引言准东煤田位于新疆，预测储量达3 900亿t，目前累计探明煤炭资源储量2 136亿t，煤田成煤面积1.4万km2[1]。准东煤具有特低灰分、特低硫、高热值（高位发热量）、低变质程度的特性，是优良的动力用煤[2]。受到成煤历史和自然地理环境的影响，准东煤中碱金属钠和钾的质量分数总体为2%~9%，远高于国内其他地区的动力煤。燃用准东煤时如果出现锅炉受热面严重沾污现象，将导致锅炉出力下降甚至无法运行，限制锅炉的大规模开发利用[3-4]。准东煤着火、燃尽性能优良，但沾污、结渣现象严重[5-6]。依据准东煤的特性，研究人员针对锅炉优化运行及新建锅炉选型等提出建议[7]。循环流化床纯烧准东煤时，沾污、结焦现象发生在尾部烟道受热面[8]，炉膛、分离器和返料器区域不会发生沾污、结焦现象。因此，循环流化床纯烧准东煤时发生的沾污、结焦现象又被称为高温沾污现象[9]。钠的氧化物在高温（700~800 ℃以上）燃烧环境中发生升华，冷凝附着于管屏壁面，与烟气中的二氧化硫、氧化铝、氧化铁等化合，形成各种硫酸盐[10]，从而产生沾污现象。聂立[11]等认为，烟气温度超过650 ℃时，大概率会发生沾污现象；烟气温度低于650 ℃时，基本不会发生沾污现象。利用空烟道降低烟气温度从而规避尾部受热面沾污的设计思路，在空烟道内设置水力除灰装置，尾部受热面布置在空烟道后部，对优化后的纯烧准东煤循环流化床锅炉运行效果进行验证，为改善纯准东煤在循环流化床锅炉中的燃烧效果提供参考。1锅炉设计方案分析1.1设计煤质资料设计煤质分析化验结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.T001表1设计煤质分析化验结果项目含量全水分/%26.00全硫/%0.43空气干燥基水分/%10.22收到基灰分/%6.59干燥无灰基挥发分/%31.19固定碳/%46.38收到基碳/%52.83收到基氢/%2.36收到基氮/%0.54收到基氧/%11.25收到基低位发热量/(MJ/kg)19.11二氧化硅/%38.56三氧化二铝/%9.49三氧化二铁/%6.99氧化钙/%16.52氧化镁/%4.98氧化钾/%1.30氧化钠/%5.00三氧化硫/%15.51二氧化钛/%0.66二氧化锰/%0.72五氧化二磷/%0.17锅炉设计煤质为准东矿区煤，具有低灰分、高热值、高水分的特征，Na2O含量为5%。以Na2O含量判断煤的沾污倾向时，纯烧准东煤的锅炉无法实现长期稳定运行[12]。1.2整体方案布置采用高温高压自然循环、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢构架焊接结构的全封闭布置循环流化床锅炉，运转层标高为8.00 m。锅炉厂房采用紧身封闭形式。锅炉主要由1个膜式水冷壁炉膛、2台冷却式旋风分离器、1个由汽冷包墙包覆的烟道和尾部竖井组成。炉膛采用全膜式水冷壁结构，在炉膛前墙沿宽度方向分别布置1面水冷中隔墙、6片水冷蒸发屏、8片屏式过热器（高过，4下、4上）。锅炉布置4个给煤口，给煤口位于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉内不脱硫，仅预留石灰石接口，位于回料器回料腿处。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置一次热风道，进风形式为两侧进风。炉膛下部左右侧的一次风道内分别布置两台点火燃烧器，从而高效地加热一次流化风，进而加热床料。2个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，分别对应两台滚筒式冷渣器。炉膛与尾部竖井之间布置两台冷却式旋风分离器，分离器下部各布置1台回料器，被旋风分离器分离的物料经回料器处理，直接返回炉膛。汽冷烟道被布置在旋风分离器与尾部竖井之间，被汽冷包墙包覆，中间由隔墙将烟道分为两部分，分别为下行烟道和上行烟道。下行烟道为空烟道，上行烟道沿烟气流向分别布置1组水冷管束、1组中温过热器和两组低温过热器。尾部竖井采用绝热式结构，沿烟气流动方向分别布置1组高温级省煤器、1层SCR、1组低温级省煤器、两回程管式空预器。