中國鋁業(yè)中州分公司熱電廠5＃鍋爐于2003年12月20日投產(chǎn)。該鍋爐額定負荷為220t/h，露天N型布置，自然循環(huán)高溫高壓煤粉鍋爐，設(shè)計煤種為無炯煤，采用球磨機中間倉儲式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。采用單汽包、單段蒸發(fā)，集中下降管循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器，水平煙道內(nèi)裝設(shè)高低溫兩級過熱器，尾部豎井煙道交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預(yù)熱器，水平煙道和轉(zhuǎn)向室均為膜式壁頂棚管包墻管，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
自鍋爐投產(chǎn)以來一直存在爐膛嚴重結(jié)焦的情況，囚大量焦渣而被迫停爐清理，運轉(zhuǎn)周期不足2個月。嚴重影響鍋爐的安全穩(wěn)定運行和氧化鋁的生產(chǎn)。
一、鍋爐結(jié)焦原因分析
在煤粉爐中，燃燒火焰中心溫度在1500~1700℃之間。燃料中的爐灰在這樣高的溫度下大多熔化為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)。南于水冷壁的吸熱，從燃燒火焰中心向外，越接近水冷壁溫度越低。在正常情況下，隨著溫度的降低，爐灰將從液態(tài)變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進而變成固態(tài)。如果軟化狀態(tài)的爐灰碰到受熱面時，由于受到冷卻而粘結(jié)在受熱面上，形成結(jié)渣（俗稱結(jié)焦）。
1．衛(wèi)燃帶敷設(shè)過量且布置不合理
5#鍋爐原設(shè)計布置的衛(wèi)燃帶如圖1所示，衛(wèi)燃帶面積達到96m2，較同類型鍋爐高出30%，例如山西陽泉某電廠同型號鍋爐的衛(wèi)燃帶僅有62m2。大量衛(wèi)燃帶的敷設(shè)能夠維持較高的爐膛溫度，提高了噴燃器的著火穩(wěn)定性，同時也為結(jié)焦創(chuàng)造了條件。原設(shè)計衛(wèi)燃帶一直敷設(shè)到噴燃器的根部，而在噴燃器的根部的向火面和背火面，由于一、二、三次風(fēng)的強烈卷吸作用，氣流流動比較混亂，是容易產(chǎn)生結(jié)渣的部位，噴燃器根部附近不適宜敷設(shè)衛(wèi)燃帶。
2．鍋爐設(shè)計燃燒器存在的問題
原鍋爐燃燒器采用了可調(diào)擋塊式水平濃淡燃燒器，從空氣動力場試驗和實際運行情況來看，這種燃燒器存在的問題有：
(1)穩(wěn)定燃燒有一定的效果，但犧牲了后期混合，爐內(nèi)空氣動力場紊亂。
(2)燃燒器噴口處鈍體角度太大，不能形成封閉回流區(qū)。在燃燒器設(shè)計中，為了增加穩(wěn)燃效果，穩(wěn)燃器鈍體角度(25。)和尺寸取得較大（圖2），同時噴口外殼尺寸較短，在實際運行中，一次風(fēng)氣流在離開噴口后，未能形成封閉回流區(qū)，使煤粉氣流分成上下兩股氣流，導(dǎo)致一次風(fēng)氣流剛度減弱。向上偏離的煤粉氣流刷墻結(jié)焦，向下偏離的煤粉氣流直接沖入冷灰斗，導(dǎo)致一次風(fēng)掉粉、冷灰斗溫度升高產(chǎn)生結(jié)焦。
(3)燃燒器沒有布置側(cè)邊風(fēng)，在水冷壁處易形成還原性氣氛。
3．煤粉燃燒時不能及時得到充足的氧氣
