火電廠鍋爐結(jié)焦的原因與預(yù)防措施研究

易鼎強(qiáng)

（國(guó)能（泉州）熱電有限公司，泉州 362804）

火電廠利用可燃物燃燒獲取熱能，然后將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，最終將電能輸送出去供廣大居民使用。在電力企業(yè)發(fā)展過(guò)程中，確保發(fā)電廠的發(fā)電穩(wěn)定性與安全性十分重要?；痣姀S發(fā)電的主要設(shè)備是鍋爐，但是鍋爐在長(zhǎng)期使用過(guò)程中容易出現(xiàn)受熱面結(jié)焦的問(wèn)題，進(jìn)而影響火電廠的發(fā)電效率。為了提高火電廠發(fā)電效率，有必要研究火電廠鍋爐結(jié)焦的具體原因及其危害，并在此基礎(chǔ)上探索火電廠鍋爐結(jié)焦的預(yù)防策略。

1 火電廠鍋爐結(jié)焦的原因分析

1.1 燃燒所用的煤質(zhì)差

目前，我國(guó)火力發(fā)電廠的主要燃料為煤，而煤質(zhì)差是導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦問(wèn)題的關(guān)鍵因素?；痣姀S鍋爐運(yùn)作過(guò)程中，煤的軟化溫度、融化溫度等指標(biāo)都會(huì)受到煤質(zhì)影響。如果煤的質(zhì)量較差，其灰分熔融特性的變形溫度可能出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦的程度因煤質(zhì)的不同而有所差異。尤其是富含堿性氧化物的煤，其熱穩(wěn)定性較差，主要是由于熔點(diǎn)較低，更可能引發(fā)鍋爐的結(jié)焦問(wèn)題。如果煤的組成成分中氧化鋁、氧化硅占比大，則較少引發(fā)鍋爐的結(jié)焦問(wèn)題。當(dāng)前，許多發(fā)電廠在采購(gòu)鍋爐燃料時(shí)，常常為了降低成本選擇品質(zhì)差的煤，很可能會(huì)造成鍋爐結(jié)焦。

1.2 爐膛溫度異常

在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，如果缺乏有效的爐腔溫度管理，也會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。煤燃燒過(guò)程中，爐膛的溫度較高，飛灰受高溫影響可能呈軟化或熔融狀態(tài)，固體顆粒附著于飛灰表面，極易造成鍋爐結(jié)焦問(wèn)題。需注意，鍋爐是否結(jié)焦與鍋爐內(nèi)氧氣含量是否充足有較大關(guān)聯(lián)。當(dāng)鍋爐內(nèi)含氧量處于較低水平時(shí)，部分燃燒區(qū)域可能會(huì)形成還原性氣氛，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)的灰熔點(diǎn)降低而結(jié)焦[1]。同時(shí)，爐內(nèi)氧氣過(guò)少意味著鍋爐送風(fēng)量不足，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛的局部溫度升高，進(jìn)而出現(xiàn)結(jié)焦問(wèn)題。

1.3 吹灰不及時(shí)與高負(fù)荷運(yùn)行

吹灰不及時(shí)、長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行是鍋爐結(jié)焦的原因之一?；痣姀S的鍋爐運(yùn)行時(shí)，受熱面上的積灰和結(jié)渣是常見(jiàn)問(wèn)題。積灰和結(jié)渣會(huì)降低鍋爐的傳熱效率，影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。如果吹灰不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致受熱面的熱阻增加，傳熱效率下降，進(jìn)而出現(xiàn)鍋爐結(jié)焦。當(dāng)鍋爐長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，爐膛內(nèi)的溫度和壓力會(huì)相應(yīng)升高，灰熔點(diǎn)也會(huì)降低，導(dǎo)致受熱面材料的腐蝕和磨損，更容易形成結(jié)焦和積灰問(wèn)題。

2 火電廠鍋爐結(jié)焦的預(yù)防措施

2.1 嚴(yán)格控制燃煤質(zhì)量

燃煤是火電廠的主要燃料，其質(zhì)量直接影響鍋爐的運(yùn)行和結(jié)焦的可能性。為預(yù)防鍋爐結(jié)焦，需要從燃煤的采購(gòu)和管理入手，嚴(yán)格控制其質(zhì)量和成分。

