1、设备概况
国华呼伦贝尔发电有限公司2x600 MW超临界机组的锅炉型号为HG-1913/25.4-HM15，单炉膛、一次中间再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Ⅱ型燃煤锅炉。炉膛宽20 402.3 mm，深20 027.3 mm，高80 160mm。炉膛四周为膜式水冷壁，由螺旋盘绕上升水冷壁和垂直上升水冷壁组成。磨煤机采用长春发电设备总厂生产的MPS212HP-II型中速磨煤机。主燃烧器选用低NO，的水平浓淡燃烧器，采用墙式切圆（大直径单切圆）燃烧方式，二次风偏离一次风5°进入炉膛，形成了空气在外、煤粉在内的“风包粉”结构。4组燃烧器分别布置在炉膛靠近四角的炉墙上，分上、中、下3层，并拉开一定的距离，以降低燃烧器区域热负荷，有效减少炉膛结焦。四层燃尽风(SOFA)为水平摆动形式，布置在燃烧器的最上部，气流与燃烧器煤粉流形成反向切圆。烟风系统设计2台动叶可调轴流送风机和2台入口静叶可调轴流引风机，以平衡通风。空气预热器为三分仓容克式。锅炉排渣采用风冷干式除渣机，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机、秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
锅炉设计煤种为宝日希勒矿褐煤。在设计煤种、BMCR工况下锅炉热力计算性能参数见表2。
2、存在的问题
目前，国内采用墙式切圆燃烧方式的锅炉较多，但是多数燃用烟煤，国华呼伦贝尔发电有限公司2x600MW超临界机组锅炉是为数不多的燃用褐煤的锅炉。自机组投产以来，2台锅炉结焦严重，焦量多，最大焦块直径达1500 mm以上，大块焦渣经常将干除渣系统压死，甚至造成机组被迫降低出力运行，影响机组的安全稳定运行。
在锅炉停运时，检查2台锅炉受热面结焦情况，发现分割屏和炉膛出口末级过热器处无结渣现象，而在标高30—60m区域内一段水冷壁部位有明显的挂焦痕迹，初步确定锅炉是因为熔融状的煤灰冲刷侧墙水冷壁而发生了结焦。
3、结焦原因分析
3.1燃煤特性
锅炉结焦的根本原因是当炉内空气动力场组织得不好或因设计上存在缺陷，火焰直接冲刷水冷壁时，如果熔融状的小渣滴在撞击受热面之前得不到充分冷却，就不断黏附在受热面上形成结渣”1。宝日希勒矿褐煤属于高水分、高挥发分、低发热量、低灰熔点(1160℃)、结渣性强的煤种，而且该褐煤的Fez03和S的质量分数偏高(分别为12.27%和0.15%)，容易在水冷壁上凝固形成原生层，这是引起该电厂锅炉结焦的主要原因。
3.2锅炉设计特性
墙式切圆燃烧方式下，炉内火焰喷射方向与炉墙垂直，燃烧器出口射流两侧具有较大的空间，有利于高温烟气回流，减小水冷壁附近烟气流扰动的影响，从而避免了因燃烧器喷口区域狭窄而引起燃烧器及附近炉角侧墙处发生结焦。
但数值模拟结果表明：墙式切圆锅炉在炉膛内、沿着炉膛高度方向任意切面存在一个温度较高的“高温火环”（类似于水桶状），而不是四角切圆的“高温火球”，即在炉膛切面存在一个煤粉浓度较高的“煤粉环”。这主要是由于墙式切圆直径较大，大直径高温火环在炉膛四墙局部存在风粉气流冲刷侧墙水冷壁的现象；另外由于一次风动量高，二次风不易渗透到该“煤粉环”内部，进一步造成了“煤粉环”内部缺氧，从而引起锅炉水冷壁挂焦。根据锅炉燃烧调整试验时的温度分布计算模型和烟花示踪照片可以证实这一点。
3.3燃烧调整问题
