鍋爐結焦的原因、危害及預防措施

王文忠

摘 要：鍋爐結焦現(xiàn)象是最為普遍且影響電廠安全運行的不利因素，媽灣電廠四臺4×330兩臺2×320MW機組相繼進行了低Nox燃燒器改造，依據(jù)近兩年的運行狀態(tài)，鍋爐結焦情況經常發(fā)生，問題較為明顯。文章對其發(fā)生的原因及危害進行分析，探討一些針對性預防措施和解決辦法。

關鍵詞：結焦；原因；危害；措施

中圖分類號：TK224.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0104-03

2017年3月21日#2爐嚴重結焦，造成減溫水量明顯增加，在減溫水全部投入的情況下仍無法維持主汽及再熱蒸汽溫度。因鍋爐結焦，干渣機一級鋼帶黏連嚴重，卡澀跳閘，被迫降負荷運行。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，冷灰斗、水冷壁、燃燒器附近結焦非常嚴重，清焦量約達400立方。鍋爐結焦不但影響鍋爐經濟運行，同時嚴重威脅鍋爐運作和人身安全。

1 鍋爐結焦原因分析

鍋爐燃燒過程是將燃料化學能換成熱能的過程。正在運行的鍋爐，火焰溫度高，特別是中心部分的溫度能夠達到1400℃-1600℃。在高溫條件下，經過燃燒產生的灰粒大多會以融化狀態(tài)出現(xiàn)。一般情況下，爐內水冷壁有吸熱作用，煙氣溫度因此逐步下降，融化狀態(tài)的灰粒在煙氣接近水冷壁時，凝固附著其上形成灰層，此層疏松易脫落，稱為積灰。如若調整不當或配風不太合理，造成火焰中心偏斜沖刷水冷壁、燃燒器附近火焰卷吸、水冷壁及燃燒器附近還原氣氛增強及熱負荷過高等因素，導致熔融灰粒不能凝固，碰到水冷壁或燃燒器就會結焦，當結焦形成時，水冷壁吸熱減少、燃燒器冷卻降低，使得水冷壁及燃燒器附近溫度升高加劇，結焦狀況加重。

結合對媽灣電廠2#機組及其他機組結焦情況，經過較長時間的觀察、對比，分析認為結焦原因有以下幾個方面。

1.1 煤質因素

煤粉燃燒后是否在水冷壁、燃燒器或鍋爐管屏上發(fā)生附著，并形成結焦，灰熔點是相關考量因素?；胰埸c的溫度值內容根據(jù)灰分產生的狀態(tài)分別有：變形、軟化以及熔化對應的溫度DT，ST和FT。其中軟化溫度ST與結焦現(xiàn)象關系密切，作為煤質的主要參考指標。媽灣燃燒煤種以神混1及少部分印尼高熱質煤為主，各臺機組煤質資料見表1。

灰渣軟化溫度ST的影響因素眾多，不僅灰分的融溶特性與之相關，灰分密度、組分、發(fā)熱值、灰渣流變特性以及灰的粘度均對其有影響。一般而言，軟化溫度ST≥1350℃的話結焦不會發(fā)生。從上表可以看出，媽灣電廠燃用煤種屬低位發(fā)熱量較高、灰熔點軟化溫度ST較低的煤種，屬易結焦煤。

1.2 爐膛結構因素

媽灣6臺機組全部完成超低排放改造，其中低Nox燃燒器改造、干渣機改造、點火系統(tǒng)改造，爐膛容積熱強度、斷面熱強度、燃燒器區(qū)域壁面熱強度、火焰中心及切圓直徑也有相應變化（見圖1）。鍋爐本身結構作為反應條件的一部分，無法減弱。

爐膛容積熱強度的增大會帶來爐內溫度升高，結焦因此也較為容易的發(fā)生在燃燒器附近水冷壁上。若斷面熱強度過高，釋放的熱量由于缺少足夠水冷壁吸收，致使燃燒器區(qū)域溫度過高，也易引起燃燒器附近水冷和燃燒器噴嘴發(fā)生結焦。燃燒器區(qū)域（見圖2）壁面熱強度越大，火焰則越集中，燃燒器區(qū)域的溫度因之也越高，雖有利于著火和穩(wěn)燃，但過高也意味著燃燒器區(qū)域釋放的能量過度集中，一旦水冷壁吸熱不足，燃燒器區(qū)域水冷壁及燃燒器噴嘴附近結焦也較易出現(xiàn)。

