铁岭发电厂4台300 MW机组锅炉为引进美国ABB-CE公司技术设计制造的亚临界自然循环汽包锅炉。设计燃用铁法烟煤，采用中速磨直吹系统，切向布置直流式摆动燃烧器。多年运行中，炉内始终存在着一定的结焦问题。这不仅影响锅炉的安全经济运行，而且在进行人工除焦过程中也容易造成人员伤害，对运行人员的人身安全构成威胁。
近年来随着人们环保意识的增强，降低NO。排放问题也越来越引起人们的重视。为解决炉内结焦问题，同时考虑尽可能降低NO。排放，结合锅炉大修对2#、3#锅炉燃烧器进行了改造。改造后运行及测试结果表明，炉内结焦问题得到了根本的解决，NO。的排放也有了进一步的降低，取得了明显的经济效益和社会效益。
1、锅炉及燃烧系统主要设计参数
锅炉设计燃用铁法混煤，多年实际基本上是铁法矿务局的煤。虽然各矿及不同煤层的煤热值变化范围较大，但铁法煤都有一定的结焦性。表1为燃烧器主要设计参数。图1为燃烧器布置简图。表2给出了设计煤种和实际燃用煤的有关数据，从中可以看出实际燃用煤种与设计煤种相当接近。
2、水冷壁结焦的因素分析
结焦是一个复杂的物理化学过程和流体力学过程。产生结焦有三个要素：首先是煤的成分及组成；第二，是炉内温度水平；第三，是气流带着熔融或半熔融的灰颗粒冲刷到受热面上。这三个要素中，第一个是根源，且难以消除。但只要限制其中一条，即可避免结焦。
2.1 煤灰的成分与组成
煤灰的成分与组成不同，其熔点也不同。碱类的熔点都在1560以下，而灰分中的主要氧化物，如Si02. Al203、Ca0和Mg0的熔点均在2 000以上，通常不易熔化。但灰分的熔点比灰分中某些纯氧化物要低得多，因为灰分在整个熔化温度区内，其各组分间可反应生成具有更低熔点的共晶体，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
根据从变形温度到熔化温度之问的温差，可以预计在水冷壁管上形成的结焦层的沉积特性。若这一温差很小，水冷壁上的焦层会比较薄，流动性和粘着力较强，这种焦很难用吹灰器除掉。如果从变形温度到熔化温度之问的温差增大，所形成的焦要到积得较厚时其表面才能变成会流动的液体。这种焦与管子表面的粘着力较小，因此较容易被吹灰器吹掉。
2.2 炉膛温度水平
炉膛温度高是造成结焦的又一个重要条件。因为只有当温度高于灰熔点时才会产生熔融的渣。然而，大容量锅炉的炉膛温度都很高，都在1500左右，通常都高于易结焦煤的灰熔点较多，用降低炉膛温度的措施来防止结焦的效果不是很大。并且过低的炉膛温度将影响煤的燃尽，从而降低锅炉运行的经济性。因此，只能适当降低。
2.3气流冲刷受热面
气流携带熔渣冲刷到受热面上，这是结渣的第三个必要条件。这与锅炉结构、喷燃器方位、运行调整等都有关系。
喷燃器的位置与角度对炉内烟气温度分布影响较大。通常，希望炉膛中心烟气温度要高，靠近四周水冷壁的烟气温度应较低，最好低于燃煤灰分的软化温度。从空气动力场来看，应使带熔渣的气流不要冲刷水冷壁，否则易造成结焦。因此，采用良好的燃烧器喷嘴及其合理的布置方位来实现上述目的。
锅炉的运行工况如何，对结焦影响很大。如超负荷运行，过多地提高燃烧强度，使低熔点的FeO-Si02-CaO-Al203系的共熔体熔化区域增大，结焦的范围扩大。
2.4炉内烟气性质
炉内燃烧器区域水冷壁处烟气是属于氧化性还是还原性气氛对锅炉结焦有很大影响。灰分的熔化温度在半还原性炉气中比在氧化性炉气中要低得多，结焦可能性大大增加。
3、防止炉内结焦的措施
防止结焦最基本的原则是消除产生结焦的基本条件。根据铁岭发电厂锅炉炉膛热力参数和燃烧器布置方式和铁法煤的情况，只要采取必要的措施就可避免结焦问题的发生。
3.1 燃烧器的改造
针对铁岭电厂的情况对原燃烧器进行改造，采用水平浓淡燃烧器及周界风不等宽布置，同时采用一、二次风不等切圆的布置方式能有效地解决结焦问题。
