冷壁上的结渣和积灰；长行程吹灰器的任务是清除过热器管壁上的积灰；尾部受热面的固定式吹荻器的任务是清除省煤器管排上的积灰。表1 0 原设计吹灰器的主要参数锅炉原设计中，炉膛配有的短行程吹狄器，都布置在燃烧器区域的上方水冷壁上。在燃烧器区域加装吹灰器在锅炉的发展史上曾经有过尝试，但是由于受到炉膛结构、燃烧器布置方式以及燃烧煤种的限制，通过在燃烧器区域加装吹灰器作为

81、解决水冷壁大面积结渣的问题乏有成功的先例。对于在燃烧器区域加装吹灰器，主要考虑的问题在于吹灰器运行时对燃烧稳定性及安全性的影响。大同某电厂锅炉( 额定蒸发量为6 7 0 t h ) 曾经在燃烧器区域装设了吹灰器作为解决燃烧器区域大面积结渣的手段，该电厂6 台锅炉炉膛断面尺寸为1 1 2 0 0 x 1 0 8 8 0 m m ，各炉原设计配有5 层吹灰器，吹灰器的安装布局除# 3 炉外都基本相同( # 3 炉c 层每面炉墙在同一水平面上装了三个吹灰器，其它炉只装2 个) ，其C 、D 、E 层吹灰器安装在燃烧器区域且采用沿炉膛宽度等距离均分稚置。吹灰器选用的是戴蒙德公司产品，吹灰蒸汽压力华北电

82、力大学硕十学位论文】5 M P a ，吹狄汽源来自高压缸排汽0 7 0o c 左右) 。但是在吹灰过程中各炉都发生锅炉负荷波动比较严重的现象，甚至在# 3 炉还发生了吹灭锅炉的事件。经分析，灭火的主要原因在于吹灰器设计位置不合理，安装位置离喷燃器太近。如其# 3 炉在燃烧器区域的三层吹灰器布置方式为同一水平高度每面墙装设三个吹灰器，靠近喷燃器的两个吹扶器运行时对火焰的影响太大，导致吹灭喷燃器引发锅炉负压大幅波动，炉膛负压保护动作，锅炉灭火。其余各炉的燃烧器区域的吹灰器运行时对炉膛燃烧也产生不同程度的影响。国华北京热电厂4 1 0 t h 锅炉在燃烧器区域加装的吹灰器的型式仍采用卜3 D 型短行

83、程吹灰器，布置方式是在燃烧器区域每侧炉墙安装2 台吹灰器，分上下两层布置，每台炉加装8 台，吹灰器安装在每侧炉墙水平线的中心位置，距相邻炉墙4 9 米，距燃烧器外缘4 ，4 米。华北电力大学硕二 ：学位论文3 3 2 燃烧器区域吹灰器运行试验加装吹灰器后，在# 4 锅炉上带4 1 0 t h 负荷条件下进行了投入运行试验，在锅炉经过4 小时的运行后投入吹灰器运行，吹灰前后一、二级过热器减温水投入自动控制，采集得到吹灰前后的相关锅炉运行参数如下表。表1 1# 4 锅炉燃烧器区域吹灰器运行前后参数对比表从试验中记录的掉渣引起的炉膛负压反正数据来看，燃烧器区域结渣还是比较严重的，再从吹狄前后过热器减

84、温水的变化情况来看，一级过热器减温水变化平均达8 t l I左右，二级过热器减温水也有3 t h 的变化，说明吹扶后过热器的汽温有了很明显的升高。这表明吹灰过程中附着在燃烧器区域水冷壁上的渣层被大量清除，水冷壁吸热大为增加，过热器汽温因此而升高。水冷壁结渣严重是燃烧神华煤锅炉普遍存在的问题，特别是在那种燃烧器在垂直高度布置上比较紧密的锅炉上，结渣更是严重。对于神华煤这种易燃煤，由于其着火性能稳定吹灰过程中只要吹灰蒸汽压力设计不是很高，吹灰器安装的位置合理，在吹狄过程中，对锅炉的燃烧是不会产生多大影响的，通过吹灰时在炉膛中观察到的火焰情况咀及吹灰瞬间的炉膛压力变化情况来看，燃烧并没有受到任何不利

