鍋爐結(jié)焦的預(yù)防及對策

葛勝利

【摘 要】針對鍋爐結(jié)焦進行原因分析，并提出預(yù)防措施和對策。

【關(guān)鍵詞】結(jié)焦；危害；機理

1.結(jié)焦的危害

爐膛結(jié)焦會使水冷壁的傳熱熱阻增加，水冷壁吸熱量不足，鍋爐出力降低，同時，由于水冷壁結(jié)焦使?fàn)t內(nèi)換熱減弱，爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度升高，減溫水量劇增，嚴(yán)重時迫于超溫要降低負荷運行；燃燒器噴口結(jié)焦，會使?fàn)t內(nèi)空氣動力場受到影響，火焰中心發(fā)生偏斜，加劇水冷壁的結(jié)焦程度，同時還要使燃燒損失增大，甚至燒毀燃燒器；結(jié)焦嚴(yán)重時，大塊焦掉落會沖滅煤粉火炬，引起MFT動作，甚至砸壞冷灰斗，更為嚴(yán)重的結(jié)焦甚至?xí)枞浠叶?，被迫停爐打焦。

2.結(jié)焦的機理

結(jié)焦是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，從理論上和設(shè)計理念上講，煤灰粒子在高達1500～1700℃的火焰中心溫度區(qū)域內(nèi)多處于熔化狀態(tài)，當(dāng)熔化狀態(tài)的灰粒子在接近水冷壁和爐膛出口時應(yīng)該能夠待到必要的冷卻而已經(jīng)固化，不會粘附在受熱面上而形成結(jié)渣，而實際運行當(dāng)中，由于爐膛設(shè)計不良，運行調(diào)整不合理，設(shè)計煤種的偏離，或者超負荷運行，這些都會使?fàn)t膛及水冷壁附近的煙溫過高，灰粒子得不到足夠的冷卻凝固，碰到水冷壁就會粘結(jié)成渣，而一旦水冷壁表面附有灰渣，又會使水冷壁附近煙溫升高，進一步加劇結(jié)焦的發(fā)展。

3.影響爐膛結(jié)焦的因素分析

3.1煤質(zhì)因素的分析

3.1.1煤灰成分的影響

由于煤灰中各種組分的熔點不同，其對結(jié)焦的影響也各不相同，鐵和鈣起增強結(jié)焦的作用。在還原性氣氛中，灰中的Fe2O3就會被還原成FeO，使灰熔點降低，結(jié)渣性增強，在氧化氣氛中，灰中的FeO就會被氧化成Fe2O3，使灰熔點升高，結(jié)渣性減弱；煤灰中的鈣可以顯著降低硅酸鹽玻璃體的粘度；煤灰中的鉀是促進玻璃體形成的助熔劑；煤灰中硅一般可以減輕結(jié)渣性，但硅含量過高會產(chǎn)生無定型玻璃質(zhì)，反而會增強結(jié)渣性；煤灰中的Al2O3可以減輕結(jié)渣性。目前常采用灰中堿酸比來作為結(jié)渣傾向判別，硅鋁比作為是結(jié)渣的判別，鐵鈣比作為煤的結(jié)渣特征。

