除渣系统燃用神华煤出现的问题及对策探讨

深圳能源集团妈湾发电总厂总装机容量6×300MW, 机组除渣系统正常情况下用干除渣方式, 在每台锅炉炉膛排渣口下装一台水浸式刮板捞渣机, 锅炉炉底渣经水冷却后由刮板捞渣机连续捞出排至碎渣机内, 经碎渣机破碎后的渣落入渣沟, 由水冲至渣浆泵前池, 通过渣浆泵将炉渣输送至脱水仓, 用脱水仓将炉渣脱水后装车外运, 渣水溢流至高效浓缩机, 澄清后流入回水泵前池, 由回水泵打回至炉底捞渣机重复利用。刮板捞渣机是德国进口, 碎渣机、渣浆泵、脱水仓、高效浓缩机为国内制造。

妈湾发电总厂从1999年开始试烧神华煤, 进入2003年以来, 电厂开始大量燃用神华煤种, 由于神华煤其本身特性, 给除渣系统运行带来了一系列问题, 导致除渣系统运行不正常, 这几年来, 运行及检修人员对神华煤的特性进行了详细的分析, 针对神华煤的特点, 制定并落实了一系列改进措施, 取得了良好的效果, 除渣系统现已能够正常运行。

1煤质特性分析如表1所示

神华煤的煤灰中Al2O3+SiO2含量普遍较低, 碱金属氧化物CaO含量高, 所以, 它的灰熔点温度较低, 煤灰在真溶液状态下黏度较小。因此, 炉膛内的高温熔融状态的炉焦流动状态好, 不容易脱落, 只有在锅炉负荷变动和炉膛吹灰是集中脱落, 落入冷渣斗的炉焦厚度小, 为片状, 落入冷却水中后, 接触表面积大, 冷却速度快, 水爆剧烈, 离析出的细小渣粒较多。计算神华煤的酸碱比, 发现神华煤煤灰的J值基本在0.8～1.8范围内, 是一种强碱灰, 形成的渣多为低熔点的结晶渣。

神华煤普遍具有高钙的共同特性, 给除渣系统带来了一系列的问题。由此可见, 煤灰中钙元素含量高是除渣系统运行中出现异常的根源。

2脱水仓板结堵渣

2.1情况介绍

从1999年开始, 偶尔燃用神华煤时, 脱水仓会出现严重板结, 一仓渣只能卸出1/5左右, 而且灰渣中含有大量渣水, 从距脱水仓锥体与筒体接合线以下2m左右开始仓壁粘灰、结拱, 直至顶部形成竖井, 大小渣粒分配不均, 出现离析现象, 采用机械振打不起作用, 用高压水冲洗效果不明显, 只有采用人工清理的不安全手段;积渣质地坚硬, 仓顶表层渣呈浅褐色, 里层积渣呈灰色;运行时观察, 脱水仓溢流水量大, 并夹带有浅褐色絮状物质, 在溢流截面内不均匀浮出水面;从脱水仓溢流水中的悬浮物及脱水仓积渣看, 粒径较小的渣粒所占份额较大, 粗渣较少。

2.2原因分析

造成脱水仓板结堵渣的主要原因有二个:一是脱水仓粒度组分较小, 二是脱水仓积渣中游离钙含量高。但是脱水仓板结的根本原因是:神华煤的无机组分中钙元素含量高, 这一点可以从以下分析中得到认识。

脱水仓积渣粒度组分较小, 细小的渣粒堵塞脱水仓析水通道, 使积渣中的水分难以析出, 同时由于分子间的表面应力增加和水分粘结作用, 导致积渣流动性能下降, 脱水仓下渣困难。细小渣粒的来源有:#3、#4锅炉省煤器、空预器灰斗中的灰进入除渣系统;炉焦落入冷渣斗后水爆形成;渣块在输送过程中机械撞击、破碎形成。神华煤炉焦水爆剧烈, 能离析出大量的细小渣粒, 其根源在于氧化钙含量高。

