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1、锅炉结焦原因分析及治理改进 1 主 要 内 容 结焦的危害 结焦过程及判据 原因分析 治理改进措施 2 1 概述 随着国家西部开发战略和可持续发展战略的深入实 施 国民经济快速 稳定发展 同时国家节能降耗 环 保减排的治理力度也在不断加大 电力能源建设迎来了 飞速发展的大好时机和重大挑战 近年来 一大批现代 国外进口及国产大型锅炉相继投入商业运行 大型锅炉 机组燃料利用率高 具有良好的深度调峰能力 环境保 护问题得到较好解决 热工自动控制水平显著加强提高 但锅炉运行的安全性 可靠性研究成为日益重要的课 题 它直接影响到燃煤发电技术发展和作为成熟商业技 术的推广应用 我国是产煤大国 煤炭资源丰富
2、 煤种品质差异很 大 变化范围宽广 因此决定了火力发电厂以燃用煤炭 为主 据统计我国70 以上发电装机容量为燃煤发电机 组 而区内更高达90 以上 动力用煤普遍使用低品 3 位劣质煤种 加之现有供煤配煤系统有许多不完善之 处 新增大容量火电机组较多 幅度较大 电站锅炉 燃用煤种品质难以得到保证 锅炉燃煤多变且灰分有 不断升高 热值不断下降的趋势 有的煤种Aar甚至高 达40 以上 发热量仅为13800KJ Kg 3300Kcal Kg 接近于煤矸石品质 锅炉受热面产生了许多磨损 积 灰 结焦腐蚀 爆管等问题 使机组安全 可靠性得 不到根本保证 更谈不上经济性运行 锅炉结焦是运行中常见问题 且无
3、论锅炉容量大 小 形式如何 都难以避免 它对安全 经济运行影 响大 所涉及到的设备 系统范围广 原因错综复杂 根本解决问题 难度较大 因此 结合锅炉煤质 运行热力特性 对结焦机理进行研究分析 提出一些 使用的防治改进技术 具有重要意义 4 2 结焦的危害及治理意义 2 1 结焦的危害 结焦使受热面受到粘污 增大了传热热阻 使传热恶 化 据计算由于结焦会使受热面传热能力降低30 60 导致火焰中心上移 炉膛出口烟气温度升高 锅排烟 温度升高 各级减温水用量大幅度增加 超过设计用量50 60 甚至引发屏式过热器 高温对流过热器 再热器结焦 管壁超温 爆管 因大型锅炉过热器壁温安全裕度较 小 正常运
4、行时 已接近材料允许使用温度 烟气温度 升高 减温水量不足 很容易引起超温 在高温烟气作用下 灰焦往往与管壁发生电化学反应 产生高温腐蚀现象 煤中硫成份较高 会加剧这种腐 蚀 5 由于传热热阻增大 燃料利用率下降 会使锅炉无 法维持在满负荷下运行 只好进一步增加投煤量 提 高烟气温度 燃料浓度升高 助燃风浓度相对降低 形成恶性循环 严重时只能维持40 负荷 甚至深度 降负荷投油燃烧 借此维持平衡和甩焦 造成较大的经济损失 主要表现在 炉膛及排烟温 度升高致使锅炉效率平均降低1 2 煤耗大幅增加 低负荷运行经济性很差 甚至被迫停炉 经常停炉 清焦 运行 检修成本增加 少发电量进一步带来损 失 人
5、身 设备安全受到严重威胁 坠落的焦块可能造 成锅炉灭火 放炮 经常砸坏炉底冷灰斗水冷壁 炉 底除渣设备和液压关断门 甚至造成人员 2 2 治理意义 6 显著的经济效益 降低锅炉的启停损失 减少燃油消耗量 燃料利用 率提高 统计计算表明 300MW机组 启停一次经济损失 为240 260万元 锅炉效率提高1 2 可降低发电煤 耗8 10g KW h 排烟温度降低10 可降低发电煤耗1 2g KW h 提高机组可靠性增加发电量 增加带负荷能 力 使检修 抢修 临修 运行维护成本降低30 40 良好的社会效益 增加机组可利用小时数 锅炉安全 稳定 经济 可靠性得到根本保证 确保东送潮流稳定 启停次数