爐膛實際切圓直徑是四角切圓燃燒的最重要參數(shù)，它對爐內結焦、穩(wěn)燃、爐膛出口煙溫偏差，都有重要影響。

1.3 燃燒工況因素

（1）煤粉細度。煤粉的粗細程度直接影響結焦情況的程度，過粗或者過細均會導致結焦的產生。如若過粗，在慣性作用下火焰被拖長，對于受熱面的沖刷較為直接，由于燃燒的粗煤粉較煙溫溫度高，熔化程度也比較大，在直接沖刷受熱面后極易發(fā)生結焦；但是過細的情況下，耗電則增加，制粉出力波及；另外煙溫的升高也會導致結焦現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）一次風速。風速的提高推遲了煤粉的著火，著火的位置與燃燒器相間離，從而火焰中部高溫區(qū)移至中間，回避了噴口鄰近因為溫度的差別而產生結焦。風速的提高也帶來了風射流的剛性提升，降低了靜壓作用導致的偏轉。

（3）爐內空氣動力場。合理配置爐內空氣動力場是預防結焦的保障。燃燒中心溫度高達1400～1600度。當灰渣撞擊爐壁時，若仍保持軟化或熔化狀態(tài)，較易形成結焦現(xiàn)象，尤其是針對存在衛(wèi)燃帶的爐膛內壁，表面溫度既高且粗糙，給結焦營造了有利環(huán)境，成為大片焦渣。所以必需維持燃燒中央適中，預防火焰中央貼邊偏斜。

（4）爐內過量空氣系數(shù)a。隨著系數(shù)a升高，積灰結焦現(xiàn)象減弱，主要由于出口煙溫下降。過量空氣系數(shù)若過低，易造成缺氧，爐內出現(xiàn)還原性氛圍，F(xiàn)e2O3還原為FeO，灰熔點大大下降，結焦的可能性大大增加。

（5）爐內還原性氣氛。由于煤灰熔點在還原性氣氛中較之氧化性氣氛中低，確?？諝馊剂匣旌媳壤己?，避免還原性氣氛的形成。在保證總空氣量的前提下，結焦情況也常常因為一些因素不可回避。例如：由于噴口煤粉配置不合理，引起局部的缺氧產生，熱負荷的分配也失衡。加之一、二次風的位點，容量及速度的設置不盡合理時，在局部區(qū)域焦炭揮發(fā)分在缺氧狀態(tài)下會引發(fā)還原性氣體氛圍。如若還原性較強時，結焦如惡性循環(huán)一般更容易出現(xiàn)。

2 鍋爐結焦的危害

鍋爐的結焦最為本質的影響和危害是由于結焦部分的結構變化，爐內燃燒工況加劇惡化，繼而導致鍋爐運行經濟性和安全性的下降，甚至造成較大的人身設備安全事故。

2.1 對經濟性的危害

結焦現(xiàn)象出現(xiàn)時，鍋爐結焦部位的吸熱量下降，爐膛出口溫度則提升，繼而過熱蒸汽溫度、再熱氣溫提升，致使過熱器及再熱器減溫水量增添，汽鍋著力降低；由于結焦形成后，焦塊溫度下調，焦塊內的碳沒能夠充裕的燃燒，導致不充分燃燒虧損加重；由于結焦使爐膛出口溫度升高，造成排煙溫度提升，繼而加劇了排煙熱的損耗，下降了鍋爐效率；結焦會受熱面、燃燒器局部過熱，燃燒器卡死，造成設備使用壽縮短，增加運行維護成本。endprint