煤中的碳酸钙经高温燃烧后, 一部分会形成游离氧化钙∫CaO。灰渣中的氧化钙的含量小于20%时, 游离氧化钙大约要占灰中氧化钙的15%～20%, 而灰渣中氧化钙含量在25%～30%时, 游离氧化钙大约要占灰中氧化钙的30%～32%, 因此神华煤煤灰中含有大量游离的氧化钙, 它与渣水中的重碳酸钙Ca (HCO3) 2发生化学反应, 其化学反应式如下, 炉渣中的游离氧化钙与渣水中的重碳酸钙发生化学反应, 将渣打粒粘和到一起:

从化学反应式 (1) (2) 中可以看出, 渣水中的一个重碳酸钙分子可以生成两个碳酸钙, 因此只要减少渣水中的重碳酸钙的含量, 就可以有效地减弱这个化学反应。

使用生物显微镜观察块状炉焦、人为粉碎的炉焦和脱水仓的积渣, 比较发现:在块状炉焦的微小的间隙中有许多白色晶体, 并且粉碎的粒度越小, 白色晶体越多, 这种白色晶体就是游离出的晶体盐, 其中含有大量的游离氧化钙, 因此, 积渣的粒度组分减小, 会增加炉渣中游离氧化钙溶解到渣水中, 增加脱水仓的板结程度。可以看出, 神华煤无机组分中钙元素含量高是造成脱水仓结拱、堵渣打的根源。

脱水仓运行时, 沉积到脱水仓内的渣粒, 由于水的浮力作用, 渣粒之间承受的压力较小, 在析水过程中或之后, 渣粒之间承受的压力会增加, 特别是脱水仓锥体部分紧贴仓壁的渣粒承受着极大压力, 脱水仓渣位越高, 渣粒之间的压力越大, 因此满渣运行脱水仓容易从锥体开始往上结拱、堵渣。妈湾发电总厂脱水仓的运行方式为积渣满仓后切换备用仓, 一般满一仓渣需7～10天, 加剧了脱水仓的板结。

#3、#4炉省煤器、空预器沉降灰进入脱水仓, 以及灰库区排污泵灰水进入脱水仓, 使得脱水仓中细小渣粒增加, 加剧了脱水仓的板结。

2.3

施根据上述分析, 采到了一系列的治理措

进行了必要的化学试验分析, 如:渣水中的pH值和碱度测试, 脱水仓炉渣的全粒度分析, 煤种、炉渣和脱水仓积渣的显微镜观察等等。

脱水仓开始投运时, 确保在脱水仓底部铺渣工作的顺利进行, 同时通过缩短运行周期、顶部抽水、带水放渣和定期清理析水板等管理措施, 尽量减少积渣存储时间, 缓解了脱水仓的板结、堵渣问题。

将#3、#4炉省煤器、空预器沉降灰改为负压除灰, 已向厂部打报告, 计划2003年实施。

平时尽量不启动#3、#4炉灰库区排污泵, 改为由#1、#2炉灰库区排污泵排污, 通过地沟连通, 将污水打至灰渣泵前池。

将脱水仓运行方式改为半仓运行, 以减弱淅水后渣粒之间的接合力。

将脱水仓振打装置改为偏心轮振打, 并加大力度, 提高破拱效果。

2.4

目前, 妈湾发电总厂脱水仓板结堵渣问题已基本解决, 现大量燃用神华煤, 很少出现脱水仓板结堵渣现象

3渣沟严重堵塞

3.1情况介绍

渣沟内的积渣中大渣块较多, 无法被水流冲走, 在渣沟内堆积, 开成渣坝, 截流细小渣块, 最大渣块可达180mm×120mm×40mm。

积渣质地坚硬, 密度大, 经测算积渣的堆积密度达到1.12kg/m3。

大渣块几乎全部呈30mm～40mm厚的片状。

3.2原因分析

直接原因:大量坚硬的大渣块, 碎渣机不能破碎, 进入渣沟, 形成渣坝。

根本原因:在于神华煤的结渣机理。煤在锅炉内燃烧时, 在弱还原气氛中, 发生氧化亚铁反应, 而气化的氧化亚铁易与二氧化硅、三氧化二铝反应生成低熔点的铁堇青石 (2Fe2O3, 2Al2O3, SiO2) , 这类渣块硬度较大, 很难破碎。

