1、設備概況
國華呼倫貝爾發電有限公司2x600 MW超臨界機組的鍋爐型號為HG-1913/25.4-HM15，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Ⅱ型燃煤鍋爐。爐膛寬20 402.3 mm，深20 027.3 mm，高80 160mm。爐膛四周為膜式水冷壁，由螺旋盤繞上升水冷壁和垂直上升水冷壁組成。磨煤機采用長春發電設備總廠生產的MPS212HP-II型中速磨煤機。主燃燒器選用低NO，的水平濃淡燃燒器，采用墻式切圓（大直徑單切圓）燃燒方式，二次風偏離一次風5°進入爐膛，形成了空氣在外、煤粉在內的“風包粉”結構。4組燃燒器分別布置在爐膛靠近四角的爐墻上，分上、中、下3層，并拉開一定的距離，以降低燃燒器區域熱負荷，有效減少爐膛結焦。四層燃盡風(SOFA)為水平擺動形式，布置在燃燒器的最上部，氣流與燃燒器煤粉流形成反向切圓。煙風系統設計2臺動葉可調軸流送風機和2臺入口靜葉可調軸流引風機，以平衡通風。空氣預熱器為三分倉容克式。鍋爐排渣采用風冷干式除渣機，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
鍋爐設計煤種為寶日希勒礦褐煤。在設計煤種、BMCR工況下鍋爐熱力計算性能參數見表2。
2、存在的問題
目前，國內采用墻式切圓燃燒方式的鍋爐較多，但是多數燃用煙煤，國華呼倫貝爾發電有限公司2x600MW超臨界機組鍋爐是為數不多的燃用褐煤的鍋爐。自機組投產以來，2臺鍋爐結焦嚴重，焦量多，最大焦塊直徑達1500 mm以上，大塊焦渣經常將干除渣系統壓死，甚至造成機組被迫降低出力運行，影響機組的安全穩定運行。
在鍋爐停運時，檢查2臺鍋爐受熱面結焦情況，發現分割屏和爐膛出口末級過熱器處無結渣現象，而在標高30—60m區域內一段水冷壁部位有明顯的掛焦痕跡，初步確定鍋爐是因為熔融狀的煤灰沖刷側墻水冷壁而發生了結焦。
3、結焦原因分析
3.1燃煤特性
鍋爐結焦的根本原因是當爐內空氣動力場組織得不好或因設計上存在缺陷，火焰直接沖刷水冷壁時，如果熔融狀的小渣滴在撞擊受熱面之前得不到充分冷卻，就不斷黏附在受熱面上形成結渣”1。寶日希勒礦褐煤屬于高水分、高揮發分、低發熱量、低灰熔點(1160℃)、結渣性強的煤種，而且該褐煤的Fez03和S的質量分數偏高(分別為12.27%和0.15%)，容易在水冷壁上凝固形成原生層，這是引起該電廠鍋爐結焦的主要原因。
3.2鍋爐設計特性
墻式切圓燃燒方式下，爐內火焰噴射方向與爐墻垂直，燃燒器出口射流兩側具有較大的空間，有利于高溫煙氣回流，減小水冷壁附近煙氣流擾動的影響，從而避免了因燃燒器噴口區域狹窄而引起燃燒器及附近爐角側墻處發生結焦。
但數值模擬結果表明：墻式切圓鍋爐在爐膛內、沿著爐膛高度方向任意切面存在一個溫度較高的“高溫火環”（類似于水桶狀），而不是四角切圓的“高溫火球”，即在爐膛切面存在一個煤粉濃度較高的“煤粉環”。這主要是由于墻式切圓直徑較大，大直徑高溫火環在爐膛四墻局部存在風粉氣流沖刷側墻水冷壁的現象；另外由于一次風動量高，二次風不易滲透到該“煤粉環”內部，進一步造成了“煤粉環”內部缺氧，從而引起鍋爐水冷壁掛焦。根據鍋爐燃燒調整試驗時的溫度分布計算模型和煙花示蹤照片可以證實這一點。
3.3燃燒調整問題