省煤器管束采用H型鳍片管顺列布置，空气预热器采用管式形式，分左右两个烟道，分别布置一次风空预器和二次风空预器。二次风空预器出口烟道设置烟气调节挡板，调节一、二次风传热。过热器系统中布置两级喷水减温器。锅炉整体布置如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.F001图1锅炉整体布置图1.3主要设计参数为了减缓受热面沾污现象，在分离器出口处设置汽冷空烟道，使烟温降至安全区间后再进入水冷管束和过热器受热面烟道。汽冷包墙烟道的烟温较高并长期运行时，包墙存在严重的沾污现象。因此，方案在汽冷包墙区域设置了1套水力吹灰装置，用于去除包墙管壁表面的沾污和结垢。通过合理进行热力计算和水动力计算，保证锅炉蒸汽参数、蒸发量、锅炉效率等主要性能参数满足用户需求。锅炉主要参设计数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.T002表2锅炉主要设计参数项目100%BMCR50%BMCR主蒸汽流量/(t/h)325163主蒸汽出口表压力/MPa9.819.81主蒸汽出口温度/℃540540给水温度/℃158158煤耗量/(t/h)50.7725.52炉膛出口过量空气系数1.181.27锅炉效率/%93.7—2实际运行情况锅炉建成后，一次性通过72 h+24 h的试运行测试。纯烧准东煤运行3个多月，进行停炉检查。检查结果表明，炉膛受热面、水冷壁无结焦、沾污现象，管壁清洁光滑；空烟道四周管壁均有沾污，与设计预期相符；尾部中过、低过、省煤器、空预器均无沾污，部分受热面积灰略微严重。锅炉炉膛和尾部受热面状况如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.F002图2锅炉炉膛和尾部受热面状况锅炉运行期间，主蒸汽、压力可以达到设计值，减温水量为22.1 t/h，与设计值接近；空烟道出口烟气温度低于650 ℃。长时间运行时，空烟道管壁存在沾污现象，烟温超过650 ℃，水力除灰装置可以清除空烟道管壁的沾污，降低空烟道出口烟温至低于650 ℃。满负荷锅炉空烟道后烟温数据如图3所示。通过合理布置受热面可以保证尾部受热面烟气温度低于650 ℃，从而避免沾污现象的发生。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.F003图3满负荷锅炉空烟道后烟温数据准东煤灰分较低，为了维持炉内的灰浓度，将炉渣筛分后再回送入炉膛，可以有效增加炉膛灰浓度。实际运行中，满负荷工况下炉膛差压可以维持约1 000 Pa。满负荷工况下，平均床温为867 ℃，与设计接近（设计床温860 ℃）。炉膛截面床温分布较均匀，最大床温偏差仅32.4 ℃。满负荷锅炉的床温分布如图4所示。锅炉参数运行值与设计值对比如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.F004图4满负荷锅炉的床温分布10.3969/j.issn.1004-7948.2022.10.009.T003表3锅炉参数运行值与设计值对比名称设计值运行值主蒸汽流量/(t/h)325.0322.4主蒸汽出口表压力/MPa9.819.87主蒸汽出口温度/℃540.0537.4给水温度/℃158161煤耗量/(t/h)50.7753.80炉膛出口过量空气系数1.181.10燃料低位热值/(kJ/kg)19 11018 180床温/℃860867减温水量/(t/h)19.7122.10锅炉实际运行参数与设计值吻合，说明锅炉的设计合理，安装制造水平满足设计要求，锅炉实际运行符合设计要求。锅炉的污染物排放满足环保要求。锅炉整体运行平稳，性能优良。3结语分析了准东煤的特点，并针对纯烧准东煤的锅炉容易结焦和沾污的特点，提出了设置空烟道的循环流化床锅炉纯烧准东煤的设计方案，利用空烟道降低烟气温度，使沾污发生在空烟道内，并在空烟道内设置水力除灰装置，便于清除沾污。烟气经空烟道冷却后，经过尾部受热面时的温度低于沾污的温度，从而避免尾部受热面沾污，达到纯烧准东煤的目的。通过工程验证发现，方案可以实现纯烧准东煤的连续安全运行，有效解决了准东煤结焦、沾污问题。锅炉设计合理，运行稳定，参数的运行值与设计值吻合，为今后纯烧准东煤发电提供参考。