85、的影响。在燃烧器区域加装吹灰器，通过定期的吹灰，能够及时的将燃烧器区域生成的小面积的渣清除，这样就很好的抑制了燃烧神华煤时在燃烧器区域结渣的大面积积聚，也能有效的防止了大渣掉落引起炉膛压力反正导致锅炉灭火或砸坏水冷壁的事故。华北电力大学硕士学位论文在加装吹灰器时，除了应该慎重选取安装位置外，也应该特别注意吹灰器安装的角度，当吹灰器安装角度不正时，容易发生偏吹的现象，导致吹狄器无法吹掉与吹灰汽流相反方向的灰渣，如下图所示：该图为一次停炉时发现的燃烧器区域水冷壁的一吹灰器附近挂着的很大的一块渣，经过检查，发现就是因为吹灰器的安装角度出现了偏移，导致近在一米之内的渣都没能吹掉。所以，吹灰器的安装角度

86、对清渣效果的影响是很大的。而在运行时，吹灰器的角度也可能偏移，所以在运行时也应该经常检查吹灰器的角度是否正常，才能对结渣保持良好的清除效果图：国华北京热电厂# 2 炉燃烧器区域某一位置吹狄器附近结渣情况图片华北电力大学硕士学位论文3 4 运行调整针对国华北京热电厂出现的结渣情况，发现导致喷燃器附近结渣严重的一个原因还在于燃烧神华煤时一次风温维持过高。由于在北京热电厂的锅炉原设计中采用的是热风送粉的燃烧方式一次风温原设计是1 6 0 ，但是刚开始燃烧神华煤时一次风温却高达2 2 0 2 4 0 。C 。在如此高温度的一次风的携带下喷入炉膛的煤粉，其所需要从炉膛吸收的着火热大为降低，所以煤粉在刚出

87、喷燃器的时候就迅速的接受到了卷吸回来的烟气带来的足够的热量而迅速着火，在这个过程中，挥发分迅速析出燃烧，释放出大量的燃烧热，加热焦炭，使得焦炭也得到充分的热量而迅速燃烧放热，因此，煤粉的燃烧过程在离开喷燃器很短的距离内就已经大部完成，导致喷燃器附近热强度增大，温度升高，而热负荷的增大也使得煤粉更快的获得所需的燃烧热。从现场的实际情况看，煤粉的着火距离一般都不超过3 0 0 m m ，有的甚至在燃烧器里面就已经着火，这就造成燃烧器附近的热负荷很高，温度很高。在喷燃器附近狭窄的区域内，由于煤粉气流的不稳或燃烧的动力场的不稳，常常导致很多尚处于燃烧状态而末燃烬的煤粉颗粒被甩向水冷壁，当这些处于熔融状

88、态的煤粉颗粒遇到低温的水冷壁的时候就会得到迅速的冷却，燃烧速度降低甚至停止，处于熔融状态的粘性很强的煤粉颗粒很容易沾附在水冷壁上形成结渣。而水冷壁上的结渣增大了传热的热阻，使喷燃器附近的温度进一步升高，这样形成一个恶性循环，加剧结渣的生成，从而使得燃烧器附近及燃烧器区域水冷壁上的结渣非常严重| 3 。从以上分析可知，对于燃烧神华煤的四角切圆布置的锅炉，减少喷燃器附近的挂渣还必须降低一次风温。通过降低一次风温，增大煤粉进入炉膛后所需要吸收的着火热，使煤粉着火推迟，使燃烧尽可能的远离喷燃器处狭窄的区域，从而降低喷燃器附近的热负荷，减少喷燃器附近结渣；降低一次风温也能推迟煤粉在炉膛中的燃烧，降低燃烧

89、器区域的热负荷强度，减轻燃烧器区域的结渣程度。基于以上分析，在国华北京热电厂# 4 锅炉上又做了降低一次风风温的试验，将一次风温由1 6 0 左右降低到1 l O 左右运行，试验中测得各层喷燃器出口降低风温前后的对比数据如下：表1 2# 4 炉调整一次风温前后各层喷燃器出口处温度测量数据对比表第层喷燃器温度测量数据表( 单位：)华北电力人学硕士学位论文第四层( 三次风) 喷燃器温度测量数据表( 单位：)注：测鼍使用的仪器为O P T E XP T - 4 0 0 红外温度测最仪，表中“是低”、“最高”、“平均”温度数据指某一测揖时间段内测得的的最低、最高及平均温度指示( F 同) 。从表1 2