配风方式不合理：在总风量一定的情况下，附加风开度过大，主燃烧器二次风开度过小，造成主燃烧区域因缺氧燃烧产生还原氛围，使褐煤的灰熔点大大下降，从而使煤灰的结渣性大大增加。
3.4煤粉细度问题
煤粉过细使火焰短、燃尽速度快，不能形成分
段燃烧，造成炉膛热负荷过于集中。
4、防结焦措施
为解决锅炉结焦问题，进行了一系列专项燃烧调整试验，根据试验，制定出如下防结焦措施。
4.1来煤煤质尽量接近设计煤种
从锅炉运行的实际情况看，当锅炉来煤发热量低于设计煤种发热量420 kJ以下时，锅炉不会发生结焦；当来煤发热量比设计煤种低420 kJ以上且灰熔点也比设计煤种低时，锅炉开始产生结焦，并随着偏差的增大结焦会越来越严重。因此，锅炉来煤煤质是保证锅炉不结焦的前提，应选用尽量接近设计煤质的燃煤。
4.2选择适当的周界风速
由于墙式切圆燃烧器具有风粉喷射距离小(由常规的四角切圆28 m降至20 m)、易变形的特点，所以选择合适的煤粉燃烧器周界风速，对优化炉内燃烧至关重要。
通过实际运行情况表明，燃烧器最佳周界风门开度为20%~40%（即风速保持在48 m/s左右）。合适的周界风量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性气氛，可有效防止结焦和高温腐蚀。
4.3降低炉膛与大风箱差压
通过采用降低炉膛与大风箱差压(在BMCR工况下可由设计的l kPa降至500 Pa)，以及在保证制粉系统不发生堵煤的前提下适当降低一次风率（在BMCR工况下，可将一次风率由40%降至35%）等手段降低喷燃器出口风粉动量，即通过降低墙式切圆上游喷燃器风粉动量避免下游喷燃器风粉气流变形扫墙，从而减少贴壁燃烧现象的发生。
通过调整周界风速和降低炉膛与大风箱差压，锅炉风粉扫墙现象明显减少。
4.4适当提高主燃烧区氧气体积分数
提高主燃烧区氧气体积分数，避免因缺氧燃烧产生还原性气氛，是防止燃用褐煤锅炉结焦的有效措施。对于已投运的燃烧器，其辅助风应维持相对大的开度，以保持主燃烧区所需的足够空气。
根据实际经验，在满负荷时保持省煤器出口氧体积分数不低于4%，对防止结焦的效果较明显。
4.5定期检测煤粉细度
保持合适的煤粉细度对防止褐煤锅炉结焦具有重要意义，当煤粉细度在设计值的t5%范围内变化时，对锅炉燃烧影响不大；如超出此范围，燃烧状况将恶化，会加剧结焦。因此，应定期对煤粉细度进行检测，将其控制在规定范围内。
4.6适当开启燃尽风挡板，实现两段燃烧
在保证主燃烧区不出现还原性气氛的前提下，适当开启燃尽风挡板，以拉长炉膛火焰，实现分级供风，降低炉膛燃烧区域热负荷，从而降低该区域的煤灰及烟气温度；但在炉膛总风量一定的情况下，如果燃尽风的开度过大，又会造成燃尽风与主燃烧区抢风现象，使主燃烧区因缺氧燃烧而发生结焦。
根据实际经验，当负荷大于满负荷的60%时，开启下层燃尽风挡板；当负荷大于满负荷的80%时，开启上层燃尽风挡板，这种运行方式可起到良好的防结焦效果。
4.7对锅炉喷燃器喷射角度进行改造
利用机组大修机会，对锅炉喷燃器喷射角度进行相应的改造，缩小切圆直径，减少风粉扫墙现象的发生。
5、结束语
通过采取以上一系列调整措施，国华呼伦贝尔发电有限公司2x600 MW机组墙式切圆锅炉炉焦量显著下降，焦块直径最大不超过100 mm，达到了控制结焦的目的。目前，锅炉干除渣系统能够保持连续长周期的安全稳定运行，在多次停炉检查中，受热面干净无挂焦，锅炉结焦问题得到明显遏制。
