電廠鍋爐結(jié)焦原因與預(yù)防性措施分析

王兆方

（國能懷安熱電有限公司，河北 張家口 76150）

0 引言

近年來，我國科技發(fā)展不斷加快，各行業(yè)都取得了顯著進(jìn)步，特別是電力行業(yè)，取得了飛速發(fā)展。燃煤電廠每年需要使用大量煤炭資源作為燃料，電廠鍋爐在日常運(yùn)行中受不同煤質(zhì)影響，如果不能完全燃燒或燃燒不良，會(huì)導(dǎo)致大量結(jié)焦。因此，相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)不同煤質(zhì)對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，提高其燃燒率，但是相關(guān)預(yù)防性措施，只是對(duì)鍋爐結(jié)焦問題起到了一定的緩解作用，并不能從根本上避免這一問題。因此，需要從煤質(zhì)變化、鍋爐結(jié)構(gòu)及溫度分布上進(jìn)行全方位分析，從源頭上解決鍋爐結(jié)焦。

1 鍋爐結(jié)焦的因素

1.1 鍋爐爐膛溫度及其結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，鍋爐容積設(shè)計(jì)過小或鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行容易導(dǎo)致爐內(nèi)熱負(fù)荷過大，不僅增加風(fēng)機(jī)損耗，還會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)空氣量不足。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，鍋爐燃燒空氣分配方式得不到優(yōu)化，特別是當(dāng)煤粉顆粒燃燒不良、爐膛出口部分煤粉顆粒燃燒不完全、煙氣溫度高、爐膛出口結(jié)焦嚴(yán)重、煤質(zhì)變差時(shí)，容易在管道表面形成焦炭。通常鍋爐爐內(nèi)溫度越高，結(jié)焦機(jī)會(huì)越大。因此，鍋爐必須選擇尺寸和截面積有較大裕量的鍋爐，這樣可以有效地增加鍋爐吸熱能力，使煙氣溫度保持在合理范圍，使各個(gè)受熱面不易結(jié)焦。對(duì)于鍋爐型式的選擇，為防止鍋爐結(jié)焦，應(yīng)選擇較低的鍋爐容積熱負(fù)荷。這是因?yàn)?，如果鍋爐在高負(fù)荷下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，爐內(nèi)的容積熱負(fù)荷增加，由于鍋爐爐膛溫度急速上升，難以冷卻灰粒，當(dāng)熔融灰沉積物附著受熱面時(shí)，將產(chǎn)生大面積結(jié)焦。

圖1 鍋爐爐膛大小與機(jī)組功率的關(guān)系

1.2 煤粉特性

粗粉煤需要燃燒時(shí)間較長，不利于燃盡，當(dāng)處于較高溫度時(shí)，極其容易引起結(jié)焦。煤粉燃燒不完全時(shí)，隨煙氣移動(dòng)，飛到鍋爐水冷壁上冷卻固化，最終形成松散的灰層[1]。灰層凝結(jié)附著在鍋爐受熱面、爐壁及灰分顆粒表面，最終造成鍋爐結(jié)焦。但是，如果微粉煤過細(xì)，有利于快速燃盡，但有可能會(huì)提前起火，容易燒損燃燒器。因此，應(yīng)當(dāng)每月對(duì)煤粉進(jìn)行測試和調(diào)整，定期取樣分析灰分和爐渣（碳含量≤3%），定期測定鍋爐爐內(nèi)溫度，分析爐內(nèi)熱負(fù)荷分布，及時(shí)調(diào)整燃燒。粉煤過細(xì)會(huì)提前點(diǎn)火，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷迅速增加，容易導(dǎo)致結(jié)焦。適當(dāng)調(diào)整粉煤細(xì)度會(huì)降低結(jié)焦條件；同時(shí)，煤粉不能過粗，這樣燃燒中心會(huì)向上移動(dòng)，靠近爐膛出口，受熱面會(huì)被煙氣直接沖刷，爐膛出口各受熱面容易結(jié)焦。相反，若粉煤過細(xì)而燃燒中心向前方移動(dòng)，則在燃燒器口附近容易結(jié)焦。因此，必須選擇適當(dāng)細(xì)度的煤粉。

1.3 灰分熔點(diǎn)

如表1 所示，燃煤灰熔點(diǎn)一般約為1 250～1 500 ℃，部分煤灰熔點(diǎn)低于1 100 ℃。燃燒低灰熔點(diǎn)煤時(shí)，容易形成焦炭塊。鍋爐結(jié)焦根本原因是熔融或軟化狀態(tài)的灰分沉積在加熱表面上，灰熔點(diǎn)低的煤種容易黏附結(jié)焦。如果減少灰分沉積、提高灰熔點(diǎn)，就可以有效解決鍋爐結(jié)焦問題。因此，應(yīng)當(dāng)增加灰中熔點(diǎn)高的物質(zhì)，減少熔點(diǎn)低的物質(zhì)。例如，增加煤中FeS2、CO2、H2的含量，可以降低灰分的熔點(diǎn)。在其他條件相同的情況下，灰熔點(diǎn)隨煤中灰分含量而變化，這是因?yàn)樵诩訜嶂谢曳殖煞直舜私佑|的頻度越高，產(chǎn)生結(jié)合、分解的機(jī)會(huì)就越多，熔點(diǎn)降低的可能性就越高。因此，燃煤灰分越低，結(jié)焦的可能性越小。