90、 显示数据可以看出，降低一次风温前后，四层喷燃器看火孔处测得的温度，除了第四层三次风处是降低风温前比降低风温后高外，其余各层喷燃器附近温度差值下降非常大。通过降低一次风温，有效的降低了喷燃器附近的热负荷强度。从现场观察到的喷燃器出口的燃烧情况看，各角的着火距离明显增加了，而从喷燃器看火孔目测所及的范围看，喷燃器附近结渣大为减轻。表13# 4 炉燃烧器区域中心孑L 测得的调整一次风温前后炉膛中心火焰温度对比表表1 4# 4 炉燃烧器区域上中心孔测得的调整一次风温前后炉膛中心火焰温度对比表从表1 2 和表1 3 中的数据表明，降低一次风温确实使得喷燃器附近的热负荷得到了降低，煤粉燃烧推迟，火焰中心

91、上移，使得整个炉膛的热负荷分布更为均匀，有效的降低了燃烧器区域的热负荷强度，降低了燃烧器区域的温度水平，缓解了大量的煤粉在燃烧器区域就处于熔融状态导致结渣的程度。从试验期间吹灰时掉渣的情况看，掉渣反正超过2 0 0 P a 的只有两次，最大仅有2 5 2 P a 。试验充分的说明降低一次风温对华北电力大学硕士学位论文于燃烧神华煤锅炉防止结渣的有效性。华北电力大学硕十学位论文第四章燃烧神华煤的电厂锅炉防积灰研究设备的结构对锅炉的积灰、堵坎的影响是很大的，如对流受热面、尾部烟道的热交换管的布置方式，横向、纵向节距等的设计等，都会对积灰的程度产生很大的影响。国华北京热电厂4 1 0 t h 锅炉低温

92、段省煤器的管组为顺列布鼍，横向节距7 0 r a m ，纵向节距6 6 3 r a m 。原设计燃烧的晋北烟煤，灰分含量较大，A a r = 1 8 - 2 0 。改烧神华煤后，狄的沾污性能大大加强，煤扶由中度沾污倾向跃为高度沾污倾向。并且挥发分上升到3 5 ，煤粉中的内水增加，灰分降到A a r = 1 0 左右。煤粉磨制的又很细( R 9 0 2 5 ，通过R z o 。筛子的煤粉量超过9 5 以上) 。这些因素使烟气中灰的颗粒很细小。细获量相对增加，粗扶量相刘减少，使运行中烟气的冲刷作用减弱，降低了其自沽能力而使沾污程度增加。又由于省煤器为顺列布置，烟气极易在管排中形成烟气通道，也极易在

93、上F _ 曲管( 上排管的背风面，下排管的迎风面) 之间粘污颗粒，形成搭桥。高钙灰和碱性物质份额越大的灰，存长距离细管内流动和烟气温度较低状态下流动，易粘附在管壁上，形成管壁结挂狄垢直至堵管。国华北京热电厂四台炉的空气预热器为立式管厢式，上、中、下三个管厢高度分别为3 5 m 、5 m 、2 m ，当坎在其中通过时就容易沾附在管内壁 ：形成积灰特别是当尾部烟道湿度比较人的时候，驭中的C a O 、N a 2 0 、K 2 0 就容易和烟气中的水分发生反应生成C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H 等粘性很强的碱会属化台物，这些粘性很大的化合物附着在管壁上，在高温环境下形成难

94、以清除的灰垢，当积获严重时甚至发生堵管的现象。锅炉负荷大小也是影响尾部受热面积驮、堵灰的因素之一，目前由于电力市场装机容量日趋饱和，囤内的很多电厂都要参于季节性调峰，一般夏季大负荷或有的热电厂冬季大负荷期间能带上满负荷运行，而春秋两季则一般只能降负倚运行，此时锅炉有的只能带额定出力的6 0 8 0 ，在这种情况下。空气预热器及省煤器的烟气流速均会低于最佳流速范围，在烟气通道内造成流速分布不均，部分地方流速低，导致部分管内积灰加剧和局部端面积灰、堵灰。4 1 合理配煤是改善灰分特性的有效手段将神华煤与别的狄沾污性弱的煤种掺烧是改善积扶、堵灰的有效手段之一，通过将一定碱金属氧化物含量低的煤与神华煤