国华呼伦贝尔发电有限公司2x600 MW超临界机组的锅炉型号为HG-1913/25.4-HM15，单炉膛、一次中间再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Ⅱ型燃煤锅炉。炉膛宽20 402.3 mm，深20 027.3 mm，高80 160mm。炉膛四周为膜式水冷壁，由螺旋盘绕上升水冷壁和垂直上升水冷壁组成。磨煤机采用长春发电设备总厂生产的MPS212HP-II型中速磨煤机。主燃烧器选用低NO，的水平浓淡燃烧器，采用墙式切圆（大直径单切圆）燃烧方式，二次风偏离一次风5°进入炉膛，形成了空气在外、煤粉在内的“风包粉”结构。4组燃烧器分别布置在炉膛靠近四角的炉墙上，分上、中、下3层，并拉开一定的距离，以降低燃烧器区域热负荷，有效减少炉膛结焦。四层燃尽风(SOFA)为水平摆动形式，布置在燃烧器的最上部，气流与燃烧器煤粉流形成反向切圆。烟风系统设计2台动叶可调轴流送风机和2台入口静叶可调轴流引风机，以平衡通风。空气预热器为三分仓容克式。锅炉排渣采用风冷干式除渣机，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机、秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
锅炉设计煤种为宝日希勒矿褐煤。在设计煤种、BMCR工况下锅炉热力计算性能参数见表2。
2、存在的问题
目前，国内采用墙式切圆燃烧方式的锅炉较多，但是多数燃用烟煤，国华呼伦贝尔发电有限公司2x600MW超临界机组锅炉是为数不多的燃用褐煤的锅炉。自机组投产以来，2台锅炉结焦严重，焦量多，最大焦块直径达1500 mm以上，大块焦渣经常将干除渣系统压死，甚至造成机组被迫降低出力运行，影响机组的安全稳定运行。
在锅炉停运时，检查2台锅炉受热面结焦情况，发现分割屏和炉膛出口末级过热器处无结渣现象，而在标高30—60m区域内一段水冷壁部位有明显的挂焦痕迹，初步确定锅炉是因为熔融状的煤灰冲刷侧墙水冷壁而发生了结焦。
3、结焦原因分析
3.1燃煤特性
锅炉结焦的根本原因是当炉内空气动力场组织得不好或因设计上存在缺陷，火焰直接冲刷水冷壁时，如果熔融状的小渣滴在撞击受热面之前得不到充分冷却，就不断黏附在受热面上形成结渣”1。宝日希勒矿褐煤属于高水分、高挥发分、低发热量、低灰熔点(1160℃)、结渣性强的煤种，而且该褐煤的Fez03和S的质量分数偏高(分别为12.27%和0.15%)，容易在水冷壁上凝固形成原生层，这是引起该电厂锅炉结焦的主要原因。
3.2锅炉设计特性
墙式切圆燃烧方式下，炉内火焰喷射方向与炉墙垂直，燃烧器出口射流两侧具有较大的空间，有利于高温烟气回流，减小水冷壁附近烟气流扰动的影响，从而避免了因燃烧器喷口区域狭窄而引起燃烧器及附近炉角侧墙处发生结焦。
但数值模拟结果表明：墙式切圆锅炉在炉膛内、沿着炉膛高度方向任意切面存在一个温度较高的“高温火环”（类似于水桶状），而不是四角切圆的“高温火球”，即在炉膛切面存在一个煤粉浓度较高的“煤粉环”。这主要是由于墙式切圆直径较大，大直径高温火环在炉膛四墙局部存在风粉气流冲刷侧墙水冷壁的现象；另外由于一次风动量高，二次风不易渗透到该“煤粉环”内部，进一步造成了“煤粉环”内部缺氧，从而引起锅炉水冷壁挂焦。根据锅炉燃烧调整试验时的温度分布计算模型和烟花示踪照片可以证实这一点。
3.3燃烧调整问题