雖供給了足夠空氣總量，但由于一次風(fēng)離二次風(fēng)較遠，燃料與空氣混合不好，某些部分空氣多一些，則燃燒就完全，有的地方空氣少一些則燃燒就不完全，從而造成煤在爐內(nèi)燃燒不良、煙氣溫度不均勻。在煙氣溫度高的地方，管壁溫度高，未燃盡的煤粉顆粒一旦粘結(jié)在上面繼續(xù)燃燒，將形成灰粒的粘附，燃燒不完全產(chǎn)生大量CO，使灰熔點降低，導(dǎo)致結(jié)渣。
綜合上述分析認力，噴燃器設(shè)計不合理導(dǎo)致燃燒器一次風(fēng)動力場不好，是引起鍋爐嚴重結(jié)焦的首要原因。過量敷設(shè)衛(wèi)燃帶和布置的不合理是導(dǎo)致嚴重結(jié)焦的重要原因。
二、改造措施
1．對衛(wèi)燃帶的面積以及位置重新進行布置
衛(wèi)燃帶布置面積5 8.61m2，減少37.39m2，位置及形狀重新布置，如圖3所示。
2．采用百葉窗水平濃淡燃燒器
哈工大的百葉窗水平濃淡燃燒器，其濃煤粉氣流的濃度比工程上常用的一次風(fēng)煤粉濃度一般高出30%—60%，具有穩(wěn)燃、防高溫腐蝕、防結(jié)渣性能。該燃燒技術(shù)包括了水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)的全部優(yōu)點，還可以靈活的控制燃燒區(qū)域水冷壁附近的煙氣成分，其綜合性能較好。
(1)合理布置鈍體角度和尺寸。鈍體角度由原來的25。減小到14。，使一次風(fēng)噴出后形成封閉的回流區(qū)，達到穩(wěn)燃的目的。
(2)在一次風(fēng)口濃側(cè)增加兩塊40mmx40mmx40mm的穩(wěn)燃塊，進一步提高著火穩(wěn)定性。
(3)減少燃燒器的高寬比，由原來的1.4減小到1.04，增加氣流的剛性。
(4)增加410mmx46 mm的一次風(fēng)側(cè)風(fēng)邊口，防止氣流刷墻結(jié)焦。
(5)在兩個一次風(fēng)之間增加一個400mmx120 mm狹窄可調(diào)的二次風(fēng)噴口，提高對煤種的適應(yīng)性。
(6)三次風(fēng)噴口上增加穩(wěn)燃齒。穩(wěn)燃齒弧長lOOmm、弦長90mm、長度200mm，共6個，提高三次風(fēng)著火的穩(wěn)定性。
(7)減少燃燒器的切圓角，使切圓由∮700mm減小到∮513mm。
三、改造效益
改造后的5’鍋爐運行至今，沒有發(fā)生一起因結(jié)焦嚴重而導(dǎo)致停爐的事故，最長運行周期達到了358天。經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)也得到了明顯的優(yōu)化，在額定負荷下飛灰可燃物含量較改造前降低2.5個百分點，排煙溫度較改造前降低6℃。
1．經(jīng)濟效益
(1)蒸汽煤耗較改造前降低了0.001t/t。鍋爐年產(chǎn)蒸汽148.5萬t，煤炭價格每噸560元，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為148.5×0.001x560=83.16萬元。
(2)改造前鍋爐運行周期2個月，每年鍋爐因為結(jié)焦停爐6次，每次啟停爐需6萬元，每年減少因結(jié)焦停爐造成的經(jīng)濟損失為36萬元。
(3)每次清焦費用約3萬元，每年節(jié)省的清理焦渣費用為6x3=18萬元。
以上三項合計為13 7.16萬元，不包括因停爐影響氧化鋁生產(chǎn)造成的經(jīng)濟損失。
2．社會效益
杜絕了因人工清焦所造成的各種傷害事故，減輕了工人的勞動強度。保證了鍋爐的安全穩(wěn)定運行，節(jié)約了能源，減少了粉塵排放量，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機壓制的楊木木屑顆粒，楊木顆粒燃料主要供生物質(zhì)鍋爐燃燒使用。