6、减 少 燃油量减少 水 汽排放量降低 环境污染程度减 轻 有利于资源有效合理利用 提高劳动生产率 降低检修劳动强度 提高企业竞 争力 为机组节能降耗工作开展 创造了有利条件 7 3 结焦过程及判据 3 1 结焦过程 结焦 烟气中携带的熔化或部分熔化的灰颗粒 碰撞到 受热面管子被冷却凝固而形成 形态主要以粘稠或熔融的 沉淀物形式出现 主要出现在辐射 半辐射和高温对流等 受热面 结焦过程 结焦是一个物理 化学综合过程 基本上 分两个阶段 首先是煤中的碱金属化合物 黄铁矿分解产 物 钙和磷的化合物 由煤颗粒中挥发出来 变成以氧化 物 氯化物 氢氧化物的蒸汽或气体 随烟气冲刷高过管 子 换热冷却后在管
7、子外表面凝结 形成粘结性沉淀层 同时 在高温烟气中硫氧化物气体长期作用 烧结 下 形成薄而密实的硫酸盐沉积层 第一层灰 该沉积灰层 极难清除 然后随着灰层厚度不断增加 其灰污表面温度 不断升高 逐渐接近于当地烟气温度 若此烟气温度使灰 处于熔化状态 则则在第一层层粗糙的灰层层表面及易 8 粘附一些烟气中尚未得到冷却成为凝固状态的液态灰颗 粒 形成增长速度很快的梳状 松散多孔的外灰层沉积 物 第二层灰 也就开始了结焦过程 形成第二层灰 渣后 渣层中发生物理化学变化 使灰层强度增加 继 续粘附灰粒 厚度逐渐增大 其次 由于燃烧器最上层一次风喷口到屏过底部距离 不能满足煤粉在炉膛内充分燃烧要求 停留
8、时间短 或炉膛内水冷壁结焦 致使炉膛出口烟气温度 高于灰 的熔化温度 灰粒处于熔融或半熔融状态 直接粘附在 高过管子外表面 不断发展 恶化 使烟气通道堵塞 3 2 结焦判据 工程中常用的预测炉内结焦倾向方法有以下几种 3 2 1根据煤灰熔点温度进进行预测预测 9 还原性气氛中煤灰初始变形温度t1 t1 1289 不结 焦 t1 1108 1288 中等结焦 t1 1107 严重结焦 美国CE公司DT 相当t1 温度判据为 DT 1371 不 结焦 DT 1093 1204 易结焦 弱还原性气氛中煤灰软化温度t2 t2 1390 轻微结 焦 t2 1260 1390 中等结焦 t2 1260 严
9、重结焦 该判据具有65 的分辨率 日本用t2温度判据为 t2 1230 结焦性低 t2 1230 结焦性高 3 2 2 根据煤灰成份综合比值进行预测 硅比系数G 定义式如下 式3 2 1 式中当量Fe2O3 Fe2O3 1 11FeO 1 43Fe 硅比中分 母大多为为助熔剂剂 SiO2大则则灰渣粘度和灰熔点较较高 因 此 G越大 结结焦倾倾向越小 判据如下 10 硅 铝比 判据为 SiO2 Al2O3 1 87 轻微结焦 SiO2 Al2O3 1 87 2 65 中等结焦 SiO2 Al2O3 2 65 严重结焦 铁 钙比 美国判据 推荐值为 Fe2O3 CaO 0 3 不结焦 Fe2O3
10、CaO 0 3 3 0 中等或严重结焦 Fe2O3 CaO 3 0 不结焦 碱 酸比 B A 定义式如下 式3 2 2 硅比 我国 美国法国结焦倾向 G 78 8 72 80 72轻微 66 1 78 8 65 7265 72中等 66 1 50 65 65严重 11 判据如下 上述预测预测 炉内结结焦倾倾向的方法没有绝对绝对 性 实际实际 应应用 往往几种方法互相结结合采用 综综合判定 碱酸比 我国 国外结焦倾向 B A 0 4 0 7严重 0 206 0 40 4 0 7中等 0 206 0 4轻微 12 4 原因分析 锅炉结焦 往往是由于众多因素综合作用 而产生的 所涉及到的设备 系统亦
11、较多 本文将从燃料 设备 运 行等几方面加以分析 4 1 燃料 入炉煤 1168 煤灰熔点 煤灰熔点是导致锅炉结焦的重要原因之一 根据判据 t1 1100 t2 1200 的煤即属于易结焦煤 种 因该温度已非常接近炉内烟气温度 煤灰颗粒处于熔 融状态 煤灰粘结到受热面管子上的几率较大 煤灰成分 煤灰中对结焦有重要影响的成份主要为碱金 属化合物 包括氧化物 氯化物 氢氧化物等 含铁矿 物盐 复合硫酸盐 硅铝酸盐 它们往往形成共熔体复合 盐 在高温烟气中分解 挥发而成蒸汽 气体 有的发生 化学反应应 碱金属氧化物 氯氯化物及其硅酸盐盐 硫酸盐盐 类类易挥发挥发 能促进进灰层层形成 降低灰熔点 Fe