2.2 對安全性的危害

鍋爐結焦在機械以及人身安全性上的危害十分明顯且后果嚴重。大體積塊狀的渣滓雖有撈渣機和碎渣機予以清理，但是機械的處理能力是存在一定限度的，如若灰渣的體積過大，尤其是結焦的發(fā)生，灰渣體積增大的可能性提高，其對撈渣機和碎渣機的運行有一定程度的損耗，甚至是過載跳閘，受堵，繼而機器通過自我降負荷來保證運行的進行；大塊掉入撈渣機，瞬時大容量的水蒸氣會危害人身安全；不僅如此，灰渣體積增大必然帶來質量的增大，在重力作用下可能砸壞冷灰斗水冷壁。加之機器本身的低負荷狀態(tài)，產生燃燒不穩(wěn)，甚至熄火；水冷壁如若發(fā)生結焦，吸熱量則打折扣，循環(huán)流速隨之下降，甚至引起爆管危險；完全結焦出現(xiàn)只能通過人工手段清理，此時必然停運，對運行帶來影響和損失；局部高溫形成，加劇結焦的出現(xiàn)，產生噴口堵死或者噴燃器燒壞的情況。

3 鍋爐結焦的防止措施

對于已經交付使用，抑或是完成改造的鍋爐而言，許多物理性能指標均已不可調改，諸如尺寸幾何、燃燒器構造、受熱面的分級配置、爐膛熱負荷等等。即使經過細致的設計和制造，相應的參數(shù)選用適宜，構造配置也極盡合理，但在實際運行過程中，也不可避免的存在諸多的影響條件，例如：氣流波動，每次風里煤粉濃度的差異，煤質的變遷，配方差異均能作用于鍋爐的實際運行，影響到結焦情況的發(fā)生。因此，即使鍋爐定型，后續(xù)的運行過程調整對于結焦的防治就至關重要了。

3.1 嚴格燃料管理

在鍋爐實際燃燒中，煤種偏離預期設計十分普遍。為了保障鍋爐燃燒持續(xù)穩(wěn)定，防止結焦，必需從煤質這一源頭加以把握，爐煤嚴格的特性檢測十分必要。依據(jù)具體燃煤特性設計，參照每一個鍋爐具體的配風運行方式，萬不可“一招鮮吃遍天下”。依據(jù)鍋爐用煤摻配要求，采取適宜的配煤方式，務必下降其結焦性和粘結性參數(shù)，確保入爐煤質量。

3.2 優(yōu)化運行調整

（1）保證適當?shù)囊淮物L速度和一次風調平

一次風速的調整必需依據(jù)煤質的相應變化來實施。在進行鍋爐冷態(tài)空氣動力場試驗時，須將一次風調平并同時標定一次風速。熱態(tài)時依據(jù)一次風速，通過一次風可調縮孔對各一次風進行調平。熱態(tài)一次風調平后固定一次風可調縮孔。降低一次風速度可降低一次風射流的剛性，防止煤粉氣流沖擊對面爐墻以防止爐膛結渣，一次風速過低，粉煤射流剛性差，將在燃燒器附近水冷壁及燃燒器噴口附近產生結焦。實際運行中通過調整一次風壓實現(xiàn)對一次風速的調整。調整四角風粉分配的均勻性，防止一次風氣流直接沖刷壁面，必要時采取降負荷運行。

（2）保證適當?shù)呐滹L方式

處在兩個一次風氣流的居中位置，中部的二次風如若動量不大時，一次風氣流對它產生的吸卷量不大，引起的負壓也比較有限。因而，來自于上角的主氣流產生的沖擊力也控制在一定的限度以內，中部的一次風氣流因而保持平穩(wěn)，不會發(fā)生嚴重的偏轉引發(fā)結焦。在具體鍋爐的燃燒器中，二次風在各層之間所采用的分配方式以縮腰型來配風，上下兩層二次風擋板開度較大，可為100%，中間二次風則為30%-50%，在燃煤質量較好的情況下可以上調10%-20%，此為縮腰型配風。這樣的方式能夠促進煤粉的著火，對于燃燒過程的穩(wěn)定度和經濟性有所提升，結焦現(xiàn)象在這個過程中也得到了很大程度的改善。

（3）保證適當?shù)倪^量空氣系數(shù)

