1、煤質特性
    隨著國內煤炭市場供應的日益緊張，越來越多的火電廠難以燃用設計煤種。某電廠在摻燒低熱值、高灰分的無煙煤（或者高硫煤）時，出現了嚴重的燃煤結焦及燃燒不穩等現象。
    該電廠2006年投產2臺300 MW汽輪發電機組，三大主機均為哈爾濱鍋爐廠生產，鍋爐為HG -1021/18.2 - PM27型、亞臨界參數、單爐膛結構、一次中間再熱、自然循環汽包爐，呈n形半露天布置。鍋爐采用四角布置雙通道+寬調節比(WR)+燃盡風反切( OFA)直流式燃燒器、切向燃燒方式、固態排渣。制粉系統采取中間儲倉式熱風送粉系統配鋼球磨煤機。設計煤質特性見表1。
    由于適爐煤源緊張且煤價過高，為降低燃煤成本并確保機組穩定生產，2009年以來，該電廠主要燃用貴州煤和湖南本地煤。貴州煤煤質基本參數為：低位發熱量為18 500～20 500 U/kg，干燥無灰基揮發分為9%～13%。全硫分為3%N6%。所配湖南本地煤基本參數為：低位發熱量為13 500 ~17 000kj/kg，干燥無灰基揮發分為17%～30%，全硫分為0.8%~2.0%。貴州煤揮發分較低，接近于無煙煤，著火特性和燃盡特性均較差。本地煤揮發分較好，但熱值偏低，不利于機組帶負荷需要。
    為提高燃燒經濟性，配煤方式采用“分磨制粉、倉內摻混、爐內混燒”，即在4套制粉系統中，A，C磨煤機上貴州煤，B，D磨煤機上高揮發分低熱值低硫分混合煤，在實際運行中，確保B，D磨煤機中有1臺以上運轉。由于電廠B，C磨煤機細粉分離器下有褲衩管，可同時向2個粉倉輸粉，當B或C磨煤機運行時，可通過褲衩管確保2個粉倉煤質基本均勻。
采用上述摻配方式后，粉倉內的煤粉煤質基本情況為：熱值約18500kj/kg，干燥無灰基揮發分為14%～20%．全硫分為2%～5%。在這種煤質的狀況下，機組帶負荷能力基本正常，鍋爐正常運行中燃燒基本穩定，鍋爐效率基本可維持在90～91%，但是爐膛結焦情況卻日益突出。鍋爐跌大焦塊導致燃燒不穩、燃燒器噴口結焦、粉管燒損等現象均有出現。
     三門峽富通新能源主要銷售生物質鍋爐，這種生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，如下圖所示： 2、結焦現狀
    自2009年年底以來，某電廠大量燃用貴州煤，鍋爐經常出現燃煤結焦的狀況，5層燃燒器，除A層結焦較輕外，其余4層均有較為明顯的焦塊或焦渣，尤其是C，D層燃燒器區域。爐內跌落大焦塊的情況時有發生，撈渣機經常被焦渣卡死或者直接被大焦塊砸偏鏈條。B，C層雙通道燃燒器由于風速較低，燃燒器噴口經常出現焦塊堵塞燒結的情況，嚴重影響爐內燃燒穩定性和粉管運行安全性。爐內跌落大焦塊時，爐膛負壓劇烈波動，運行人員被迫投油助燃。另外，由于燃煤結焦嚴重，火檢信號也跟著受影響減弱。
    為及時發現并處理結焦，該電廠安排有經驗的人員專人負責查看，每天巡視爐內結焦情況，根據需要可直接采取人工從看火孔處打掉焦塊的措施。另外，每次停爐后，需要安排人工入爐搭架子清理火嘴及水冷壁衛燃帶上的焦塊。
3、結焦原因分析
    鍋爐結渣問題在煤粉爐中是比較普遍的，鍋爐結渣的原因較多也較為復雜，涉及鍋爐設計、燃燒器布置方式、設計煤種以及實際運行煤種的特性及其差異、爐內氣流的空氣動力場狀況、運行氧量等方面。
3.1煤質的影響
    煤質對爐膛結焦的影響主要體現在煤灰特性上：一是煤灰的熔融特性，主要是指變形溫度；二是灰渣的黏性。一般灰熔點低的煤容易結渣，與此同時，低灰熔點的灰分通常黏附性也強，因而增加_『結渣的可能性。
