600MW机组锅炉结焦原因分析及预防

时间：2019-06-24

　　【摘 要】灰渣在高温下熔化后结焦粘结在锅炉受热面上会影响机组正常燃烧工况，降低锅炉出力，破坏正常水循环，严重时会造成爆管事故，影响机组效率和安全。
　　【关键词】结焦；燃烧；效率
　　1.前言
　　随着我国电力工业的快速发展，大容量高参数的大型火力发电机组得到了很快的发展。但在火电厂锅炉运行中锅炉结焦问题严重影响机组效率及安全性。锅炉结焦是指灰渣在高温下熔化后粘结在炉墙、受热面上的现象。锅炉结焦是燃煤工业锅炉运行中比较普遍的现象。它会破坏正常燃烧工况，减少锅炉出力，破坏正常水循环，造成爆管事故，严重时还会使炉膛出口堵塞而被迫停炉。
　　2.结焦的原因
　　2.1煤质因素
　　煤在燃烧时，其灰分熔融特性温度用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3数值表示。软化温度t2的高低是判断煤灰是否*结焦的主要指标。灰的成分不同，其熔点也不同。燃用煤种的煤质对电厂锅炉的结焦有着根本的影响，结焦的内因受灰质的组成成分和熔化温度的影响。
　　锅炉是根据设计煤种的着火特性、沾污腐蚀磨损特性、燃尽性能和结焦性能进行耦合设计的，对于一台定型的锅炉，其对每种的适应性是存在一定范围的。因此实际燃用煤质偏离设计煤种，煤的结焦性能**出锅炉设计参数范围是锅炉结焦的主要原因。
　　2.2设计、安装原因
　　炉膛容积热负荷、断面热负荷、几何尺寸以及燃烧器区域热负荷对锅炉结焦有直接关系。炉膛容积热负荷设计值的选取不但影响煤的燃尽，而且影响炉膛出口温度和炉膛温度，特别对于灰熔点低的煤种，选取较大的炉膛容积和截面积是必然的，否则炉膛上部及炉膛受热面*结焦。炉膛容积大小或锅炉**负荷运行，造成炉膛热负荷过高；辐射受热面布置较少，水冷壁管间距过大，吸热量小；炉膛出口烟气温度选得太高；炉膛出口流通截面狭窄，火焰中心位置太高。这些都会成为锅炉在运行中产生结焦的原因。
　　2.3操作使用
　　除煤质原因外，锅炉运行工况也可能加剧锅炉结焦。
　　2.3.1炉膛出口过量空气系数
　　炉膛出口过量空气系数减少，炉膛出口烟温增加，熔点较低的灰份易在过热器上积灰；
　　炉膛壁面处烟温增加，炉膛沉积物增加；炉内出现还原性气氛，熔点较高的三氧化二铁还原为熔点较低的氧化铁，从而使灰熔点大大降低（100～200℃），结焦可能性增大。
　　2.3.2 炉膛出口烟气温度
　　炉膛出口烟温**煤灰软化温度，熔融状的灰还未冷却，易在对流受热面上吸附、冷却后结渣。
　　2.3.3 炉膛热负荷过高，造成炉内温度水平提高、烟温水平也提高。碱金属化合物易气化后冷却凝在受热面管壁上形成强粘结灰，同时阻碍吸热，维持负荷势必要增加燃料量，从而进一步提高炉内温度，随着炉温提高，受热面结渣将呈指数规律上升，形成恶性循环。
　　2.3.4 锅炉风粉不平，炉内空气动力场紊乱，造成燃烧中心偏斜，灰渣撞击水冷壁，易粘附于炉壁上结渣。
　　2.3.5 煤粉细度过粗，火炬长度增加，易刷墙造成水冷壁结渣。
　　2.3.6 一次风速低、刚性弱，火焰易偏斜刷墙，造成水冷壁结渣。
　　3.锅炉结焦的危害
　　3.1 锅炉结焦会引起过热汽温升高，并导致过热汽、再热器减温水开大，甚至会招致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利的影响。
　　3.2 锅炉大块结焦严重时会造成渣沟受堵，不得不降负荷运行。
　　3.3 锅炉结焦若熔合成大块时，因重力从上部落下，导致砸伤冷灰斗水冷壁。低负荷会因掉大块焦而引起燃烧不稳甚至熄火。
　　3.4 若造成水冷壁全部结焦时，由于吸热恶化，只有停炉进行人工清焦。
　　3.5 锅炉的大焦块掉下后，瞬时产生大量的水蒸气，使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（**限）而引起锅炉灭火。
　　4.防止和消除锅炉结焦措施
　　4.1选择合理的运行氧量
　　锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，对锅炉的结焦有非常大的影响。如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气氛较强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就*结焦。这是因为灰熔点随着铁量的增加而下降，铁对灰熔点的影响还与炉内气体性质有关，在炉内氧化性气氛中，铁可能以三氧化二铁的形态存在，这是随着含铁量的增加，其熔点的降低比较缓慢；在炉内还原性气氛中（氧量不足），三氧化二铁会还原成氧化铁，灰熔点随之*降低，而且氧化铁较*与灰渣中的氧化硅形成熔点很低的合成物，其灰熔点仅为1065℃。