硅酸比=Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O/SiO2+Al2O3+TiO2

當(dāng)硅酸比>0.4時，該煤種的結(jié)渣傾向較大。

硅酸比=SiO2/Al2O3

當(dāng)硅鋁比>1.18時，該煤種就可能出現(xiàn)結(jié)渣。

鐵鈣比=Fe2O3/CaO

當(dāng)鐵鈣比>3.0時，該煤種就是結(jié)渣煤。

3.1.2煤灰的熔融特性

煤灰的熔融特性用于判別結(jié)渣傾向，通常用軟化溫度ST作為是否結(jié)渣的判別界限。

當(dāng)ST<1260℃時為嚴(yán)重的結(jié)渣煤。

當(dāng)ST=1260～1390℃時為中等結(jié)渣煤。

當(dāng)ST>1390℃時為輕微結(jié)渣煤。

3.2爐膛結(jié)構(gòu)方面的影響

3.2.1爐膛結(jié)構(gòu)著火穩(wěn)定性參數(shù)，斷面熱強度qA 和燃燒區(qū)域熱強度qR 的選擇對結(jié)渣的影響

qA=B·Qar·net/A

qA值大，則爐膛溫度高著火有利，但煙氣中的灰?？拷浔跁r得不到充分冷卻而引起結(jié)渣； qA值小，則爐膛溫度低，有利于減輕結(jié)渣，但對著火不利。

qR=B·Qar·net/2（A+B）HRζ

qR值大說明火焰集中，燃燒區(qū)域的溫度水平就越高，這對穩(wěn)定著火有利，但容易造成燃燒區(qū)域的壁面結(jié)渣；對于煙煤一般為1.4～2.3 MW/， qR越小，說明火焰分散，燃燒區(qū)域溫度水平相對較低，不利于穩(wěn)燃，但可以防止結(jié)渣。目前一般用爐膛結(jié)構(gòu)著火穩(wěn)定性指數(shù)Jw=qA+qR 來綜合結(jié)渣和穩(wěn)燃的關(guān)系，一般Jw 值處于4.5～9MW/，通常采用qR 調(diào)和結(jié)渣與穩(wěn)燃的矛盾，通常燃用結(jié)焦性的煤時把燃燒器沿爐膛高度方向拉長，或增大燃燒器噴口間的間距。

3.2.2鍋爐結(jié)構(gòu)燃盡參數(shù)，爐膛容積熱強度 的選擇對結(jié)渣的影響

qV=B·Qar·net/VL

qV大，說明燃料在爐內(nèi)停留的時間減短，致使?fàn)t膛出口煙溫升高，造成爐膛上部結(jié)渣， qV小，表明燃料在爐膛內(nèi)停留的時間相對較長，且爐溫低，對著火不利。

3.3爐內(nèi)空氣動力場的特性影響

3.3.1切圓直徑及火焰中心對結(jié)焦的影響

對于四角布置切圓燃燒的鍋爐，切圓直徑對著火穩(wěn)定性、燃燒安全，受熱面壁溫偏差具有綜合的影響，適當(dāng)加大切圓直徑，可使上鄰角過來的火焰更靠近煤粉射流的根部，對著火有利，對混合也有好處，爐膛充滿度也較好，但是過大的切圓直徑，會使一次風(fēng)煤粉氣流偏轉(zhuǎn)貼墻，以致火焰沖刷水冷壁，引起結(jié)焦和燃燒損失，這是必須要避免的。燃燒切圓直徑的大小主要取決于設(shè)計時確定的假想切圓及個氣流的反切效果。

燃燒器的停用方式，改變補氣條件來影響一次風(fēng)粉的偏轉(zhuǎn)強度，當(dāng)然這種運行手段只能做一個輔助手段，如果噴口出結(jié)焦，出口氣流的幾何射流偏轉(zhuǎn)，切圓往往改變，也會使切圓的直徑和形狀改變，對爐膛結(jié)焦有增強作用。

3.3.2風(fēng)粉氣流的配比對爐膛結(jié)渣的影響

風(fēng)粉氣流的配比直接影響到爐內(nèi)燃燒組織的合理性，其對切圓直徑、火焰中心偏斜及局部熱負荷的影響非常之大，而這些影響會對爐膛結(jié)渣的影響非常明顯。從設(shè)計角度上分析，當(dāng)燃用高揮發(fā)份，易著火，熱風(fēng)送粉系統(tǒng)時應(yīng)選取較高的一次風(fēng)率和一次風(fēng)速，既要保證著火穩(wěn)定，又要保證不結(jié)渣、不燒噴燃器，且q4損失較小，同時還要考慮制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟出力。一次風(fēng)速低，則一次風(fēng)氣流剛性減弱，煤粉氣流的卷吸能力減弱，氣流速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，可能發(fā)生“回火”現(xiàn)象，還可能產(chǎn)生煤粉氣流分布不均的現(xiàn)象，這些都會對穩(wěn)燃和防結(jié)焦不利。

但一次風(fēng)過高，會推遲著火，甚至出現(xiàn)“脫火”現(xiàn)象；二次風(fēng)率和二次風(fēng)速的選擇是隨一次風(fēng)率的確定而確定，并且要求二次風(fēng)的混入要合理，即不能過早，又不能過遲。一般對于揮發(fā)份較大的易燃煤，防止結(jié)渣和提高經(jīng)濟性是主要的，燃燒調(diào)整中不可使二次風(fēng)量過大。由于一次風(fēng)動量一出噴口就因燃燒膨脹而迅速衰減，但二次風(fēng)動量衰減較慢，因此在各個角總風(fēng)量一定的情況下，增大二次風(fēng)的比例往往會加重一次風(fēng)的偏斜，使實際的切圓直徑變大，使?fàn)t膛溫度水平升高，結(jié)渣傾向嚴(yán)重。而對于直吹制粉系統(tǒng)，由于一次風(fēng)率受制于磨煤機的一次風(fēng)量，因此在總風(fēng)量一定的情況下，二次風(fēng)的風(fēng)率、風(fēng)速場與制粉系統(tǒng)的運行調(diào)節(jié)有關(guān)，以爐膛氧量值來控制。