在燃煤采購(gòu)方面，應(yīng)根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種的主要特性（灰分、灰熔點(diǎn)、水分、揮發(fā)分），組織燃料采購(gòu)。灰分、灰熔點(diǎn)和水分是影響燃煤結(jié)渣性能的重要因素[3]。其中：灰分含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致火焰中心溫度升高，促進(jìn)結(jié)渣；灰熔點(diǎn)低容易形成液態(tài)渣，液態(tài)渣黏附在受熱面上形成結(jié)渣；水分含量高則會(huì)導(dǎo)致煙氣中水蒸氣含量增加，加劇受熱面的腐蝕和結(jié)渣。因此，在采購(gòu)燃煤時(shí)，應(yīng)盡量選購(gòu)與鍋爐設(shè)計(jì)煤種相近的煤種，以確保其灰分、灰熔點(diǎn)和水分含量等符合要求。若無(wú)法滿足，應(yīng)盡可能選用成分比較穩(wěn)定、含灰量和含水量少的煤種，以降低結(jié)焦的可能性。

2.2 嚴(yán)格控制鍋爐溫度

針對(duì)鍋爐爐膛溫度異常導(dǎo)致的結(jié)焦問(wèn)題，火電廠可以采取一系列措施來(lái)控制爐內(nèi)溫度。例如，實(shí)施24 h 監(jiān)控，根據(jù)不同的結(jié)焦情況及時(shí)調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)部的溫差，以控制煤灰的堆積量，避免產(chǎn)生焦?fàn)钗镔|(zhì)。此外，相關(guān)人員需要定期檢查每個(gè)粉管的出料量，以確保其處于正常范圍，避免粉量過(guò)大而產(chǎn)生還原性氣氛，進(jìn)而導(dǎo)致燃燒器噴口的結(jié)焦。在調(diào)整鍋爐的熱態(tài)燃燒時(shí)，需要堅(jiān)持合理性原則，合理組織燃燒工況，確保每一個(gè)燃燒器配風(fēng)均衡，風(fēng)率、風(fēng)速與風(fēng)煤配比合理，有效控制鍋爐溫度。通過(guò)精細(xì)的設(shè)計(jì)，確保最佳的過(guò)量空氣系數(shù)，從而使煤粉充分燃燒，避免在爐壁附近出現(xiàn)還原性氣氛。

2.3 合理?yè)綗?/h3>

合理?yè)綗峭ㄟ^(guò)科學(xué)搭配不同煤種，調(diào)整入爐煤配比和上煤方式，實(shí)現(xiàn)充分燃燒并防止結(jié)焦的目標(biāo)。實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)入場(chǎng)煤化驗(yàn)數(shù)據(jù)掌握各種煤的主要特性，再針對(duì)性進(jìn)行摻燒和調(diào)整。例如，根據(jù)不同煤種的灰分、灰熔點(diǎn)、水分以及揮發(fā)分等特性，選擇適合鍋爐燃燒要求的煤種進(jìn)行摻燒。另外，煤的粒度大小會(huì)影響其燃燒和結(jié)渣性能。一般來(lái)說(shuō)，煤的粒度越小，燃燒越充分，更容易形成積灰和結(jié)渣，因此需要根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行情況選擇合適的煤粒度[4]。煤的水分含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致不易燃燒，還會(huì)加劇受熱面的腐蝕和結(jié)渣，因此在摻燒過(guò)程中應(yīng)盡量選擇干燥的煤種進(jìn)行摻燒。