水平浓淡燃烧器的工作原理是：布置于煤粉喷嘴体内叶片或布置在一次风管内的折流板将煤粉气流分为浓淡两股，浓相位于向火侧，淡相位于背火侧。一次风中的煤粉60%～80%位于浓侧，20%～40%位于淡侧。因此，淡侧气流的氧化性气氛比普通燃烧器强得多，且气流温度相对较低，故不易结焦。另外，水平浓淡燃烧器浓相煤粉在向火侧，煤粉浓度提高，煤粉气流着火所需的热量减少，着火温度降低，因此，它比常规的燃烧器有更好的着火及稳燃效果。
本燃烧器的一次风喷口的周界风还采用了不等宽度布置方式，较多的风布置在背火侧，可以确保燃烧器附近水冷壁处于氧化性气氛中。见图2。
另外，本燃烧器还采用了一、二次风不等切圆的布置方式。这就是将一次风喷口射流向二次风喷口射流相反方向偏转一定角度，将煤粉气流向炉膛中部转移。这样不仅可以降低水冷壁墙面煤粉浓度和氧量消耗，形成水冷壁附近的氧化性气氛；还可以适当降低近墙面的热负荷，这都有利于防止局部结焦。
由此可知，采用水平浓淡燃烧器和一、二次风不等切圆是解决易结焦燃煤的理想办法。其作用是在炉内形成“风包粉”的总体流动工况，从而减轻燃烧器区域水冷壁结焦。
3.2调整好锅炉燃烧强度
根据所用煤种的灰分熔点及对整个燃烧室四壁附近的烟气温度测量情况，调整锅炉燃烧强度，使燃烧室四壁温度小于或等于所用煤灰分的软化温度。
3.3 适当增大送风量
适当增大燃烧送风量，避免产生还原性或半还原性炉气。氧化性的炉气对减少Fe0产生低熔点渣是十分重要的，但风量过大会增加热损失，甚至影响煤粉燃烧的稳定性。因此必须在允许条件下增加送风量，一般取过量空气系数为1.2，但如燃煤灰分因含铁量高而结焦严重时，则过剩空气系数可取1.22～1.25。
3.4适当增加一次风刚性
一次风气流尽管含粉，但与二次风相比速度较低，对于燃用高挥发分的烟煤，可选取较高的一次风速，以增加火焰刚性，减小气流偏斜倾向，避免结焦。
根据其他电厂的情况，铁岭发电厂锅炉的一次风速相对而言是偏低的，完全可以提高一些。
3.5调整燃烧工况、保持四角风粉均匀，防止气流冲刷锅炉水冷壁而结焦。
4、关于降低NOx排放问题
多年来的理论和试验研究表明，煤燃烧过程中，所产生的氮氧化物NOx有两种：燃料型NOx和温度型NOx。研究表明：当过量空气系数小于0.7时，就基本上没有燃料型NO。产生。因此提高煤粉浓度，降低氧气浓度，可以有效控制NO。生成。温度型NO。是在高温下由燃烧所需空气中的氮气氧化生成的，温度低时几乎不生成温度型NOx。控制温度型NO。生成的主要措施是：降低燃烧温度水平；降低氧浓度；缩短烟气在高温区停留时间。
采用一、二次风不等切圆和水平浓淡燃烧器完全符合控制NOx生成原理。煤粉喷口向火侧煤粉浓度比背火侧高3倍左右，向火侧虽然温度很高，但相对氧量很低，NOx生成得到有效控制；同时，在背火侧虽然相对氧量很高，但燃烧温度却较低，同样也可以抑制NOx的生成。另外，一、二次风不等切圆的布置方式，相当于推迟了主二次风与燃烧气流的混合，也有利于减少NOx生成。
5、改造效果及结论
根据上述分析，近两年来，铁岭发电厂结合锅炉大修对2#、3#锅炉燃烧器采取了上述的改造措施，改造后的实际运行及相关的测试表明，采取上述改造措施后，在燃用铁法烟煤正常运行情况下，燃烧器区水冷壁基本清洁，大块结焦情况完全消除，由于大块焦脱落而堵塞冷灰斗进而需要人工打焦的问题得到了彻底解决；改造后在满负荷运行工况下，NOx排放量最低可达424.1mg/Nm3（折算到a=1.4），远低于现行国家环保标准650 mg/Nm3。
结论：
为解决铁岭发电厂锅炉炉内结焦问题，同时考虑尽可能降低NOx排放而进行的锅炉一、二次风不等切圆布置加水平浓淡燃烧器的改造工作是成功的，取得了明显经济效益和社会效益。