95、进行掺烧可以有效的减轻尾部受热面积灰的程度如掺烧荻分中N a z O 含量相对较低的准格尔煤可以有效的降低积驮指数从而减小灰的沾污倾向。国华北京热电厂掺烧准格尔煤后，在掺配比例为7 ：3 的情况下，积灰有所好转，但是由于准格尔煤中扶分的含量相对较大，过多的掺入准格尔煤也会相对增大灰的含量，从以上的神韭煤与准格尔煤的不同的配比试验可以看出，灰量的增大也增大了电量，从以上的神垡煤与准格尔煤的不同的配比试验可以看出，伙量的增大也增大了电华北电力大学硕士学位论文除尘的负荷，所以要想从掺烧的角度来改善积灰程度只有寻找N a 2 0 含量低而灰分含量又少且灰的软化温度低的煤种进行掺烧，在目前我国国内煤的供

96、应本来就比较不足的条件下具有一定的局限性。煤的厌分特性方面，造成积灰的一个重要因素是C a O 的含量，天津国华盘山电厂改烧神华煤后，曾经发生了严重的积、堵灰现象。主要原因就是因为神华煤灰分中C a O 、N a 2 0 等碱金属的含量太高，狄分中碱金属的含量高达2 5 3 5 ，这些碱金属化合物一旦遇到水蒸汽就容易形成流体状的C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H ( C a O + H 2 0 = C a ( O H ) 2 ，N a 2 0 + H 2 0 = 2 N a O H ，K 2 0 + H 2 0 = 2 K O H ) ，这些氢氧化物的粘性大，极易沾附在

97、受热面管子表面和管排之间，而且往往吹灰器都吹不掉，久而久之板结成水泥似的硬块灰层，造成对流竖井内省煤器、低温再热器等受热面大量积灰、堵灰。从准格尔煤的煤灰成分构成来看，与神华煤相比，其次分中N a 2 0 的含量比神华煤低很多，但是准格尔煤灰成分中的C a O 的成分却减少很多，所以从综合的成分构成来看，按照一定的比例进行两种煤的掺烧还是有利于降低积灰程度的。从盘山电厂和国华北京热电厂掺烧的情况柬看，将神华煤与准格尔煤按照7 ：3 的掺配比例进行掺烧，积灰的情况大为好转。I3 1 I4 2 优化吹灰器的系统结构和运行方式从天津国华盘山电厂的情况看，造成尾部受热面积灰、堵灰的主要的原因是由于碱会

98、属氧化物在湿度很大的情况下和水发生了反应，生成了粘性很强的C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H 等氢氧化物。而其中的水部分是由于神华煤中含有的水分构成，但很大一部分是由于吹灰系统结构设计不合理，疏水管管径过小，疏水不充分导致吹灰蒸汽带水造成的，氢氧化物在湿度大的条件下容易粘结在管子上，在高温的条件下板结，在管壁上形成难于清除的灰垢。国华北京热电厂原来运行的吹灰器在吹灰过程中也同样存在蒸汽带水的情况，这种情况是由于吹狄器的运行方式不合理造成的，其蒸汽吹次系统的运行方式是这样的：吹灰蒸汽系统疏水阀在暖管时就全部打开，直至暖管结束后全关。两个疏水阀前后布置，前面的疏水阀负责水冷

99、壁和过热器吹灰器的疏水，后面的疏水阀负责省煤器吹灰器的疏水。吹灰顺序是先吹水冷壁，再吹过热器，最后吹省煤器。等到吹省煤器时，省煤器区域的吹灰蒸汽经过超过1 小时的等待冷却，管道内已有凝结水存在。吹省煤器时部分吹狄器蒸汽中已经带水，水和含氢氧化物的灰作用，形成湿泥灰状态，附着在管壁上最终形成了难于清除的灰垢。1 3 2 I对于由于结构设计不合理的情况，可以通过改造吹灰装置的疏水系统( 比如盘山电厂应该加大疏水管的管径) 来进行消除；对于运行方式不合理造成的则可以采取优化吹灰系统的运行方式，比如合理安排吹灰程序和次数来解决，以尽量减少进入尾部烟道内的蒸汽量和避免蒸汽带水。3 7华北电力人学硕士学位

100、论文4 3 改变吹灰方式我国电站燃煤锅炉尾部受热面大多沿用传统的蒸汽吹灰的方式，这种传统的吹灰方式虽然应用了很长时侧，但是这种方式在实际的应用中还是会产生不少的问题，如前面提到的由于疏水不充分或吹灰系统结构设计不合理导致的蒸汽带水的问题，以及对于灰中含C a O 、N a 2 0 、K 2 0 等碱金属氧化物高的煤种，吹灰过程中带入的蒸汽使得尾部烟道的湿度增大，导致灰中的C a O 、N a 2 0 、K 2 0 与水分发生反应生成了粘性很强的C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H 等氢氧化物的问题；在一定的温度条件下，c a 还会和烟气中的S 0 2 氧化成S 0 3 后