    在運行條件變化時，煤灰的結渣特性也可能會變化。如爐膛溫度升高、受熱表面積灰導致壁面溫度升高、爐內局部產生還原性氣氛，都會使煤灰的結渣傾向增加。實際煤質與設計煤質偏差很大是造成爐膛結渣的主要原因之一，灰的熔融特性是判斷燃燒過程中是否發生結渣的一個重要依據。
    電廠的設計煤種全硫分為0. 42%，其灰熔特性的變形溫度、軟化溫度和流動溫度均大于l 500℃；校核煤種全硫分為0. 40%，其灰熔變形溫度為1485℃，軟化和流動溫度大于1 500℃。從理論上講，灰熔點變化范圍與煤灰中氧化鋁和氧化硅的成分比例有關，與硫分沒有直接關系，但是與燃燒的環境中硫分產生的影響有關系，隨著燃煤中硫分的增加，會導致煤灰的灰熔點溫度下降。貴州煤的全硫分為2%～7%，煤炭供應商提供的數據顯示，其灰熔點為1 280℃。湖南省電力科學試驗研究院實測金竹山電廠燃用的云南、貴州煤（全硫分為3.08%）的灰熔點為1250℃。一般把灰熔點1350℃作為鍋爐是否易于結渣的分界線，煤灰軟化溫度越高，鍋爐越不易結渣；反之，結渣嚴重。
    當然，貴州煤燃燒后結焦情況與其所配燒的煤種有直接關系。從電廠實際燃燒情況來看，如果全燃燒貴州高硫煤，有時候爐內結焦反倒不很嚴重，只是掉小焦塊較多，這說明焦在爐內產生了但是并沒有能結成大塊。后來貴州煤摻燒湖南地方煤后，結焦情況反而趨于嚴重且焦塊較大。
3.2爐膛溫度水平
    爐內燃燒器區域的溫度越高，煤灰越容易達到軟化或熔融狀態，結渣的可能性就越大。影響燃燒器區域溫度水平的因素很多，主要有鍋爐斷面熱負荷、燃燒器區域的壁面熱強度、燃料的發熱量、水分含量、衛燃帶布置以及鍋爐負荷的變化等。爐膛燃燒器區域熱負荷或容積熱負荷偏高．在燃燒器區域燃料燃燒釋放出的大量熱量沒有足夠的水冷壁受熱面來吸收，導致燃燒器區域的局部溫度過高，造成燃燒器區域的結渣。另外，水冷壁積灰，會使水冷壁吸熱量減少，爐膛溫度升高，導致結焦。當灰渣撞擊爐壁時，若仍保持軟化或熔化狀態，易黏結附于爐壁上形成結渣，尤其是在有衛燃帶的爐膛內壁，表面溫度很高又很粗糙，更易結渣，而且易成為大片焦渣形成的源頭。表2為電廠4#鍋爐在220 MW負荷下的溫度測量結果。
    從爐膛溫度看，整體上爐膛溫度基本正常，但爐膛溫度分布較為不均勻。C，E層間，爐膛局部溫度明顯偏高。在220 MW負荷下，最高溫度已經達到1418℃，遠遠超過高硫煤的軟化溫度。
   從幾次停爐后進入爐內打焦的情況來看，電廠爐內衛燃帶掛焦嚴重，部分燃燒器附近也有掛焦的現象。雖然電廠采取了減少衛燃帶、調整配風等手段，但由于煤質發生根本性變化，結焦現象并未緩解。
3.3火焰貼墻
    對于采用四角切圓燃燒方式的鍋爐，當煤粉氣流受到氣流剛度較差、鄰角氣流的撞擊等影響而引起火焰貼墻時，極易引起結渣。鍋爐在實際運行中，由于爐內氣流組織不佳，易造成火焰中心偏移。譬如，四角上的燃燒器風粉動量分配不均勻，致使實際切圓變形，高溫火焰偏離爐膛中心等。當然，噴燃器的安裝或檢修不良對結焦也有很大影響，如切圓直徑過大、中心偏斜等，都可能使火焰貼墻造成局部溫度過高而引起結焦。因此，必須保持燃燒中心適中，防止火焰中心偏斜和貼邊，這些問題在空氣動力場試驗及其后的運行調整中要特別注意。
    電廠在大、小修后均做了冷態空氣動力場試驗，其切圓應嚴格按照鍋爐設計說明書進行。但是，隨著機組運行，風門擋板調節變化、配風變化、煤粉細度變化以及一次風／二次風的調節變化，必然會影響火焰中心變化。尤其是煤種變化后，煤粉著火的距離等明顯改變，也會影響實際的燃燒切圓。當某一個燃燒器燒損或者粉管磨損漏粉退出運行后，對爐內火焰中心的影響更大。