　　提高锅炉运行氧量，避免炉内出现还原性气氛。加强炉内吹灰工作，特别是重点区域要增加吹灰次数，如果运行氧量还偏低，必要时适当降低负荷。机组检修时，对空气预热器进行重点清洗，降低烟风道的阻力，提高风机的出力。
　　4.2选择合理的炉膛出口温度
　　对锅炉进行优化燃烧调整试验，对炉膛出口烟温进行在线监视，保证主参数合格。通过合理的调配一次风和二次风的运行风门开度以及运行氧量，保证主参数合格和炉膛出口烟温低于燃煤灰熔点，从而防止炉膛出口结焦
　　4.3保证空气和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结焦。
　　4.4应用各种运行措施控制炉内温度水平
　　炉内温度水平高，将使煤中一些易挥发碱金属氧化物气化或升华（1400℃以上），使碱金属化合物在受热面上凝结（1000～1100℃）。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结性灰。煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接粘在受热面上，产生严重结焦，应加大运行中过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛。
　　4.5要有合适的煤粉细度
　　煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多，熔化比例高，冲墙后*引起结焦。但是，煤粉太细也会带来问题，一是电耗高，制粉出力受到影响，二是炉膛出口烟温升高，易引起结焦。
　　4.6组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提
　　当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，易粘结附于炉壁上形成结焦，因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边。
　　4.7适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦
　　提高一次风速可推迟煤粉的着火，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附近结焦。其次还可以增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风直接冲刷避免而产生结焦。但此风速的提高受煤粉着火条件的限制。
　　4.8加强对炉膛的吹灰，防止低负荷掉灰对燃烧器产生不良的扰动。
　　4.9炉膛出口温度场应尽可能均匀。
　　4.10防止**负荷运行
　　对于裕量较大的风机来说，**负荷时就要较大幅度调大风量，提高送引风和二次风风速及烟速，增加过剩空气量。这种强化燃烧的结果使火焰偏高，烟气里携带大量熔融状态的煤粒煤灰粘结在炉膛出口捕渣管上，此处平均温度很快**灰熔点形成结焦。
　　4.11 加强运行操作的调整
　　一般要把炉膛出口温度维持在850～950℃（沸腾炉维持在750～800℃），应做到以下三点：
　　①保持适当的过剩空气系数，合理使用一、二次风。若一次风太大，火焰上升得很高，甚至直射后墙，会促使高温结焦。若二次风使用得当，火焰中心下移，延长了烟气路线，可使炉膛出口温度降低50至80℃。炉膛出口过剩空气系数推荐值为：1.2～1.25。
　　②给煤要均匀，在负荷变化较大或煤种变化时，应及时调整煤层厚度。
　　③对于干煤应适当掺水，对于含硫化铁粘结性强的煤应及时打焦清渣，对于灰分大的煤应适当增加清炉次数，对于管群、烟管或烟室的堵灰应及时清理。
　　4.12堵漏风
　　炉膛漏风，破坏了正常燃烧工况，造成火焰的充满度和搅拌混合情况恶化，火焰中心升高或偏斜，会加速结焦的形成。解决的办法是减少漏风量，使炉膛出口负压不致过大（煤粉炉为15～30Pa）。
　　参考文献：
　　[1]锅炉燃烧试验研究方法及测量技术，水利电力出版社，1987.
　　[2]锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算，北京科学出版社，1994.

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