101、形成的硫酸作用生成硬度比较大的硫酸钙( C a S O 。) ，造成积狄和堵灰现象。从根本上来说，粘结性积灰都是因为烟气中湿度太大造成的，所以，如何降低烟气中的湿度是减轻尾部受热面积灰、堵灰的关键m 1 1 3 4 I 。应用激波吹灰器对锅炉尾部受热面的积狄进行清理是一项比较新的技术，这项技术虽然在上个世纪二十年代就有人提出，但是直到九十年代末期才开发成功应用于燃煤电厂锅炉的吹灰，其原理是可燃气体按一定比例与空气混合后形成预混气体，预混气体在特别设计的湍流燃烧室中点火快速发生燃烧反应，并在爆炸罐中加速产生高速脉冲射流，最后经喷口向受热面发射脉冲球面波及高速射流，使受热面上的积灰受到强烈的脉冲球

102、面波激振和高速射流的冲刷而脱落，最后由烟气带走。门1钏I 芑 【I _ ：管一7 ，。l L 。，j j斗I 仁) 1 JP 一r 爿= 二- 。1 1r 声 1 一l 黼翼jL 一 - 2 一?L一一- - 一| JL 一一一一一j一“? 唰嘞棚玩哟扮酗玩涨盹惭湖嘲量甑埔一图3 ：激波清灰器工作原理示意图由于激波吹灰器只是应用两种气体混合后燃烧爆炸产生的激波和射流对沾附在管壁上的积灰进行清除，燃烧中没有水的生成，因此不会增大尾部烟道的湿度，也就减华北电力大学硕十学位论文少了C a ( O H ) 2 、N a O H 、K O H 等粘性很强的氢氧化物的生成，积灰也因此大为减少。而通过激波和

103、高速射流的作用，也能有效的清除管壁上附着的积灰，因此，对于神华煤这种煤灰中含C a O 、N a 2 0 、K 2 0 等碱金属氧化物高的煤种，应用激波吹狄器进行吹狄是解决尾部烟道积、堵灰的行之有效的方法。国华北京热电厂对其# 2 、4 锅炉尾部受热面吹灰器进行了改造，将原来的蒸汽吹灰装置改成了激波吹狄装黄，可燃气体选择的是乙炔。并在改造前后分别进行了试验。试验的目的主要是通过测量低温预热器后的排烟温度来对两种吹灰器吹灰后的效果进行对比。两台锅炉的试验中测得结果如下。表15 2 炉改装激波吹灰器前后锅炉排烟温度对比表表1 6 撑4 锅炉改装激波吹灰器前后锅炉排烟温度对比表从改造前后测得的数据可

104、以看到，改装激波吹灰器后，锅炉的排烟温度比改装前下降了3 9 ，说明改为激波吹灰器后，尾部受热面的热交换有所改善，表明尾部受热面比改造前清洁，激波吹灰的清灰效果明显。在停炉后尾部受热面的检查中，也发现与改造前的受热面情况相比，管子表面上的灰垢大为减少，特别是那种粘结性强的灰垢基本不存在，热交换管的表面上只是一些比较松散的积耿。华北电力大学硕士学位论文第五章结论本文第一章主要阐述了电煤在我国未来能源结构中的地位，着重介绍了神华煤在我国电煤市场中的重要性以及其在电厂锅炉中燃烧的特点，对神华煤作为电厂锅炉燃煤的优缺点进行了评价。简单的介绍了一下国内外对煤质与结渣和积灰、堵灰倾向性的研究方法和为防止结

105、渣和积灰、堵灰采取的对策，并对目前我国电厂锅炉运行中防止结渣和积荻、堵狄技术的研究状况做了介绍。本文第二章主要从煤质对结渣和积灰的影响以及电厂锅炉燃烧过程中结渣和积灰的机理进行了分析，着重阐述了煤的特性数据与燃烧过程中结渣和积灰的内在联系。介绍了国内外采用的根据煤的特性数据进行结渣和积灰倾向的预测的方法，并根据神华煤的特性数据对神华煤的结渣和积灰倾向进行了预测。本文的第三章研究的是燃烧神华煤的电厂锅炉防结渣的问题。首先从神华煤在电厂锅炉中燃烧容易发生结渣的特点出发，分析造成结渣的设备方面的因素，通过分析国华北京热电厂4 1 0 t h 锅炉原有设备状况与神华煤煤质特性引起结渣之间的内在联系，和