3.4過量空氣系數
    當爐內局部過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能產生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化，灰分中的Fe203被還原成Fe0，Fe0與Si02等形成共晶體，其熔點溫度就會降低，有時會使熔點下降150~ 200℃，因而，結渣傾向隨之增加。或者，采用高煤粉濃度燃燒方式時，由于燃燒放熱過于集中，使局部區域溫度升高且處于還原性氣氛，結渣也會傾向嚴重。
    在電廠設計選型的時候，引風機的裕量較小，加上空氣預熱器積灰較為嚴重且脫硫系統的煙氣換熱器GGH( Gas - Gas Heater)有明顯的堵塞，在實際燃燒過程中，機組帶負荷到290 MW時，爐內燃燒就出現明顯的供氧不足，爐內氧量一般在3%以內，甚至出現低于1%的情況。高負荷階段缺氧燃燒，加劇了爐膛結焦的產生和發展。
3.5煤粉細度的影響
    粗煤粉的燃燒時間比較長，當煤粉中粗煤粉的比例增加時，容易引起火焰延長，導致爐膛出口處的受熱面結渣。一般煤粉細度變大，煤粉變粗，煤粉中的粗顆粒很容易從煤粉氣流中分離出來與水冷壁發生沖撞；此外，粗顆粒燃盡需要相當長的時間，常常貼壁造成還原性氣氛而增加結渣的幾率。
    電廠的配煤方式為“分磨制粉、倉內摻混、爐內混燒”，實際上是通過配混煤粉達到配煤的目的。對貴州低揮發分高硫分高熱值煤的煤粉細度一般控制在R90 =10%～13%，對高揮發分低硫分低熱值煤的煤粉細度一般控制在R90=20%左右。相對于貴州煤的干燥無灰基揮發分數據，其煤粉細度還是偏高的，但為了保證高負荷情況下制粉出力以及配比要求，貴州煤的煤粉細度難以進一步提高。
3.6吹灰的影響
    煤質灰分超過設計值導致受熱面積灰增多，為保證鍋爐燃燒穩定，低負荷下不進行爐膛吹灰或者當吹灰器出現異常時，會導致爐內水冷壁表面積灰難以及時清除。水冷壁表面的積灰造成爐內溫度異常升高、積灰在溫度升高下熔融形成結渣。因此．吹灰不正常也是造成結焦加劇的主要原因。
3.7給粉機運行狀態
    給粉機給粉量不均衡會導致煤粉量變化，特別是給粉量變化大時，在配風保持不變的情況下，不僅容易造成鍋爐燃燒擾動熄火，還會造成鍋爐結焦。
    某電廠的給粉機是老式給粉機，變頻器容量偏小且特性較差，給粉機轉速指令微小的調整粉管溫度就會大幅急劇變化。某電廠試驗改進了幾個給粉機，變頻器換型加大容量后，卡澀情況明顯減少，但給粉均勻性仍然不能令人滿意。
3.8制粉系統影響
    由于某電廠受條件的限制，配煤方式通過B，C2套制粉系統的褲衩管交叉倒粉入2個粉倉，達到均勻配煤的目的，該2套制粉系統必須長周期運行，在設備異常情況下，配粉就無法執行。另外，由于交叉倒粉的落粉管在粉倉的位置所限，不可能均勻地將所磨制的不同煤粉混合，造成粉倉煤粉不均勻，對應的給粉機下粉的煤質也不同，所以，實際效果很不理想。
    在進行空氣動力場試驗時，需要考慮到均勻通風和均勻煤粉，這與實際燃燒有較大偏差，可能會導致爐內燃燒不均勻和局部溫度偏高，這些因素都會導致燃煤結焦的發生。
3.9運行人員調整的人為因素
    當設備及煤質一定的時候，人是決定性因素。由于電廠機組采用委托維護運行模式，運行人員不屬于電廠人員的管理機制，在應對高硫煤結焦方面，運行人員不是積極主動地摸索經驗并實施，而是被動地處理結焦和火嘴問題。