根據(jù)上文提到：在水冷壁附近如若出現(xiàn)還原性氣體氛圍，那么則會出現(xiàn)較為嚴重的積灰和結焦。因此保證還原性氣體氛圍的削弱和不出現(xiàn)，即需要做到空氣和燃料的均勻良好混合，在此過程中適當?shù)奶嵘^量空氣系數(shù)是行之有效的方法。有時，即使是爐內總的空氣量較大，但是在一二次風的方位，速度，容量的配置不盡合理時，在局部部分仍然會出現(xiàn)由于得到氧氣，熾熱焦炭和揮發(fā)物質形成的還原性氣體氛圍。當含氧量低至3%以下時，局部的缺氧會引起一氧化碳成分很快增加，加劇缺氧的氛圍。綜上所述：在運行過程中提高過量空氣系數(shù)，均勻配風，能預防局部負荷過重，預防區(qū)域性還原性氣體氛圍的產生，從而防治結焦。

（4）合理調整風煤比

煤粉噴口處的煤和粉的比例對于后期是否出現(xiàn)結焦影響較大，分配比例不均勻的煤粉會造成爐膛的局部部分出現(xiàn)氧氣不足以及負荷不均勻的情況。由于助燃空氣不充足，爐膛結焦的情況不可避免。對于煤粉比例的調節(jié)有以下幾點可以注意：燃燒器在配風過程中，做到四角風量的調平，回避缺角的情況。當出現(xiàn)配風不均勻的情況時，即使燃燒器缺角運作，爐內的火焰中心必會發(fā)生偏斜。保證同層的燃燒器相同出力，則火焰中心自不會偏斜，爐膛內的熱負荷不會下降，均勻分布；下層部分的給粉出力與上層部分相匹配，如若出現(xiàn)下層高于上層，爐膛出口的煙溫會下降；依據(jù)燃煤煤質的不同調節(jié)適宜的熱風溫度；使用的燃煤煤質組分中揮發(fā)份比例較大時，適時打開冷一次風門，下降一次風溫，保證著火點不要太過接近。

（5）保證火焰中心位置

對于漏風情況的發(fā)生應予以及時的發(fā)現(xiàn)排查，及時聯(lián)系處理。尤其應該針對干渣機冷卻風門、撈渣機爐底水封、爐膛入孔、爐膛看火孔等細節(jié)部分。

（6）嚴格吹灰操作

保持水冷壁還有受熱表面的干凈清潔，定期予以吹灰處理。尤其是在工況已經出現(xiàn)反常，結焦情況較為嚴重的狀況下，吹灰的操作可予以頻率次數(shù)的增加，阻止結焦現(xiàn)象的繼續(xù)發(fā)展。在吹灰過程中，掉焦滅火對撈渣機會造成嚴重影響，因此需要回避。在吹灰時：維持爐膛負壓在一個較高的水平。如若出現(xiàn)掉焦，則會引起爐膛負壓急劇增高產生鍋爐MFT。掉大焦對干渣機的影響是會引發(fā)干渣機的卡死，繼而出現(xiàn)過負荷跳閘。

4 結束語

對于現(xiàn)階段的我國國情而言，能源結構積重難返，改革和蛻變需要許多人和長時間的努力。也因此：燃煤電站鍋爐的應用仍是普遍的，且不可或缺的主要能源來源方式。鍋爐結焦問題的解決也變得十分必要，需要重視。鍋爐結焦成因復雜，影響因素眾多且互相交叉，必須從各個因素入手加強運維管理，尤其針對不同情況，對于燃燒過程的優(yōu)化調整，才能從根源上防治鍋爐結焦現(xiàn)象的發(fā)生，從而推動電廠鍋爐產業(yè)經濟以穩(wěn)定和安全的方式正常運行。

參考文獻：

[1]楊新宇，高山，任龍順，等.煤粉鍋爐結焦的原因分析與預防措施[J].山東電力技術，2007（06）：45-46+44.

[2]趙曉義.電廠鍋爐結焦原因分析與對策[J].能源與節(jié)能，2016（09）：133-134+136.

[3]李進.鍋爐結焦的危害及防治措施探討[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（06）：79.endprint