106、对锅炉燃烧神华煤进行的有针对性的改造，通过改造前后的试验结果分析，研究了燃烧神华煤电厂4 1 0 t h 锅炉设备应该具备的特点；通过配煤掺烧试验，分析了应用掺配煤的方法对燃烧神华煤过程中防止结渣的技术要点和应该注意的问题；在燃烧器区域加装吹灰器是解决锅炉燃烧中燃烧器区域发生严重结渣的有效手段，在本章中也重点对燃烧器区域加装吹灰器来防止大面积结渣的技术进行了详细的研究；最后在运行调整的研究上，通过试验，研究了运行中调整一次风温对防结渣的影响。本文第四章内容从引起燃烧神华煤的4 1 0 t h 电厂锅炉尾部受热面积灰、堵扶的原因出发，分析了通过配煤和优化吹灰器运行来防止积灰、堵灰的方法；在通过改

107、变吹灰方式的研究方面，重点分析了应用激波吹灰方式对燃烧神华煤电厂锅炉尾部受热面防止积灰、堵灰的优点。综合全文内容，在本课题对神华煤在4 1 0 t h 电厂锅炉燃烧中的防止结渣、积灰研究中，分析了神华煤煤质特性与燃烧神华煤过程中产生问题的内在联系，通过试验研究，得出了以下一些结论：( 1 ) 神华煤是一种易结渣煤种，在电厂锅炉燃烧中极易在喷燃器出口附近和水冷壁上结渣，特别是在水冷壁的燃烧器区域，由于神华煤易燃的特点，造成煤粉进入炉膛后燃烧过快，燃烧器区域热负荷强度过大这是导致在燃烧神华煤过程中喷燃器附近及水冷壁的燃烧器区域发生严重的大面积结渣的重要原因之一；( 2 )出于神华煤的狄熔点比较低，

108、导致在锅炉燃烧中容易结渣，通过掺配其它高熔点煤种( 如准格尔煤) 可以提高入炉煤的灰熔点，从而可以改善其在电厂华北电力大学硕士学位论文锅炉燃烧中的结渣状况，但是配煤时应该注意所掺配煤种的组分含量及掺配比例，以免对附属设备运行带来不利影响和其它问题；对于神华煤和准格尔煤的掺配比例，选择7 ：3 的比例能够有效的缓解结渣的问题，并且不会给附属设备的运行带来不利影响：( 3 ) 对于燃烧神华煤的锅炉，为了减少锅炉结渣，从设计或改造中应该考虑将燃烧器在垂直方向的布置距离尽可能的拉大，以防止热负荷的局部集中，温度过高导致大面积严重结渣；( 4 ) 在设计中和实际运行中，一次风风温的设计和调整不宜选择太高

109、，对于切向燃烧方式的锅炉，一次风风温保持1 1 0 。C 左右则可以保证锅炉的稳定着火，并能有效防J E 运行时烧坏喷燃器事故的发生，并能使得着火推迟，从而降低燃烧器出口附近区域的热负荷，从而减轻燃烧器出口附近的结渣；( 5 )由于神华煤煤狄中的碱金属氧化物特别是N a 2 0 和C a O 的含量比较高，在湿度比较大的环境中容易与尾部烟道中的水分发生发应生成粘性很强的C a ( O H ) 2 、N a O H 等氢氧化物，这些碱金属化合物容易附着在受热面管上，在高温下容易板结形成不易清除的灰垢。而当尾部受热面有水存在时更是容易形成泥狄，进入预热器而造成堵管：( 6 ) 通过掺烧碱金属元素含

110、量低的煤种也能缓解神华煤在电厂燃烧过程中的积灰程度，在蒸汽吹灰系统的设计中应充分考虑疏水问题，以及合理的安排吹灰程序，避免吹灰蒸汽汽中带水：( 7 ) 激波吹次器是一种比较适合于燃烧神华煤电厂锅炉尾部受热面吹狄的设备，借助于可燃气体与空气混合后点火爆炸产生的强烈的脉冲球面波和高速射流，能对尾部受热面的积灰产生激振和冲刷作用，使其脱落而被烟气流带走，从而起到很好的清灰作用。神华煤是开采时间不长的新兴的煤种，对神华煤在电厂锅炉燃烧的认识方面，目前国内还不是很深，山于神华煤挥发分高、碱金属元素含量特别是C a O 的含量特别高，而且它的灰熔点低等特点，使得其在电厂锅炉燃烧中不可避免的产生各种各样的问

