一种基于炉内分区控制的燃用高碱煤结渣沾污防控方法与流程

本发明属于电站煤粉锅炉结渣沾污防控技术领域，尤其涉及一种基于炉内分区控制的燃用高碱煤结渣沾污防控方法。

背景技术：

新疆地区煤炭资源预测储量2.19万亿吨，约占全国的40％，其中，准东、哈密地区以高碱煤为主，占新疆地区储量的45％，是“疆电外送”的国家级能源基地。高碱煤具有着火温度低、燃尽率高，燃烧经济性高，且污染物排放低，是优良的动力用煤，符合我国节能减排的目标。但是，与国内其它严重结渣煤种相比，高碱煤具有灰中na2o和cao含量高、sio2和al2o3含量低、灰熔点温度较高等特点。实际燃用情况表明，高碱煤带来严重的沾污、结渣问题，影响机组连续安全稳定运行，现有技术难以解决上述问题。

新疆苇湖梁、玛纳斯、红雁池一二厂、乌石化自备电厂、天业集团电厂、信发铝业电厂、乌鲁木齐热电、甘肃酒钢电厂等燃用高碱煤，均出现了影响机组运行的结渣和沾污现象，其中部分电厂锅炉受热面还出现高温腐蚀。而防结渣性能较好的神华米东电厂300mw循环流化床锅炉在温度较低的对流受热面也出现严重沾污积灰问题，表明高碱煤对机组设备安全运行有重大危害。燃用高碱煤的现役锅炉，从炉膛至空预器区域的所有受热面均发生了不同程度的结渣、沾污。

高碱煤具有高碱/碱土金属含量的特点，作为动力用煤在燃烧过程中存在着至今国内外尚难以解决的严重结渣和沾污问题，直接威胁锅炉设备安全，甚至危及人身安全，属于世界级难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种基于炉内分区控制的燃用高碱煤结渣沾污防控方法，该方法以温度和时间为核心的防结渣协同抑制受热面沾污的控制理论，可为新建全燃高碱煤机组锅炉的设计以及安全运行提供技术支撑。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于炉内分区控制的燃用高碱煤结渣沾污防控方法，包括以下步骤：

1)将锅炉炉内按温度分为结渣区、严重沾污区、强沾污区以及一般沾污区；

2)通过降低炉膛截面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷参数，将结渣区控制在从燃烧器至燃尽风高度的区域，减少结渣区范围，缩小碱金属释放的温度窗口；

3)通过降低炉膛容积热负荷参数，将严重沾污区控制在从燃尽风至炉膛出口的区域，在严重沾污区进行碱金属化合物的大量沉积；

4)通过合理的受热面布置，将强沾污区控制在水平烟道区域，减少水平烟道受热面沾污概率；

5)通过合理的受热面布置，将一般沾污区控制在尾部烟道区域。

本发明进一步的改进在于，结渣区温度大于1250℃，严重沾污区温度大于950℃小于等于1250℃，强沾污区温度大于750℃小于等于950℃，一般沾污区温度小于等于750℃。

本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法如下：

增大锅炉炉膛截面积、增大燃烧器间距，以降低炉膛截面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷参数，从而实现降低炉膛平均温度水平和最高火焰温度水平，缩小碱金属释放温度窗口，减少煤灰在碱金属释放区的停留时间、抑制碱金属释放速度；在结渣区实现水力吹灰器全覆盖，利用水力吹灰器清除燃烧器、水冷壁区域的结渣。

本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法如下：

增加炉膛高度和容积，以降低炉膛容积热负荷参数，从而降低炉膛出口烟气温度水平，将严重沾污区控制在炉膛内，避免扩展至水平烟道区域；在严重沾污区实现水力吹灰器全覆盖，利用水力吹灰器清除水冷壁、高温受热面区域的沾污。