炉焦在负荷变动和炉膛内吹灰时集中塌焦, 大量渣块瞬间进行入渣沟, 形成堵塞。

3.3采取的措施

增加冲渣水的压力和水量。

改造渣沟中不合理的环节, 如:调整冲渣喷嘴的位置和角度, 修补脱落的渣沟衬板、调整渣沟回转角度和变径过渡区、加大主渣沟衬板的曲率半径等等。

人工定期清理渣沟内的积渣。

3.4

目前, 妈湾发电总厂大量燃用神华煤, 渣沟堵塞的问题已基本解决

4渣浆泵叶轮流道堵渣

4.1情况介绍

渣浆泵运行时出口压力剧烈摆动, 电机电流下降, 渣浆泵前池水位上升;经解体检查, 渣浆泵的部分叶轮流道被粒径大于70mm的坚硬渣块堵塞;渣浆泵前池积渣。

4.2原因分析

坚硬的大渣块在渣浆泵前池大量沉积, 集中进入渣浆泵流道。由于渣浆泵流量调节采用出口阀门节流调节, 调节门开度较小, 造成渣浆泵流速不稳。

4.3采取的措施

在渣浆泵前池入口处加装滤网, 滤出大渣块后人工清理。调整渣浆泵前池喷嘴的位置和角度, 加强搅拌效果。提高除渣系统的冲渣水量, 精心调整渣浆泵流量。定期清理渣浆泵前池。加大渣浆泵叶轮流道。除渣系统改造为用大倾角刮板输送机直接将渣输送至脱水仓, 不再使用渣浆泵, 报告已批准, 2003年大修时实施。

4.4

目前, 妈湾发电总厂大量燃用神华煤, 渣浆泵叶轮流道堵塞的问题虽有所减少, 但仍偶有发生

5计划进一步实施的改造措施

经分析和现场实践, 计划在2003年实施以下改造措施, 以彻底解决除渣系统燃用神华煤所出现的各方面问题。

解决锅炉集中掉焦问题, 可采取向锅炉内喷入除渣剂、选用煤种混配等。改造除渣系统流程, 去掉渣浆泵, 改为由大倾角刮板输送机将碎渣机出口的渣直接输送至脱水仓。将#3、#4炉省煤器、空预器沉降灰改为负压气力除灰方式。更换新型密封式渣车, 确保渣车的严密性, 以便能够运输干渣和较湿的渣。

目前, 妈湾发电总厂燃用的神华煤所占比例越来越大, 燃用神华煤所带来的一系列问题正逐渐被各级领导所重视和解决。笔者建议:为了保证机组安全稳定运行, 应该在能源集团建立一个神华煤煤质管理体系, 做到及时发现, 及时反馈, 搜集资料、信息和技术共享, 并且采集神华煤各煤矿煤样, 进行煤的工业性分析和元素分析以及煤灰的工业分析, 以便对神华煤形成较全面的认识。如有必要的话, 可进行试验室模仿工业性燃烧试验, 分析得出结渣、结灰和碱性、酸性腐蚀等对机组燃烧有危害因素的全面的、科学的论断, 以便指导现场生产, 防患于未然。

摘要：因机组燃用神华煤形成高钙灰渣, 导致除渣系统频繁发生异常, 通过分析和现场实践, 摸索出一些运行工况调整和设备改造的方法, 取得了良好的治理效果, 使得除渣系统能够正常运行。

关键词：除渣系统,神华煤,问题,对策,探讨,调整,改造