111、题。本文只是从神华煤在4 1 0 t h 电厂锅炉燃烧中普遍存在的结渣和积灰、堵灰等问题方面对神华煤在电厂锅炉燃烧技术上做了部分研究。而由于本人知识水平和试验条件有限，研究的方法除了借助前人的部分成果外，更多的只是通过试验摸索来探究神华煤在电厂锅炉燃烧中实际问题，对于很多问题的分析还不能上升到理论的高度。因此，在论述神华煤在电厂锅炉的燃烧中出现的结渣和积狄问题上尚欠缺理论的支持，在不断的实践和学习中，本人也希望在以后的研究工作中能够有所发展，以期研究取得更丰硕的结果。4华北电力大学硕士学位论文参考文献 1 卷首语国华电力，2 0 0 5 ，( 1 ) ：1 3 2 罗力中国煤炭资源调查报告中国

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113、炉防止炉膛结渣的探讨，锅炉制造，2 0 0 5 ( 5 ) 1 I 胡敏饶苏波，切向燃烧煤粉炉炉膛结渣原因及预防措施，热力发电，2 0 0 4 ( 0 5 ) 1 2 黄新元编著电站锅炉运行与燃烧调整，中国电力出版社，2 0 0 3 13 刘文胜侏罗纪煤的结渣特性配煤及应用试验研究： 硕士论文 浙江：浙江大学机械与能源工程学院，2 0 0 3 1 4 文军国华北京热电厂# 1 炉结渣燃烧调整试验报告国家电力公司热工研究院2 0 0 1 8 1 5 范从振锅炉原理东南大学水利电力出版社1 9 8 6 年5 月 1 6 龚丽华，张国军，王瑞，锅炉燃烧神华煤结渣的煤质因素分析，华北电力技术，2 0

114、0 4( 1 0 ) I7 姚伟，蒙薛毅，王桂，芳宁以煤的燃烧特性预测锅炉运行性能见：陆延昌等：第四届全国火力发电技术学术年会论文集中国电机工程学会2 0 0 33 9 4 5 1 8 楼亿红动力用煤结渣倾向的判断，热力发电，2 0 0 4 ( 0 5 ) 1 9 王建华，王大军，张大平，曾奕，发电厂炉膛结渣原因及处理，四川电力技术，2 0 0 4( 2 ) 2 0 张清峰燃用神华煤对锅炉对流受热面的沾污、磨损与腐蚀问题燃用神华煤技术应用及研究北京国华电力有限责任公司2 0 0 2 1 0 2 1 M a r t i nH e i n o ，F u t u r ed e v e l o p m

115、 e n to f m o d e r no n c e t h r o u g hb o i l e r s 嘶t hh a r dc o a lf u r n a c e s J o i n tA S M E I E E EP o w e rG e n e r a t i o nC o n f e r e n c e ，O c t21 2 519 9 0 2 2 付林S G 一2 0 0 8 5 4 0 一M 9 0 3 锅炉燃用神华煤结渣、积灰剖析，国华电力技术文摘2 0 0 4( 6 ) 2 3 L a nD a v i d s o n A ni n t e l l i g e n t

116、a p p r o a c ht ob o i l e rs o o t b l o w i n g J 】M o d e mP o w e rS y s t e m s ，2 0 0 3 ( 1 )4 2华北电力大学硕士学位论文 2 4 S t u l t zS C ，J B K i t t o S t e a m i t sg e n e r a t i o na n dr i s e M B a r b e r t o n ，O h i o ，U S A ：B & W ，4 0 me d i t i o n ，19 9 22 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 【

117、3 3 覃一宁，赵贺华能大连电厂燃用神华煤的适应性研究与评价热力发电，2 0 0 3 ，( 1 2 )袁颖相大光，姚伟等，大型锅炉炉膛结渣的预防，中国电力，1 9 9 4 ( 7 )李风瑞，池作和，周吴，岑可法等切向燃烧锅炉炉膛结渣的影响因素及预防措施热力发电，2 0 0 1 ，( 1 )何佩敖，艾静，炉膛结渣与防止措施，热能动力工程，1 9 9 4 ( 7 )J o h nR e a s o n H o wf u e lv o l a t i l i t yi m p a c t sb o i l e rd e s i g n ，o p e r a t i o n 【J 】P o w e r