1.4 燃燒程度

如果機(jī)組負(fù)荷長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐爐內(nèi)溫度長時(shí)間處于高溫運(yùn)行，當(dāng)爐內(nèi)溫度超過煤灰黏結(jié)溫度時(shí)，形成高溫焦炭。如果空氣分布不適當(dāng)，煤沒有完全燃燒，就會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳、氫氣和其他氣體，這會(huì)將灰中高熔點(diǎn)的氧化鐵還原成低熔點(diǎn)的氧化鐵，從而降低灰熔點(diǎn)（300～350 ℃）。當(dāng)鍋爐中氧含量相對(duì)較低時(shí)，鍋爐中逐漸形成相對(duì)較強(qiáng)的還原環(huán)境，灰熔點(diǎn)降低，最終引起鍋爐結(jié)焦。當(dāng)空氣預(yù)熱設(shè)備和送風(fēng)機(jī)影響鍋爐中的氧含量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的還原氣體，蓄積在爐膛出口，引起煤灰結(jié)焦。燃燒調(diào)整不合理，一次風(fēng)壓力過低，風(fēng)速過低，粉煤過細(xì)，點(diǎn)火過早，二次風(fēng)速過大，風(fēng)量分布不均勻，鍋爐運(yùn)行中空氣分布不合理或風(fēng)量不足、氧含量低時(shí)，鍋爐都會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦.

2 鍋爐結(jié)焦的預(yù)防性措施

2.1 做好燃煤管理

燃煤管理是發(fā)電廠購買優(yōu)質(zhì)煤的前提，也是合理燃煤的基礎(chǔ)。因此，為了防止鍋爐熱電不達(dá)標(biāo)，需要強(qiáng)調(diào)燃煤管理。

1）煤炭采購。煤質(zhì)不合格是鍋爐結(jié)焦的根本原因。因此，發(fā)電廠在購買燃料時(shí)，必須嚴(yán)格控制煤炭質(zhì)量，如選煤、灰熔點(diǎn)、水分和其他主要特性等。煤的成分比較穩(wěn)定，灰和石的含量很少，嚴(yán)格控制進(jìn)煤質(zhì)量，防止不符合電廠鍋爐燃燒要求的劣質(zhì)煤進(jìn)入，保持鍋爐高效運(yùn)行，同時(shí)需要根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種，嚴(yán)格控制煤炭采購。當(dāng)選擇燃煤時(shí)，應(yīng)盡量選擇穩(wěn)定且灰分含量低的煤。由此，避免了粗煤對(duì)鍋爐的結(jié)焦。

2）接收煤的管理。購買煤炭后，電廠需要妥善管理。采煤場所和煤炭種類要以工作為基礎(chǔ)，煤炭要按照良否標(biāo)準(zhǔn)原則分別堆放。在煤炭進(jìn)入電廠之前，管理人員必須接受嚴(yán)格的檢查和測試，拒絕接受不符合電廠鍋爐燃燒要求的煤炭。

3）合理的混合和燃燒。優(yōu)質(zhì)煤和標(biāo)準(zhǔn)煤很少，只考慮鍋爐燃燒過程中煤質(zhì)、資源的浪費(fèi)，影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。因此，各方應(yīng)根據(jù)鍋爐需要，根據(jù)煤質(zhì)特性，進(jìn)行合理混合和燃燒。但很多工人不了解煤炭的特性，不能合理分配，因此發(fā)電廠需要設(shè)立培訓(xùn)部門，工人需要解釋煤粉的特性以科學(xué)分配各種煤炭[2]。