除二次風(fēng)總風(fēng)量控制之外，對各層二次風(fēng)的調(diào)節(jié)對燃燒也有影響，一般講上層燃層風(fēng)能壓住火焰，控制火焰中心位置和煤粉燃盡；中部二次風(fēng)為煤粉旺盛燃燒提供主要的空氣；下部二次風(fēng)可以防煤粉離折，能托住火焰不下沖，從經(jīng)驗上講，一、二次風(fēng)的合理配比對緩減結(jié)渣有一定作用，與爐內(nèi)整體氣流偏轉(zhuǎn)過大，刷墻，結(jié)渣較嚴(yán)重時，采用縮腰型配風(fēng)方式可以改善結(jié)渣情況，一方向可以減輕中部二次風(fēng)對一次風(fēng)氣流偏轉(zhuǎn)的影響，另一方面可以改善燃燒器射流補氣條件，相當(dāng)于在高寬比大的直流射流中，開了一個大的平衡孔。

3.3.3過?？諝庀禂?shù)對爐膛結(jié)焦的影響

當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能會產(chǎn)生還原性氣氛，而煤粉在還原性氣氛中不能充分氧化，灰份中的Fe3O2被還原成FeO，F(xiàn)eO與SiO2等形成共晶體，其熔點溫度會降低，有時會使熔點溫度下降150-200℃，因而結(jié)渣傾向隨之增加；如果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(qū)域溫度升高且處于還原氣氛，結(jié)渣傾向也會很嚴(yán)重，我廠燃燒器為水平濃淡燃燒器，在一次風(fēng)風(fēng)管中采用“百葉窗”式的煤粉濃縮器。一次風(fēng)進入爐膛后向火面的煤粉濃度高，背火面的煤粉濃度低，這有利于低負荷穩(wěn)燃、防止結(jié)焦、防止高溫腐蝕及降低NOX的生成量。增大爐內(nèi)送風(fēng)量，理論燃燒溫度降低，雖然爐膛出口溫度變化不大，但爐膛平均溫度確是降低的，同時，增大過量空氣，爐內(nèi)處于富氧燃燒，可抑制還原氣氛，對防止結(jié)渣是有利的。

3.4運行調(diào)整方面的影響

3.4.1煤粉細度、濃度、均勻度對結(jié)渣的影響

煤粉中的粗顆粒極容易從氣流中分離出來與水冷壁沖撞，由于顆粒較大，到達水冷壁以前的冷凝固化不太容易；另外，粗顆粒都需要較長的燃燒燃盡時間，因而它們往往在貼壁處造成還原性氣氛，使灰熔點降低；這兩點都會使?fàn)t膛產(chǎn)生結(jié)渣傾向，因此燃用易結(jié)渣的煤種時，適當(dāng)降低煤粉的細度、控制好煤粉顆粒的均勻度很有意義。但是煤粉過細又會使煤粉在燃燒器出口處易著火而使燃燒區(qū)域熱負荷更高，造成燃燒器附近結(jié)渣燒毀燃燒器；因而在煤粉細度的選擇上要經(jīng)過試驗確定，通常隨著磨煤機出力的增大，煤粉變粗，在給煤量一定的情況下增大風(fēng)量（即風(fēng)煤比），煤粉變粗，各角一次風(fēng)氣流是否均勻，煤粉濃度是否成比例，直接影響爐內(nèi)火焰中心的位置及爐膛結(jié)渣情況，這樣空氣少地方就會出現(xiàn)還原氣氛，使灰熔點降低，造成局部結(jié)渣。因此，對于直吹式制粉系統(tǒng)對一次風(fēng)的風(fēng)粉均勻性監(jiān)督和調(diào)整尤為重要，只有通過熱態(tài)風(fēng)量調(diào)平及煤粉濃度的調(diào)平才能保證各角一次風(fēng)的均勻性，組織合理的燃燒動力場。