12、S FeO熔 点较较低 且使灰熔点降低 SiO2熔点和气化温度很 13 高 但硅酸盐的共熔体熔点有较大降低 Al2O3使灰熔点 升高 CaO则是低熔点共晶体的重要组成部分 在10 以 内 可使灰熔点降低 当 30 后 灰熔点显著升高 灰量 灰熔点与灰份含量有一定关系 灰份为7 15 灰熔点迅速降低 在10 25 的范围内 灰熔点出现 最低值 4 2 锅炉设备 炉膛几何尺寸 重要几何尺寸包括炉膛长宽及断面尺 寸 炉膛有效高度 火焰相对中心等 这些尺寸决定了 炉膛热负荷是否与煤种相匹配 并能够满足炉内火焰充 满度好 煤粉充分燃烧 组织合理的燃烧空气动力工况 炉膛断面宽深比宜为1 0 1 1 不宜超
13、过1 25 如几 何尺寸设计不当 将使热负荷值较高则必然导致炉内局 部区域或整体结焦 我国各容量电站锅炉热负荷推荐 14 值如下 炉膛容积热负荷推荐值 qV KW m3 炉膛断面热负荷推荐值 qA MW m3 燃料 固态排渣炉 液态排渣炉 开式炉膛半开式炉膛熔渣段 无烟煤109 140 145 169538 698 贫煤116 163151 186163 198523 698 烟煤99 198 186 198523 640 褐煤93 151 油233 349 气349 15 锅炉蒸发量 t h 22041067010002000 切 向 燃 烧 褐煤和易结渣 煤 2 10 2 56 2 91
14、3 37 3 20 3 72 3 20 3 78 3 30 3 83 烟煤 2 33 2 67 2 79 4 07 3 72 4 65 4 37 5 40 4 80 5 62 无烟煤 贫煤 2 20 3 48 2 58 3 50 2 73 4 00 4 98 前墙或对冲燃烧 2 21 2 79 3 02 3 72 3 49 4 07 油 气 4 07 4 77 4 19 5 29 5 23 6 16 6 12 7 79 7 09 8 14 16 燃烧器区域容积热负荷 qrv 及壁面热负荷 qrf 燃烧烧器角度 切圆圆直径 高宽宽比等几何尺寸 对对于四 角切圆圆燃烧烧的直流燃烧烧器组较为组较为
15、重要的几何尺寸为为 燃烧烧器喷喷口轴线轴线 与水冷壁夹夹角或与炉膛断面对对角线间线间 夹夹角 该该尺寸决定了假想切圆圆直径的大小和喷喷口两侧侧 压压差大小 假想切圆圆大则实际则实际 切圆圆也较较大 切圆过圆过 大 则则气流偏转转明显显 易造成气流扫边扫边 如图图所示 对对 固态态排渣炉假想切圆圆直径d0 0 08 0 1 A 液态态排 渣炉d0 0 1 0 16 A 对对燃油锅锅炉d0 0 15A 由于 临临角气流 燃料qrv MW m3qrf MW m2 无烟煤 贫煤0 35 0 751 0 1 8 烟煤0 40 0 781 1 1 2 褐煤0 19 0 440 93 1 36 17 和上下
16、气流的相互作用 及热热烟气膨胀胀 实际实际 切圆圆直 径是假想切圆圆直径的7 8倍 高宽宽比h b 燃烧烧器一 二次风喷风喷 口间间相对间对间 距 b h b过过大意味着气流刚刚性变变差 b过过小意味着 气流上下部分的补补气条件不足 这这些都会导导致气流出离 喷喷口后 迅速发发生大幅度偏转转 使切圆圆直径变变大 极 易发发生气流扫边扫边 h b推荐值为值为 8 9 b对对无烟煤和 贫贫煤 0 3 0 9 对对烟煤和褐煤为为0 0 3 因此 大型 锅炉燃烧器一般分为上下两组 之间并保持有较大间距 18 对于旋流燃烧器主要几何尺寸为 相邻燃烧器的间距 a 该推荐值为双层错列布置时 为 3 5 4 0 D 双 层顺列布置时 为 2 5 3 0 D 边侧燃烧器至临墙 距离ab该推荐值为 1 4 1 6 D a过小则相邻燃烧器 火焰气流不能自由扩散 相互产生干扰 ab过小则会导 致火焰刷墙 火焰高度 燃烧器最上排一次风 三次风 喷口到屏 底距离或出口烟窗中心的距离 通常要求该距离 炉 宽 炉深 2 四角切圆燃烧的锅炉该值要大于前墙或 对冲燃烧的锅炉 该值过小则煤粉得不到充分燃烧 火 焰上移 灰粒
