本文主要就燃用神華煤鍋爐出現結焦的現象進行分析，通過采用防止燃燒器區域水冷壁大量掉焦的有效措施，基本上解決了鍋爐結焦難題。
1、鍋爐概況及主要參數
1.1主要運行參數
裝機容量400 MW，兩臺汽輪機是德國ABB公司制造的DKEH - IND31型冷凝、雙抽供熱式機組。4臺鍋爐是哈爾濱鍋爐制造廠生產的HG - 410/9.8 - YM15型高壓煤粉爐。爐本體為單爐膛形式，直流燃燒器四角切圓布置，切圓直徑400 mm，爐膛斷面為9 800mm×9 800 mm，由膜式水冷壁組成，入爐煤質情況見表1，鍋爐主要運行參數見表2。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1.2熱風送粉系統
鍋爐送粉系統原設計為熱風送粉，熱風由高溫風和冷風混合而成，設計風溫160℃，高溫風取自高溫段預熱器出口，設計風溫330℃，冷風取自送風機出口，設計風溫30℃。
1.3 吹灰系統及設備
鍋爐配有3種型號的吹灰器，型號分別為IK - 525、IR - 3D、G98，分別用于清除過熱器管壁上的積灰、清除水冷壁上的積渣和積灰和清除省煤器管排上的積灰。爐膛吹灰器為短行程形式，水平煙道的對流受熱面為長行程吹灰器，尾部對流受熱面為固定式吹灰器，鍋爐設計的吹灰介質為生產抽汽。
2、結焦原因分析
鍋爐自1999年投產燃用大同煤以來，多次發生燃燒器燒損現象，造成鍋爐被迫停運，自2000年后改燒神華煤，鍋爐燃燒器相應進行了改造，解決了燃燒器燒損問題，由于多方面原因造成鍋爐頻繁結焦，從2000~2004年，先后發生5次鍋爐因掉焦滅火。因此，解決鍋爐結焦問題成為當前保證鍋爐安全穩定運行的主要課題。
2.1神華煤的易結渣特性
鍋爐受熱面的結渣主要由煤質特性決定，根據文獻的煤灰結渣特性判別方法，對6種樣品的神化煤煤樣的灰渣特性進行分析。根據表3和表4的分析結果，可以得出以下結論：
(1)由于T2平均為1277℃，所以可以判斷煤種屬于中等結渣。
(2)由于硅鋁比Si02/AI203=24.83/11.91：2.08，可以判斷煤種屬于中等結渣。
(3)由硅比G：36.43，可以判斷煤種屬于嚴重結渣。
(4)由堿／酸比B/A：1.17，可以判斷煤種屬于嚴重結渣。
(5)由綜合結渣指數R=3.825,可以判斷煤種屬于嚴重結渣。綜合比較而言，神華煤屬于嚴重結渣煤種。
2.2 熱風送粉
鍋爐投產后實際運行滿負荷時熱風溫度一般在220~240℃。該煤種揮發份一般在35%以上，雖然采用配煤（神7：準3配比），其揮發份仍在30%~35%，極易燃燼，熱風溫度與火焰溫度成正比，爐膛中燃燒器區域火焰溫度經常達到1500℃以上，燃燒器高度近水冷壁處火焰溫度亦達到1300℃以上，高于煤種T2溫度，結焦成為必然。
2.3三次風影響
風速設計45 m/s，三次風風速設計為60m/s（2臺磨煤機同時運行），實際由于磨煤機出力較大，儲備系數達到1.7，經常單臺磨煤機運行，二次風和三次風風速超過設計值。一方面使得爐膛內切圓加大，火焰與水冷壁間距縮短，燃燼的熔融性灰粒直接沖刷水冷壁，這就是燃燒器高度水冷壁結焦的主要原因之一；另一方面，燃燒器噴口回流加劇，為燃燒器噴口結焦并加劇創造了條件。
2.4分級燃燒
燃燒器改造后的燃燒方式為分級燃燒，爐膛燃燒器區域的中部、下部為弱氧燃燒區，爐膛燃燒器區域的上部及以上區域為富氧燃燒區。在優化燃燒調整試驗時，測量水冷壁壁面煙氣含氧量均低于2%，這樣，燃燒器中、下部的火焰處于還原性氣氛，從而降低了煤質的T2溫度，在該區域結焦并積存也就成為必然。
3、解決的措施
針對存在的結焦問題采用常規辦法如適當提高煙氣中氧含量、改造燃燒器、調整配風方式、調整火焰中心位置、降低一次風溫、一次風噴嘴加裝周界風、燃料中添加除焦劑等措施，但是都沒有達到理想的效果。經過長期觀察、對鍋爐掉焦后的渣樣分析以及對爐膛掉大焦后爐膛出口煙溫和減溫水量變化等運行參數的總結比較，確認造成爐膛壓力反正的原因是燃燒器區域水冷壁大面積掉焦所致。
3.1燃燒器區域安裝蒸汽吹灰器
爐膛燃燒器區域安裝蒸汽吹灰器的目的是定期清除水冷壁面上的積渣，消除形成大量掉渣的條件，使水冷壁掉焦量保持在可控范圍。神華煤的干燥無灰基揮發份較高，入爐煤揮發份在320/0~38 010左右，即使吹灰時汽流吹到已著火的煤粉流上，但是神華煤高揮發份和低灰份的優勢可以使煤粉流中的揮發份在很短的時間內大量逸出并強烈燃燒，而且能使整個煤粉顆粒燃燒，所以燃燒過程極為穩定。基于四角切向燃燒方式的特點和神華煤的特點，在燃燒器區域加裝水冷壁吹灰器：