2.4 合理調(diào)整燃燒工況

調(diào)整燃燒工況是鍋爐運(yùn)行的重要保障，能夠有效預(yù)防鍋爐結(jié)焦，需要調(diào)整的具體內(nèi)容包括5 個(gè)部分。第一，調(diào)節(jié)三次風(fēng)。三次風(fēng)是是制粉系統(tǒng)排出的干燥風(fēng)，其作用是提供燃料燃燒所需的空氣。在運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)節(jié)三次風(fēng)的風(fēng)量，使火焰不貼壁，避免在下?tīng)t膛形成擴(kuò)散燃燒。第二，調(diào)節(jié)二次風(fēng)。二次風(fēng)是從空氣預(yù)熱器后、燃料燃燒器前進(jìn)入爐膛的空氣。調(diào)節(jié)二次風(fēng)的風(fēng)量，可以提供充足的氧量，保證煤粉的充分燃燒，有助于控制火焰的形狀和長(zhǎng)度。調(diào)節(jié)二次風(fēng)的風(fēng)量時(shí)應(yīng)注意風(fēng)速不能過(guò)高，以防吹散煤粉。第三，調(diào)節(jié)一次風(fēng)。一次風(fēng)是攜帶煤粉進(jìn)入燃燒器的空氣，風(fēng)量和風(fēng)速的調(diào)節(jié)需要注意火焰長(zhǎng)度合適，保證煤粉在爐膛內(nèi)得到充分燃燒。同時(shí)，根據(jù)揮發(fā)分的情況控制磨煤機(jī)出口溫度不超過(guò)60 ℃，防止燒壞噴燃器和附近結(jié)焦。第四，調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)。吸風(fēng)機(jī)的作用是吸入空氣，使?fàn)t膛保持負(fù)壓，保證空氣和燃料充分混合和燃燒。通過(guò)調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，可以保持爐膛負(fù)壓在-70 Pa 左右，從而控制爐內(nèi)空氣和燃料混合的比例，達(dá)到充分燃燒的目的[5]。第五，控制氧量。在鍋爐運(yùn)行中，需要控制爐膛內(nèi)氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～6%。同時(shí)，密切關(guān)注煤質(zhì)情況和負(fù)荷變化，及時(shí)調(diào)整燃燒工況。缺氧燃燒會(huì)導(dǎo)致燃料燃燒不完全，產(chǎn)生一氧化碳等有害氣體。氧量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛溫度過(guò)高，引起結(jié)渣和腐蝕等問(wèn)題。

3 火電廠鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦解決案例分析

某火電廠一期工程安裝1 臺(tái)2×350 MW 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，并配裝2 臺(tái)超臨界直流鍋爐，屬于單爐膛、一回路中間重新加熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)的Π 型鍋爐。設(shè)計(jì)煤種為70%華亭煙煤和30%鄭州貧煤的混煤，鍋爐為前后墻（前墻3層、后墻2 層）對(duì)沖燃燒，正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

3.1 鍋爐的結(jié)焦情況

由于煤炭資源市場(chǎng)的沖擊，電廠對(duì)煙煤和貧煤的摻燒進(jìn)行了不斷摸索。特別是超低排放改造結(jié)束后，燃煤灰分和硫分都有了進(jìn)一步提高。2022 年2 月7 日，1#鍋爐運(yùn)行時(shí)，A 磨煤機(jī)使用80%華亭煙煤和20%貧瘦煤混合燃燒，混煤化驗(yàn)灰熔點(diǎn)為1 304 ℃。B 磨煤機(jī)和D 磨煤機(jī)使用70%陶勒蓋煙煤和30%貧瘦煤混合燃燒，混煤化驗(yàn)灰熔點(diǎn)為1 294 ℃。C 磨煤機(jī)使用70%華亭煙煤和30%貧瘦煤混合燃燒，混煤化驗(yàn)灰的熔點(diǎn)為1 326 ℃。E 磨煤機(jī)使用60%陶勒蓋煙煤和40%貧瘦煤混合燃燒，混煤化驗(yàn)灰的熔點(diǎn)為1 321 ℃。研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐渣井存在熔融狀態(tài)的焦流，渣井冷卻凝固時(shí)質(zhì)地變硬，持續(xù)運(yùn)行到2 月28 日時(shí)焦塊積存，落渣口被堵，造成強(qiáng)制停爐治理。