配風方式不合理：在總風量一定的情況下，附加風開度過大，主燃燒器二次風開度過小，造成主燃燒區域因缺氧燃燒產生還原氛圍，使褐煤的灰熔點大大下降，從而使煤灰的結渣性大大增加。
3.4煤粉細度問題
煤粉過細使火焰短、燃盡速度快，不能形成分
段燃燒，造成爐膛熱負荷過于集中。
4、防結焦措施
為解決鍋爐結焦問題，進行了一系列專項燃燒調整試驗，根據試驗，制定出如下防結焦措施。
4.1來煤煤質盡量接近設計煤種
從鍋爐運行的實際情況看，當鍋爐來煤發熱量低于設計煤種發熱量420 kJ以下時，鍋爐不會發生結焦；當來煤發熱量比設計煤種低420 kJ以上且灰熔點也比設計煤種低時，鍋爐開始產生結焦，并隨著偏差的增大結焦會越來越嚴重。因此，鍋爐來煤煤質是保證鍋爐不結焦的前提，應選用盡量接近設計煤質的燃煤。
4.2選擇適當的周界風速
由于墻式切圓燃燒器具有風粉噴射距離小(由常規的四角切圓28 m降至20 m)、易變形的特點，所以選擇合適的煤粉燃燒器周界風速，對優化爐內燃燒至關重要。
通過實際運行情況表明，燃燒器最佳周界風門開度為20%~40%（即風速保持在48 m/s左右）。合適的周界風量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性氣氛，可有效防止結焦和高溫腐蝕。
4.3降低爐膛與大風箱差壓
通過采用降低爐膛與大風箱差壓(在BMCR工況下可由設計的l kPa降至500 Pa)，以及在保證制粉系統不發生堵煤的前提下適當降低一次風率（在BMCR工況下，可將一次風率由40%降至35%）等手段降低噴燃器出口風粉動量，即通過降低墻式切圓上游噴燃器風粉動量避免下游噴燃器風粉氣流變形掃墻，從而減少貼壁燃燒現象的發生。
通過調整周界風速和降低爐膛與大風箱差壓，鍋爐風粉掃墻現象明顯減少。
4.4適當提高主燃燒區氧氣體積分數
提高主燃燒區氧氣體積分數，避免因缺氧燃燒產生還原性氣氛，是防止燃用褐煤鍋爐結焦的有效措施。對于已投運的燃燒器，其輔助風應維持相對大的開度，以保持主燃燒區所需的足夠空氣。
根據實際經驗，在滿負荷時保持省煤器出口氧體積分數不低于4%，對防止結焦的效果較明顯。
4.5定期檢測煤粉細度
保持合適的煤粉細度對防止褐煤鍋爐結焦具有重要意義，當煤粉細度在設計值的t5%范圍內變化時，對鍋爐燃燒影響不大；如超出此范圍，燃燒狀況將惡化，會加劇結焦。因此，應定期對煤粉細度進行檢測，將其控制在規定范圍內。
4.6適當開啟燃盡風擋板，實現兩段燃燒
在保證主燃燒區不出現還原性氣氛的前提下，適當開啟燃盡風擋板，以拉長爐膛火焰，實現分級供風，降低爐膛燃燒區域熱負荷，從而降低該區域的煤灰及煙氣溫度；但在爐膛總風量一定的情況下，如果燃盡風的開度過大，又會造成燃盡風與主燃燒區搶風現象，使主燃燒區因缺氧燃燒而發生結焦。
根據實際經驗，當負荷大于滿負荷的60%時，開啟下層燃盡風擋板；當負荷大于滿負荷的80%時，開啟上層燃盡風擋板，這種運行方式可起到良好的防結焦效果。
4.7對鍋爐噴燃器噴射角度進行改造
利用機組大修機會，對鍋爐噴燃器噴射角度進行相應的改造，縮小切圓直徑，減少風粉掃墻現象的發生。
5、結束語
通過采取以上一系列調整措施，國華呼倫貝爾發電有限公司2x600 MW機組墻式切圓鍋爐爐焦量顯著下降，焦塊直徑最大不超過100 mm，達到了控制結焦的目的。目前，鍋爐干除渣系統能夠保持連續長周期的安全穩定運行，在多次停爐檢查中，受熱面干凈無掛焦，鍋爐結焦問題得到明顯遏制。