本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法如下，

通过降低烟气温度和管壁温度，控制水平烟道强沾污区的碱/碱土金属富集；在水平烟道区域增加蒸汽吹灰器数量和吹灰频次降低沾污烧结时间，降低积灰成块强度。

本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法如下，

通过1)～4)步骤，降低尾部烟道中的烟气温度，通过增加管排间距、增加蒸汽吹灰器数量和吹灰频次降低沾污烧结时间，降低烧结比例。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提出的防控方法为：锅炉按照结渣区、严重沾污区、强沾污区、一般沾污区进行温度和时间控制，实现na最大化的在炉膛内捕捉，少量的na通过主动清除，达到控制结渣、沾污的目的。本发明提出的高碱煤结渣沾污防控关键参数如图1所示，首次提出了温度和时间是影响碱金属挥发速率、烟气中浓度和烧结强度的关键，突破了常规以单一温度控制结渣沾污的理论界限，奠定了本发明防控方法的基础。

附图说明

图1为高碱煤结渣沾污防控关键因素，其中图1(a)中煤中na释放率随温度升高明显增加，图1(b)中时间越长、温度越高，煤灰的烧结越强；

图2为炉内分区控制原理图；

图3为基于炉内分区控制的燃用高碱煤结渣沾污防控原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

煤粉燃烧过程中na、naoh、nacl、na2o等从煤中释放并凝结在管壁上，在900～1200℃下与沉积在管壁上的灰中主要元素硅、铝化合物发生反应形成硅铝酸钠(钠长石)等，并在1300℃下全部熔融。钠长石本身熔点较低(1100℃)，还可溶解石英、莫来石等高熔点物质，将在炉膛形成大面积熔融结渣区，从而形成结渣。煤粉燃烧过程中，受热面上凝结的na2o与烟气中so3反应生成na2so4，由于na2so4熔点低(884℃)，极易粘接烟气中细灰形成沾污层，而沾污层中的碱土金属(cao/mgo/fe2o3)与烟气中so3进一步形成致密的硫酸盐，从而形成沾污。

结合锅炉实际燃用高碱/碱土金属煤效果，本发明提出的炉内分区控制原理如图2所示，按温度将结渣沾污分为：

(1)结渣区(大于1250℃)；

(2)严重沾污区(950～1250℃)；

(3)强沾污区(750～950℃)；

(4)一般沾污区(小于750℃)。

本发明提出的防控方法原理图如图3所示，温度和时间是高碱/碱土金属煤沾污和结渣问题的主要控制因素，降低壁面温度、烟气温度以及高碱/碱土金属煤灰烧结时间是减缓结渣、沾污问题的最主要措施；通过将炉内按温度分为结渣区(大于1250℃)、严重沾污区(950～1250℃)、强沾污区(750～950℃)、一般沾污区(小于750℃)，通过合理的受热面布置和锅炉温度区域控制，形成炉内局部碱金属富集区，以便于分区采取应对措施；高碱煤结渣沾污防控的策略是抑制碱金属释放、控制煤灰低温共熔和烧结灰形成和组织及时有效的结渣、沾污清除。基于温度和时间双维度控制参数和炉内分区控制的控制措施，本发明提出的主动捕集和主动清除结渣沾污措施包括：通过降低炉膛平均温度水平，缩小碱金属释放温度窗口，减少煤灰在碱金属释放区的停留时间；通过降低最高火焰温度水平，抑制碱金属释放速度。通过降低最高火焰温度，实现降低水冷壁沉积灰渣受热强度；通过增加火球与水冷壁的距离，实现降低水冷壁沉积灰渣受热强度；通过控制一次风气流贴壁的几率，实现降低水冷壁灰渣附积量，以及贴壁气氛。通过降低烟气温度和管壁温度，控制碱/碱土金属富集；通过降低积灰烧结时间，降低积灰成块强度；通过低氧燃烧抑制烟气中so3生成，减少硫酸钠的生成，降低烧结比例。

1、专利保护的范围

(1)本发明提出的防控方法为：锅炉按照结渣区、严重沾污区、强沾污区、一般沾污区进行温度和时间控制，实现na最大化的在炉膛内捕捉，少量的na通过主动清除，实现结渣沾污的有效防控；

(2)本发明提出了降低炉膛温度和停留时间的双维度防控高碱煤结渣沾污策略；

本发明提出了以温度分区控制结渣沾污的分区控制技术，按温度将结渣沾污分为结渣区(大于1250℃)、严重沾污区(950～1250℃)、强沾污区(750～950℃)、一般沾污区(小于750℃)，通过合理的受热面布置和锅炉温度区域控制，形成炉内局部碱金属富集区，以便于分区采取应对措施。