2.2 做好燃燒工作

鍋爐出口煙氣溫度的升高會(huì)增加鍋爐排煙損失和引風(fēng)機(jī)功耗，嚴(yán)重時(shí)甚至迫使機(jī)組降負(fù)荷，甚至導(dǎo)致鍋爐被迫停運(yùn)。同時(shí)，結(jié)焦產(chǎn)生的大量爐渣不易輸送，嚴(yán)重時(shí)燃燒器附近煤粉起火。結(jié)焦燃燒時(shí)，導(dǎo)致過熱蒸汽溫度過高，蒸汽管道和水管也會(huì)破裂，不能進(jìn)行工質(zhì)傳輸，縮短了鍋爐設(shè)備的使用壽命[3]。如圖1所示，首先，在鍋爐維護(hù)和啟動(dòng)過程中，檢查鍋爐內(nèi)部的空氣動(dòng)力裝置，以確保鍋爐內(nèi)的所有風(fēng)量位置平衡、無偏轉(zhuǎn)角，各燃料噴射設(shè)備出口處的風(fēng)速也應(yīng)滿足要求。該位置使鍋爐內(nèi)部形成較為完整的動(dòng)態(tài)空氣動(dòng)力場，確保鍋爐穩(wěn)定安全運(yùn)行。其次，科學(xué)地調(diào)整熱運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒，要科學(xué)觀察和優(yōu)化鍋爐燃燒狀況，合理供風(fēng)和引風(fēng)比，確保爐內(nèi)負(fù)壓和火焰中心高度正常。同時(shí)，要確保一次空氣速度與二次空氣速度之比的合理性，防止火焰接觸爐壁，確保火焰良好的燃燒狀態(tài)。在選擇煤粉時(shí)，必須考慮煤粉能否穩(wěn)定燃燒、加熱鍋爐口后的受熱面是否結(jié)焦等各種因素。對(duì)于混合和燃燒不同的煤粉，需要合理確定煤粉均勻性。煤質(zhì)變動(dòng)時(shí)，作業(yè)人員如果不能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，鍋爐燃燒空氣分配方式不能達(dá)到最佳狀態(tài)，特別是煤粉顆粒燃燒不良，部分大顆粒煤粉未在爐膛出口燃燒，爐膛出口煙氣溫度偏高，結(jié)焦嚴(yán)重。由于鍋爐斷面大、熱負(fù)荷小，煤質(zhì)惡化，煤粉燃燒性能適應(yīng)性不強(qiáng)。同時(shí)，需要增加鍋爐的運(yùn)行氧含量，如果工作氧含量仍然低，則根據(jù)需要適當(dāng)降低負(fù)載，減少風(fēng)路阻力，增加風(fēng)機(jī)輸出功率。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，提高鍋爐運(yùn)行的熱效率，可以減少相同負(fù)荷下的燃料量和爐內(nèi)的熱負(fù)荷。在這種情況下，燃料在鍋爐中殘留的時(shí)間變長，燃料完全燃燒。這會(huì)減少鍋爐的結(jié)焦。此外，操作者需要在更高的溫度下運(yùn)行給水，以減少進(jìn)入鍋爐的燃料的量。

圖1 鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)

2.3 定期檢查鍋爐狀態(tài)

鍋爐結(jié)焦帶來的危害是一個(gè)過程，所以一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐有相關(guān)痕跡，就需要進(jìn)行處理。

1）鍋爐停機(jī)后，應(yīng)安排人員檢查爐內(nèi)結(jié)焦情況，安排維護(hù)和處理，修復(fù)發(fā)現(xiàn)的未密封部位。

2）確保鍋爐在正常模式下工作。在鍋爐運(yùn)行中，如果鍋爐長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，則爐內(nèi)和爐管的溫度上升，導(dǎo)致受熱面結(jié)焦。因此，必須確保鍋爐在正常條件下工作。

3）作業(yè)人員應(yīng)根據(jù)燃料的具體情況及時(shí)調(diào)整煤粉的細(xì)度。粗粉煤造成點(diǎn)火延遲，當(dāng)火焰被拉長時(shí)，爐口的灰粒仍處于高溫狀態(tài)，容易引起爐口的結(jié)焦。但是，如果微粉煤太細(xì)，燃料會(huì)提前點(diǎn)燃，所以燃燒器很容易燃燒。粉煤過細(xì)會(huì)使灰粒變細(xì)，灰粒附著在加熱表面容易結(jié)焦。因此，作業(yè)人員應(yīng)根據(jù)煤粉的細(xì)度進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整。由此，能夠?qū)⒔固繉?duì)鍋爐的影響抑制到最小限度。必須經(jīng)常檢查輸渣帶的運(yùn)行狀況。如果在運(yùn)行鋼帶上找不到爐渣，應(yīng)立即向上級(jí)報(bào)告。

4）作業(yè)人員必須經(jīng)常檢查鍋爐的運(yùn)行狀況，測量管道溫度。沒有發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，作業(yè)人員可以關(guān)閉鍋爐設(shè)備并清洗，防止清洗不干凈引起再度結(jié)焦。

3 結(jié)語

在火力發(fā)電廠中，使用煤燃燒方式的鍋爐可能導(dǎo)致結(jié)焦，出現(xiàn)過重負(fù)荷。因此，發(fā)電廠需要對(duì)燃煤進(jìn)行測試，解決鍋爐結(jié)焦問題，從電廠的各個(gè)方向著手，準(zhǔn)確記錄和分析各種煤的驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果能運(yùn)用高效技術(shù)糾正和控制煤炭燃燒率，并對(duì)設(shè)備部件進(jìn)行檢修技改，要做好燃燒工作，進(jìn)行反復(fù)檢查和調(diào)整，確保煤粉完全燃燒，鍋爐性能將有所改善，降低結(jié)焦的可能性。