4、減緩結焦的技術措施
4.1配煤摻燒保證煤質均勻
    在煤質不能根本改變的情況下，電廠積極響應華電集團公司號召來加強配煤摻燒，在技術改造的實施過程中，從煤場另外加1條配煤皮帶，采取雙皮帶同時取煤上煤。實現了在煤場完成配煤的目的，從源頭上解決了配煤問題。經過采取煤倉落煤混合、磨煤機磨煤混合、交叉混粉等措施后，使得煤粉倉內煤粉均勻，使得四角風粉分配的均勻性變好，減少對燃燒工況的變化。
4.2配風調整控制
    一次風速度過低，則一次風射流的剛性下降，煤粉氣流易過早發散直接沖刷壁面而產生結渣。沖擊對面爐墻從而防止爐膛結渣。一次風速過高，則其動量過大，易沖擊下游一次風粉氣流造成下游煤粉偏斜刷墻，造成燃煤結焦。因此，為避免結焦，特定煤質在不同工況下應當有適當的風速。
    該電廠請湖南省電力科學試驗研究院專家摸索試驗，使一次風速控制在適當的范圍內，具體反映在運行操作上就是將每個一次風門擋板開度固定并做記號，規定60%，80%，100%負荷率下對應的一次風壓和二次風壓，同時，也對相應情況下的二次風配比方式縮腰程度做出規定。運行人員只需要按規定操作就可以保證實際與試驗結果的一致性。對于特殊煤質特別是高揮發分煤的燃燒工況還做出了專門規定，對于周界風、制粉系統出口溫度等予以規定，主要是防止燒火嘴。
4.3氧量控制
    制訂專門措施，增大爐內的過量空氣系數。將爐膛出口氧量由原來高負荷下的3.0%盡可能提高到不低于3.5%（這可能與機組帶高負荷有一定沖突）。加大運行中過量空氣系數，增加配風的均勻性，防止局部熱負荷過高和產生局部還原性氣氛。
4.4設備改造
    (1)通過對給粉機的變頻換型改造，調整四角上的燃燒器風粉動量分配達到均勻狀態，保持高溫火焰中心位于爐膛斷面的幾何中心處。
    (2)改造B，C制粉系統交叉倒粉的褲衩管開度調節裝置，由氣動可中停式改為帶反饋的電動門。
    (3)對于運行小時數多的B，C磨煤機來說，要及時更換襯板和檢修鋼球，以確保其出力和細度。
    (4)對現場與分散控制系統(DCS)開度不一致的風門擋板予以校核、重新標定、檢修甚至換型，以確保動作靈活。
4.5  嚴格規范運行操作
    (1)嚴格進行吹灰操作，使水冷壁和過熱器、再熱器表面保持基本干凈。
    (2)嚴格規定配風方式的執行考核力度，保證試驗結果得到落實。
    (3)每次停爐后，必須檢查爐內結焦情況并督促檢修處理。每次停爐后風煙系統頂微正壓，查找密閉不嚴的地方并予以消除。
    (4)堅持“逢停必檢”，消除吹灰器、燃燒器、撈渣機等缺陷，盡可能清理空氣預熱器等。
4.6加強考核與溝通
    由于該電廠2臺機組的運行維護是委托方式，運行人員在生產中只接受受托單位的生產指令。為了使電廠的生產意圖得到很好的落實，合同規范、考核與溝通協調顯得尤為重要。
5、結論
    (1)煤質對于爐膛結焦具有決定性影響。在煤質變化多樣情況下，保證人爐煤質的穩定均勻是重要措施。從電廠的配煤摻燒實際情況來看，煤質均勻后，鍋爐跌落大焦塊和撈渣機卡跳的現象有了明顯的好轉。
    (2)運行中配風、氧量等對于鍋爐結焦有重要的影響。通過試驗確定合適的一次風速，調整二次風配風方式，可有效改善爐膛溫度場均勻性，有利于減緩結焦。
    (3)給粉機下粉狀況對于爐內燃燒負荷分布有重大影響，為提高燃燒穩定性和均勻性，必要的設備改造必須堅決執行。