(1)使用IR - 3D型短行程吹灰器。
(2)燃燒器區域每側爐墻（共4面墻）安裝2臺吹灰器，分兩層布置，每臺爐共加裝8臺吹灰器。
(3)吹灰器安裝在每側爐墻水平線的中心位置，距相鄰爐墻4.9 m，距燃燒器外緣4.4m。
(4)下層吹灰器的安裝標高與下層一次風噴口水平中心線相同，上層吹灰器的安裝標高與三次風噴口水平中心線相同。
3.2混煤比例的調節
由于神華煤與準格爾煤的來煤都很不穩定，維持目前恒定的混煤比較困難，因此對鍋爐進行了煤種變換試驗研究，并根據試驗結果指導生產運行。
(1)燃燒較高比例的準格爾煤與神華煤的混煤試驗研究。燃用大比例神華煤時，一次風溫度的控制很重要。入爐煤比例神8：準2時，一次風壓宜維持在1 800~1 850 Pa，一次風溫應不超過120℃，一次風箱的熱風門開度不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機轉速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執行發電部制定的吹灰制度；鍋爐負荷小于75%時可適當提高一次風溫，但是不得超過130℃。
入爐煤比例為神9：準1時，一次風溫應不超過110℃，一次風箱的熱風門開度不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機轉速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執行發電部制定的吹灰制度；鍋爐負荷小于75%時可適當提高一次風溫，但是不得超過120℃。
(2)燃燒100%神華煤試驗研究。純燒神華煤時，建議鍋爐負荷維持85%左右，一次風壓宜維持在1800~1850 Pa，一次風溫應不超過100℃，一次風箱的熱風門開度建議不小于20%，特殊情況也不能小于15%；給粉機轉速上、中、下可均等分配，也可中、下略高于上層；吹灰方式執行發電部制定的吹灰制度；鍋爐負荷小于75%時可適當提高一次風溫，但是不得超過110℃。
鍋爐可以在燃用100%的神華煤，負荷在85%以下長期運行。此時鍋爐具有一定的自清潔能力，但應當加強結焦狀態的監控。短期內可以在100%負荷下燃用神華煤，但應當在一定的時間后降低負荷清潔爐膛。神華煤易結焦性，不宜大比例神華煤、高負荷運行。
3.3鍋爐三次風噴口處加裝打焦孔
考慮三次風噴口經常出現結焦、長大，不易清除，且經常出現掉焦鍋爐爐膛壓力返正現象，開孔后為清除結焦創造了條件。
3.4鍋爐一次風冷風管改造
原一次風冷風管直徑為530 mm，一次風風溫一般在220℃左右，降到200℃以下比較困難，因此將該管改為630mm。
4、防結焦技術改造后效果分析
(1)安裝吹灰器后，4號爐熱態試驗結果表明：鍋爐負荷在400~430 t/h時，新加裝的吹灰器可以有效地清除燃燒區域水冷壁所掛焦渣。鍋爐未發生異常掉焦。投入燃燒器區域吹灰器時，對汽溫的影響較大。低溫過熱器反應強烈，一級減溫水量大幅度變化。吹灰時對過熱器出口汽溫略有影響，主汽溫度下降2~3℃。
(2)更換燃料適應性研究試驗證明，鍋爐都可以燃用100%的神華煤，在85%以下負荷長期運行，但應當加強結焦狀態的監控；短期內可以在100%負荷下燃用神華煤，但應當在一定的時間后降低負荷清潔爐膛。因為神華煤易結焦性，不主張片面追求大比例神華煤、高負荷運行。
(3)鍋爐三次風噴口處加裝打焦孔后，解決了原該處結焦無法清除，形成大塊現象；有效克服了脫落后砸傷水冷壁．落入撈灰機水封槽內，導致鍋爐爐膛正壓，從而MFT動作，造成鍋爐滅火的事故。
(4)鍋爐一次風冷風管改造后，一次風冷風管直徑為從530 mm變為630 mm，鍋爐一次風風溫控制在100℃以下，結焦情況大為緩解。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
5、結論
鍋爐結焦是一個多因素作用的結果，針對具體情況應采取不同的解決方案，從根本上治理，達到減緩鍋爐結焦的速度，降低結焦風險的目的，保證鍋爐能夠安全、穩定、長周期運行。解決鍋爐結焦問題是一項長期的工作，通過采用爐膛燃燒器區域安裝蒸汽吹灰器，混煤比例的調節，在鍋爐三次風噴口處加裝打焦孔等手段，基本上解決了410t/h鍋爐燃用神華煤結焦的技術難題。