118、 , 1 9 8 3 1 2D u n nPD ，R e a yDA H e a tp i p e s M E n g l a n d ：P e x g m o np r e s s ，19 8 2R i c h a r dEB a r r e t t ，锅炉设计中的防结渣积灰问题，热力发电译丛，1 9 9 1 ( 0 5 )李宝义锅炉尾部受热面积、堵灰问题浅析，华北电力技术，2 0 0 4 ( 8 )S t e p h e nJ O o i d i c h I n t e r g r e t i o no ft h eb e n s o nv e r t i c a lo u tt e c

119、h n o l o g ya n dt h ec o m p a c tC F Nb o i l e r A P o w e r - G e nI n t e m a t i o n a l2 0 0 0 i c l O r l a n d o ，F l o r i d a ，U S A ，2 0 0 0 3 4 】M i c h a e lW ，P a u l ，R i c h a r dE W e i n s t e i n ，D o n a l dL B o n k ，F e a s i b i l i t yo fal i g n i t e - f u e l e dc o m b

120、u s t i o nh y b r i dr e p o w e r i n go fL e l a n dO l d s U n i t2 A T h e2 9 “I n t e r n a t i o n a lT e c h n i c a lC o n f e r e n c eo nC o a lU t i l i z a t i o n & F u e l S y s t e m s C 2 0 0 4 4 3华北电力大学硕十学何论文致谢值此论文完成之际，首先感谢孙保民教授和陈党慧教授两位导师的悉心指导和亲切的关怀! 从论文的选题、研究的思路、研究的方法到论文的撰写和成稿，都离不

121、开他们的悉心指导。两位导师严谨的工作作风、渊博的知识我深为折服，这也将促使我在以后的工作和学习中更加努力，以期不辜负两位导师的教诲。在我完成研究生学业期问，也得到了付忠广老师、卞双老师和杨永红老师以及康志忠老师等众多老师的大力帮助，在此也对他们的帮助表示感谢!三年的在职学习也离不丌公司领导和同事们的支持与关爱，在学习和论文撰写期间，他们都给予了我很多的支持，特别是许建华总经理、顾广林副总工程师在百忙的工作中还经常的对本人的学业给予关心，以及徐支能和李宝义两位高工在我的论文的撰写中提供了人力的支持和指导，在此对他们表示诚挚的感谢!衷心感谢好朋友郭永红，同学田海川和王同宇，在我做论文时他们给我提供

122、了大量的资料并在撰写论文时给予我很多的指导，在此也对他们的帮助表示感谢!特别感谢远在家乡的父母、兄嫂和老妹小雪，在我的学习和论文撰写过程中给予我的支持和鼓励，你们的爱常常使我感动不已，也是我在学习中不可或缺的动力，使我能够顺利的完成我的学业。在我三年的学习与生活中给予我帮助和照顾的人还有很多，在此我也对那些关心和照顾我的人们表示衷心的感谢!在此也衷心祝福你们一一我敬爱的老师、同学、朋友和家人，祝福你们工作顺利，生活幸福，诸事顺心如意!龚家猷2 0 0 6 年5 月北京410t/h电厂锅炉燃烧神华煤防结渣、积灰的技术研究410t/h电厂锅炉燃烧神华煤防结渣、积灰的技术研究作者：龚家猷学位授予单位

123、：华北电力大学(北京) 参考文献(34条)参考文献(34条)1.卷首语 2005(01)2.罗力 中国煤炭资源调查报告 20043.李华 中国能源结构现状及展望 20054.何良宇 腾飞的巨龙 2006(01)5.Hr Dr Herbert Prenzel从煤种的选择到燃烧 20066.Prof Jacek Zelkowski 煤的特性与界定 20067.彭飞 锅炉燃烧系统的优化8.张文详.赵海峰 电站锅炉炉膛结渣积灰预测及其清除9.查看详情 200510.于红.于德庆.刘永江 电站锅炉防止炉膛结渣的探讨 2005(05)11.胡敏.饶苏波 切向燃烧煤粉炉炉膛结渣原因及预防措施期刊论文-热力发

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