配风方式不合理：在总风量一定的情况下，附加风开度过大，主燃烧器二次风开度过小，造成主燃烧区域因缺氧燃烧产生还原氛围，使褐煤的灰熔点大大下降，从而使煤灰的结渣性大大增加。
3.4煤粉细度问题
煤粉过细使火焰短、燃尽速度快，不能形成分
段燃烧，造成炉膛热负荷过于集中。
4、防结焦措施
为解决锅炉结焦问题，进行了一系列专项燃烧调整试验，根据试验，制定出如下防结焦措施。
4.1来煤煤质尽量接近设计煤种
从锅炉运行的实际情况看，当锅炉来煤发热量低于设计煤种发热量420 kJ以下时，锅炉不会发生结焦；当来煤发热量比设计煤种低420 kJ以上且灰熔点也比设计煤种低时，锅炉开始产生结焦，并随着偏差的增大结焦会越来越严重。因此，锅炉来煤煤质是保证锅炉不结焦的前提，应选用尽量接近设计煤质的燃煤。
4.2选择适当的周界风速
由于墙式切圆燃烧器具有风粉喷射距离小(由常规的四角切圆28 m降至20 m)、易变形的特点，所以选择合适的煤粉燃烧器周界风速，对优化炉内燃烧至关重要。
通过实际运行情况表明，燃烧器最佳周界风门开度为20%~40%（即风速保持在48 m/s左右）。合适的周界风量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性气氛，可有效防止结焦和高温腐蚀。
4.3降低炉膛与大风箱差压
通过采用降低炉膛与大风箱差压(在BMCR工况下可由设计的l kPa降至500 Pa)，以及在保证制粉系统不发生堵煤的前提下适当降低一次风率（在BMCR工况下，可将一次风率由40%降至35%）等手段降低喷燃器出口风粉动量，即通过降低墙式切圆上游喷燃器风粉动量避免下游喷燃器风粉气流变形扫墙，从而减少贴壁燃烧现象的发生。
通过调整周界风速和降低炉膛与大风箱差压，锅炉风粉扫墙现象明显减少。
4.4适当提高主燃烧区氧气体积分数
提高主燃烧区氧气体积分数，避免因缺氧燃烧产生还原性气氛，是防止燃用褐煤锅炉结焦的有效措施。对于已投运的燃烧器，其辅助风应维持相对大的开度，以保持主燃烧区所需的足够空气。
根据实际经验，在满负荷时保持省煤器出口氧体积分数不低于4%，对防止结焦的效果较明显。
4.5定期检测煤粉细度
保持合适的煤粉细度对防止褐煤锅炉结焦具有重要意义，当煤粉细度在设计值的t5%范围内变化时，对锅炉燃烧影响不大；如超出此范围，燃烧状况将恶化，会加剧结焦。因此，应定期对煤粉细度进行检测，将其控制在规定范围内。
4.6适当开启燃尽风挡板，实现两段燃烧
在保证主燃烧区不出现还原性气氛的前提下，适当开启燃尽风挡板，以拉长炉膛火焰，实现分级供风，降低炉膛燃烧区域热负荷，从而降低该区域的煤灰及烟气温度；但在炉膛总风量一定的情况下，如果燃尽风的开度过大，又会造成燃尽风与主燃烧区抢风现象，使主燃烧区因缺氧燃烧而发生结焦。
根据实际经验，当负荷大于满负荷的60%时，开启下层燃尽风挡板；当负荷大于满负荷的80%时，开启上层燃尽风挡板，这种运行方式可起到良好的防结焦效果。
4.7对锅炉喷燃器喷射角度进行改造
利用机组大修机会，对锅炉喷燃器喷射角度进行相应的改造，缩小切圆直径，减少风粉扫墙现象的发生。
5、结束语
通过采取以上一系列调整措施，国华呼伦贝尔发电有限公司2x600 MW机组墙式切圆锅炉炉焦量显著下降，焦块直径最大不超过100 mm，达到了控制结焦的目的。目前，锅炉干除渣系统能够保持连续长周期的安全稳定运行，在多次停炉检查中，受热面干净无挂焦，锅炉结焦问题得到明显遏制。