3.4.2風(fēng)粉混合物的初溫、風(fēng)速對結(jié)渣的影響

降低一次風(fēng)初溫可提高著火熱、延遲著火，對減輕結(jié)渣是有利的。提高一次風(fēng)風(fēng)速可推遲著火點位置，對于切圓燃燒鍋爐，有利于燃燒切圓的形成和防止煤粉氣流貼墻，防止燃燒器和爐膛結(jié)渣，當(dāng)一次風(fēng)風(fēng)速提高的過高會產(chǎn)生煤粉顆粒直接沖撞爐墻而加劇結(jié)渣，同樣一次風(fēng)初溫過低，還會導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高，引起過熱器超溫或汽溫升高。

3.4.3燃燒器熱負荷的分配對結(jié)渣的影響

對于結(jié)渣嚴(yán)重的鍋爐，應(yīng)采用分散投運燃燒器的方法，此時由于燃燒不集中，傳熱分散，使?fàn)t膛溫度降低，結(jié)渣緩解，在高負荷時有備用層的直流燃燒器，停用層應(yīng)在中間而不是在兩邊，停用中間層用壓力平衡孔的作用，對減少切圓直徑和氣流偏斜也是非常有利的，此外限制單只燃燒器的熱功率也是為了防止熱負荷過于集中的有效方法，對減輕燃燒器區(qū)域的結(jié)渣十分有效。

3.4.4吹灰操作對結(jié)渣的影響

吹灰的目的是維持受熱面的清潔，防止壁面的污染和壁溫的升高，壁溫升高和壁面污染都會使受熱面接收熔渣變的十分容易，因此要根據(jù)爐膛結(jié)渣及積灰程度合理安排吹灰間隔及周期，盡可能地保持受熱面的清潔。

4.結(jié)渣的預(yù)防和對策

4.1加強燃煤供應(yīng)管理和配煤管理，隨時掌握煤種的變化

煤種問題是產(chǎn)生結(jié)渣的主要原因之一，因此要根據(jù)鍋爐設(shè)計煤種進行燃煤的組織和選用，確保煤質(zhì)的相對穩(wěn)定，力爭能達到煤種的變化范圍保持在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，煤質(zhì)是要滿足鍋爐不結(jié)焦為前提，如果實際運行中，燃煤煤質(zhì)發(fā)生較大的變化，應(yīng)進行必要的燃燒特性評價，同時要做好運行調(diào)整，并確定一種合理的摻燒比例，以達到提高灰熔點，降低灰粘度的目的，避免鍋爐出現(xiàn)大面積結(jié)焦。

4.2適當(dāng)提高一次風(fēng)速、降低磨煤機出口溫度

適當(dāng)提高一次風(fēng)速可以推遲著火點的位置，有利于切圓的形成和防止煤粉氣流貼墻，對防止燃燒器噴口和水冷壁結(jié)焦有利。

4.3控制爐內(nèi)空氣量

控制爐內(nèi)氧量值不低于4%，使?fàn)t內(nèi)處于富氧燃燒，抑制還原氣氛的產(chǎn)生，對防止結(jié)焦有利，另外增大爐內(nèi)送風(fēng)量，在燃料量不變的情況下，會使理論燃燒溫度降低，爐膛平均溫度會降低，對防止結(jié)焦有利。

4.4控制鍋爐最大負荷和單臺磨煤機的最大出力

應(yīng)該重新核實鍋爐的最大出力，避免鍋爐長期超負荷運行，對于單臺磨煤機的最大出力，同樣要進行技術(shù)標(biāo)定，在鍋爐大負荷運行時，磨煤機的出力最好不要超過40T/h，一方面磨煤機超出力會使磨煤機磨出力的煤粉較粗，均勻性較差，增加結(jié)焦傾向。另一方面會加劇制粉的磨損，從而降低制粉出力，建議在鍋爐大負荷時，采用5臺磨煤機運行，一方面可以減輕磨煤機的磨損，保證煤粉細度和均勻性，另一方面可以分散熱負荷，緩解結(jié)焦。

4.5加強水冷壁的吹灰工作

嚴(yán)格吹灰操作，保持水冷壁每班吹灰一次，過熱器再熱器每天吹灰一次，保證受熱面的干凈，減少結(jié)焦的機會。

4.6合理的進行風(fēng)粉配比

采用“縮腰”配風(fēng)方式，即兩頭大中間小的二次風(fēng)配比對于防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣是有利的。 [科]

【參考文獻】

[1]電站鍋爐運行與燃燒調(diào)整.中國電力出版社.

[2]火電廠鍋爐設(shè)備及運行.中國電力出版社.

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