國華呼倫貝爾發電有限公司2x600 MW超臨界機組的鍋爐型號為HG-1913/25.4-HM15，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Ⅱ型燃煤鍋爐。爐膛寬20 402.3 mm，深20 027.3 mm，高80 160mm。爐膛四周為膜式水冷壁，由螺旋盤繞上升水冷壁和垂直上升水冷壁組成。磨煤機采用長春發電設備總廠生產的MPS212HP-II型中速磨煤機。主燃燒器選用低NO，的水平濃淡燃燒器，采用墻式切圓（大直徑單切圓）燃燒方式，二次風偏離一次風5°進入爐膛，形成了空氣在外、煤粉在內的“風包粉”結構。4組燃燒器分別布置在爐膛靠近四角的爐墻上，分上、中、下3層，并拉開一定的距離，以降低燃燒器區域熱負荷，有效減少爐膛結焦。四層燃盡風(SOFA)為水平擺動形式，布置在燃燒器的最上部，氣流與燃燒器煤粉流形成反向切圓。煙風系統設計2臺動葉可調軸流送風機和2臺入口靜葉可調軸流引風機，以平衡通風。空氣預熱器為三分倉容克式。鍋爐排渣采用風冷干式除渣機，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
鍋爐設計煤種為寶日希勒礦褐煤。在設計煤種、BMCR工況下鍋爐熱力計算性能參數見表2。
2、存在的問題
目前，國內采用墻式切圓燃燒方式的鍋爐較多，但是多數燃用煙煤，國華呼倫貝爾發電有限公司2x600MW超臨界機組鍋爐是為數不多的燃用褐煤的鍋爐。自機組投產以來，2臺鍋爐結焦嚴重，焦量多，最大焦塊直徑達1500 mm以上，大塊焦渣經常將干除渣系統壓死，甚至造成機組被迫降低出力運行，影響機組的安全穩定運行。
在鍋爐停運時，檢查2臺鍋爐受熱面結焦情況，發現分割屏和爐膛出口末級過熱器處無結渣現象，而在標高30—60m區域內一段水冷壁部位有明顯的掛焦痕跡，初步確定鍋爐是因為熔融狀的煤灰沖刷側墻水冷壁而發生了結焦。
3、結焦原因分析
3.1燃煤特性
鍋爐結焦的根本原因是當爐內空氣動力場組織得不好或因設計上存在缺陷，火焰直接沖刷水冷壁時，如果熔融狀的小渣滴在撞擊受熱面之前得不到充分冷卻，就不斷黏附在受熱面上形成結渣”1。寶日希勒礦褐煤屬于高水分、高揮發分、低發熱量、低灰熔點(1160℃)、結渣性強的煤種，而且該褐煤的Fez03和S的質量分數偏高(分別為12.27%和0.15%)，容易在水冷壁上凝固形成原生層，這是引起該電廠鍋爐結焦的主要原因。
3.2鍋爐設計特性
墻式切圓燃燒方式下，爐內火焰噴射方向與爐墻垂直，燃燒器出口射流兩側具有較大的空間，有利于高溫煙氣回流，減小水冷壁附近煙氣流擾動的影響，從而避免了因燃燒器噴口區域狹窄而引起燃燒器及附近爐角側墻處發生結焦。
但數值模擬結果表明：墻式切圓鍋爐在爐膛內、沿著爐膛高度方向任意切面存在一個溫度較高的“高溫火環”（類似于水桶狀），而不是四角切圓的“高溫火球”，即在爐膛切面存在一個煤粉濃度較高的“煤粉環”。這主要是由于墻式切圓直徑較大，大直徑高溫火環在爐膛四墻局部存在風粉氣流沖刷側墻水冷壁的現象；另外由于一次風動量高，二次風不易滲透到該“煤粉環”內部，進一步造成了“煤粉環”內部缺氧，從而引起鍋爐水冷壁掛焦。根據鍋爐燃燒調整試驗時的溫度分布計算模型和煙花示蹤照片可以證實這一點。
3.3燃燒調整問題