3.2 結(jié)焦原因分析

燃用煤質(zhì)與設(shè)計(jì)偏差大，配煤成分比較復(fù)雜，導(dǎo)致混煤時(shí)灰熔點(diǎn)較低。對(duì)煤質(zhì)指標(biāo)的分析表明，燃用煤種較多，配煤以下層燃燒器燒煙煤為主，中、上層摻貧煤為輔。燃用煙煤方面，陶勒蓋等煙煤灰熔點(diǎn)低于1 250 ℃，屬于易結(jié)焦煤。多種煤種混合燃燒時(shí)，混煤灰熔點(diǎn)并不是各煤種熔點(diǎn)的算術(shù)或加權(quán)平均值，而是會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的變化。此外，使用的各種煤中硫含量均在2.00%以上，高達(dá)3.42%，屬于高硫分煤。煤中硫含量高將進(jìn)一步降低混煤灰熔點(diǎn)，增加結(jié)焦。燃煤灰分大會(huì)加重灰渣產(chǎn)生，設(shè)計(jì)煤種灰分為17.67%，但實(shí)際入爐煤煤質(zhì)灰分多在20.00%以上，提高了灰渣產(chǎn)量。

另外，摻燒比例不夠穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦。在混燒各種煤時(shí)，料場(chǎng)混勻有實(shí)際困難，而鍋爐又在同一條皮帶分倉(cāng)內(nèi)分燒各種煤種，多種煤種上料配比控制不準(zhǔn)確，導(dǎo)致原煤倉(cāng)實(shí)際倉(cāng)煤種和計(jì)算摻燒配比失準(zhǔn)。鍋爐配煤中，摻燒配比不斷摸索和調(diào)整使得燃燒更加復(fù)雜，鍋爐結(jié)焦加重。

3.3 解決措施

第一，采取替換合理的配煤摻燒、提高燃煤灰熔點(diǎn)、調(diào)整各層燃燒器的配煤方式等措施。A ～E 磨煤機(jī)替換原煤種，提高灰熔點(diǎn)。A 層燃燒器（主力燃燒器）換成灰熔點(diǎn)較高的煙煤，B、D、E 調(diào)節(jié)負(fù)荷層燃燒器，在增加混煤后灰熔點(diǎn)的情況下燃用同一種煤。

第二，盡量減小燃煤灰分。在混煤過(guò)程中最大限度降低灰分高的煤種比例，確實(shí)無(wú)法避免的情況下，采取加大底層二次風(fēng)量的操作模式，以確保整個(gè)燃燒區(qū)域的穩(wěn)定性，降低灰渣在渣井中直接下落的概率。

第三，控制配煤摻燒穩(wěn)定比例。在沒(méi)有尋找到最佳配煤比例的情況下，每種混煤方式都要平穩(wěn)運(yùn)行一定時(shí)間，并對(duì)各區(qū)管道壁溫、鍋爐結(jié)焦等進(jìn)行細(xì)致追蹤，以確定觀測(cè)到配煤摻燒的影響，直到摸索出能滿足該鍋爐使用要求的配煤比例。

第四，鍋爐結(jié)焦前期，各層燃燒器的倒換操作干擾了燃燒和脫焦。鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中，一般C 層燃燒器處于備用狀態(tài)，在檢測(cè)到結(jié)焦現(xiàn)象的前提下，針對(duì)前后墻部分結(jié)焦的初始階段，采用靈活倒換不同層燃燒器的運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)主燃燒區(qū)和溫度場(chǎng)的偏移，并擾動(dòng)脫焦。

第五，定期優(yōu)化調(diào)整燃燒。定期開(kāi)展燃燒器維護(hù)檢修和風(fēng)門(mén)擋板檢修校準(zhǔn)工作，并在此基礎(chǔ)上邀請(qǐng)研究院的技術(shù)人員開(kāi)展鍋爐燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，得出結(jié)論并提出建議，制定合理的燃燒調(diào)整配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)以保證鍋爐燃燒平穩(wěn)、主燃燒器不發(fā)生偏移、配風(fēng)合理。

4 結(jié)語(yǔ)

由當(dāng)前研究成果和實(shí)踐案例可以看出，深入探討火電廠鍋爐結(jié)焦的原因及相關(guān)預(yù)防與控制技術(shù)對(duì)于保障火電廠穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)此，火電廠應(yīng)從全局角度出發(fā)，從以往案例中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定出可靠的預(yù)防與控制方案，以便在未來(lái)的發(fā)電過(guò)程中減少鍋爐結(jié)焦帶來(lái)的損失，從而提高整個(gè)火電廠的運(yùn)營(yíng)管理水平。