配風方式不合理：在總風量一定的情況下，附加風開度過大，主燃燒器二次風開度過小，造成主燃燒區域因缺氧燃燒產生還原氛圍，使褐煤的灰熔點大大下降，從而使煤灰的結渣性大大增加。
3.4煤粉細度問題
煤粉過細使火焰短、燃盡速度快，不能形成分
段燃燒，造成爐膛熱負荷過于集中。
4、防結焦措施
為解決鍋爐結焦問題，進行了一系列專項燃燒調整試驗，根據試驗，制定出如下防結焦措施。
4.1來煤煤質盡量接近設計煤種
從鍋爐運行的實際情況看，當鍋爐來煤發熱量低于設計煤種發熱量420 kJ以下時，鍋爐不會發生結焦；當來煤發熱量比設計煤種低420 kJ以上且灰熔點也比設計煤種低時，鍋爐開始產生結焦，并隨著偏差的增大結焦會越來越嚴重。因此，鍋爐來煤煤質是保證鍋爐不結焦的前提，應選用盡量接近設計煤質的燃煤。
4.2選擇適當的周界風速
由于墻式切圓燃燒器具有風粉噴射距離小(由常規的四角切圓28 m降至20 m)、易變形的特點，所以選擇合適的煤粉燃燒器周界風速，對優化爐內燃燒至關重要。
通過實際運行情況表明，燃燒器最佳周界風門開度為20%~40%（即風速保持在48 m/s左右）。合適的周界風量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性氣氛，可有效防止結焦和高溫腐蝕。
4.3降低爐膛與大風箱差壓
通過采用降低爐膛與大風箱差壓(在BMCR工況下可由設計的l kPa降至500 Pa)，以及在保證制粉系統不發生堵煤的前提下適當降低一次風率（在BMCR工況下，可將一次風率由40%降至35%）等手段降低噴燃器出口風粉動量，即通過降低墻式切圓上游噴燃器風粉動量避免下游噴燃器風粉氣流變形掃墻，從而減少貼壁燃燒現象的發生。
通過調整周界風速和降低爐膛與大風箱差壓，鍋爐風粉掃墻現象明顯減少。
4.4適當提高主燃燒區氧氣體積分數
提高主燃燒區氧氣體積分數，避免因缺氧燃燒產生還原性氣氛，是防止燃用褐煤鍋爐結焦的有效措施。對于已投運的燃燒器，其輔助風應維持相對大的開度，以保持主燃燒區所需的足夠空氣。
根據實際經驗，在滿負荷時保持省煤器出口氧體積分數不低于4%，對防止結焦的效果較明顯。
4.5定期檢測煤粉細度
保持合適的煤粉細度對防止褐煤鍋爐結焦具有重要意義，當煤粉細度在設計值的t5%范圍內變化時，對鍋爐燃燒影響不大；如超出此范圍，燃燒狀況將惡化，會加劇結焦。因此，應定期對煤粉細度進行檢測，將其控制在規定范圍內。
4.6適當開啟燃盡風擋板，實現兩段燃燒
在保證主燃燒區不出現還原性氣氛的前提下，適當開啟燃盡風擋板，以拉長爐膛火焰，實現分級供風，降低爐膛燃燒區域熱負荷，從而降低該區域的煤灰及煙氣溫度；但在爐膛總風量一定的情況下，如果燃盡風的開度過大，又會造成燃盡風與主燃燒區搶風現象，使主燃燒區因缺氧燃燒而發生結焦。
根據實際經驗，當負荷大于滿負荷的60%時，開啟下層燃盡風擋板；當負荷大于滿負荷的80%時，開啟上層燃盡風擋板，這種運行方式可起到良好的防結焦效果。
4.7對鍋爐噴燃器噴射角度進行改造
利用機組大修機會，對鍋爐噴燃器噴射角度進行相應的改造，縮小切圓直徑，減少風粉掃墻現象的發生。
5、結束語
通過采取以上一系列調整措施，國華呼倫貝爾發電有限公司2x600 MW機組墻式切圓鍋爐爐焦量顯著下降，焦塊直徑最大不超過100 mm，達到了控制結焦的目的。目前，鍋爐干除渣系統能夠保持連續長周期的安全穩定運行，在多次停爐檢查中，受熱面干凈無掛焦，鍋爐結焦問題得到明顯遏制。
