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1、煤粉锅炉结焦原因分析及预防措施摘要在电站锅炉运行中，锅炉结焦是个长期存在并且一直困扰电站锅炉运行人员的主要问 题，它的存在不紧影响了锅炉的经济性，并且对锅炉的安全运行也造成一定的影响。电站 锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物 质在锅炉运行的过程中有时以各种各样的形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结焦。魏桥铝电公司热电厂#2炉自投运来长期存在结焦现象，其结焦区域分布在燃烧器周围， 燃烧区域的水冷壁管及三次风喷口上部，在屏过底部也有结焦。曾多次因锅炉掉焦发生灭 火及严重结焦被迫停运的事故，给锅炉安全运行及经济生产带来较大影响。本文首先通过 对锅炉结焦的
2、成因及结焦对锅炉安全运行的危害做了详细的介绍。再从燃煤煤质、运行氧 量、运行燃烧调整、炉膛出口烟温、炉空气动力场、吹灰情况等方面深入分析魏桥铝电公 司热电厂#2炉结焦问题，认为锅炉结焦主要是由于运行调整不当、运行氧量偏低、炉膛出 口烟温偏高、空气动力场不均、吹灰次数少等原因造成的，针对结焦原因采取相应合理的 综合治理措施。通过一段时间的运行#2炉结焦现象明显减少，锅炉运行工况得到改善，锅 炉运行效率也大幅提高。关键词：锅炉，燃烧，结焦，灭火1.引言魏桥铝电公司热电厂#2炉是锅炉厂生产的WGZ240/9.8-2型锅炉，为高压、单锅筒、 集中下降管、自然水循环、“口”型布置的固态排渣煤粉锅炉。设计
3、燃用贫煤，燃料特性 为：挥发份13%含碳量53%灰分35.12%硫份1.05%。采用中储式钢球磨煤机制粉系统, 12台给粉机，两台排粉机，四角切圆水平浓淡型直流燃烧器，两台送风机，两台引风机。#2炉在2006年投产，投产初期锅炉结焦现象轻微，从2007年02月以后，锅炉结焦严 重，结焦主要区域分布在燃烧器周围，燃烧区域的水冷壁管及三次风喷口上部，有些焦块 在屏过底部之间处也结焦，炉膛的大量结焦不但严重影响了锅炉主要参数的稳定。使气温 偏高，排烟温度升高，厂用电耗增大，致使锅炉的整体热效率降低。而且大量掉焦引起炉 膛负压波动并且几次因严重掉焦造成燃烧失稳最终导致锅炉灭火。由于大焦块的掉落堵塞 冷
4、灰斗造成排渣不畅，在除渣过程中大量的冷风漏入，严重危害锅炉安全稳定运行。 2.锅炉结焦机理锅炉结渣是个很复杂的物理化学过程 , 它涉及煤的燃烧、炉传热、传质、煤的潜在结 渣倾向、煤灰粒子在炉运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程。在燃料中都或多或少地含有灰分，特别是劣质煤的含灰量较多。灰分状态变化时经历三 种温度：变形温度DT，软化温度ST，熔化温度FT。其中，软化温度ST在熔融特性温度中 最为重要。在固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度高达1400*1600*。煤粉在炉膛燃烧 后一部分灰在炉高温环境下呈熔化或半熔化状态。正常情况下，由于水冷壁温度相对较低， 灰渣粒在接近水冷壁管之前，以辐射换热的形式
5、释放热量，其自身温度迅速降低而凝固， 最终可能在水冷壁管上形成一层疏松的积灰，在锅炉运行中积灰层自行脱落或通过吹灰器 吹落，灰层不至于发展为焦块。若灰渣粒在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态， 而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受烟气火焰冲刷的受热面或炉墙上，产生结焦。 一旦结焦发生，由于焦层的热阻使得传热恶化，焦层表面因得不到充分冷却而温度很高， 再加上焦层表面粗糙，炉灰渣粒更容易粘附上去，加速结焦过程的发展，从而形成更大的 焦块。3. 结渣的危害3.1 锅炉效率下降受热面结渣后，使传热恶化水冷壁的吸热量降低烟气温度升高造成排烟温度升高，锅炉 热效率下降；燃烧器出口结渣，造成气流偏斜
6、，燃烧恶化，有可能使机械未完全燃烧热损 化学未完全燃烧热损失增大；在炉膛出口处结焦，使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升。 自2007年以后，#2炉各项经济指标如飞灰由原来的7%8%,上升到10%12%排烟温 度由原来的 132*升高到 145*厂用电率也大幅升高，经济指标大幅下滑，使锅炉的经济 性变差。3.2 影响锅炉出力水冷壁结渣后，由于大量的结渣附着在水冷壁上，受热面汽水混合物吸热效果下降，如 保持燃料量不变，则锅炉的蒸发量将下降；炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁 温度升高，当结焦严重时通风阻力的增大，增大引风机出力，当引风机出力到最大时被迫 降低锅炉出力。3.3 影响锅炉运行的安全
7、性结渣后过热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；结渣往往是不均匀的，结 果使过热器热偏差增大，对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏 差带来不利影响；炉膛上部结渣块掉落时，可能砸坏冷灰斗水冷壁管，造成炉膛灭火或堵 塞排渣口，使锅炉被迫停止运行；除渣操作时间长时，炉膛漏入冷风太多，使燃烧不稳定 甚至灭火。锅炉的大焦块掉在捞渣机后，瞬间产生大量的水蒸气，破坏捞渣机的水封，同 时使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的 严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火。#2炉自2007年开始炉膛 温度偏差开始逐渐增大，单制粉情况下偏
8、差在70C左右，在启动双制粉的情况下最大偏差 能达到150C，屏过壁温经常性越线。从07年到08年#2炉因大量掉焦造成燃烧波动导致 的灭火3次。4. 锅炉结焦的原因分析4.1炉膛温度与出口烟温的影响4.1.1 炉膛温度由于熔化的灰粒碰到水冷壁时极易发生粘附，从而导致结渣。在煤灰熔点一定的情况 下，炉温度水平就成为是否发生结渣的重要因素。煤灰粒子的冷却过程取决于炉总体温度 水平及水冷壁附近温度水平。当炉温度较低时，煤粒呈熔化或软化状态的概率较少。另一 方面，当炉温度水平较高，而水冷壁附近温度较低，且温度分布较平缓时，煤灰粒子在碰 撞水冷壁前可以得到较好的冷却，温度降低，与水冷壁碰撞时，被粘附的概
9、率就会降低。 温度对炉结渣具有非常重要的影响，研究结果表明，温度增高，结渣程度将按指数规律增 长。水冷壁附近的温度分布除与炉膛中心温度、水冷壁吸热热流有关外，还与水冷壁表面 的清洁程度有关。当水冷壁表面附有灰渣时，表面温度迅速增高。这不仅有可能使灰渣表 面具有粘性，捕捉飞灰，而且还降低了灰粒的冷却程度，因而灰渣的积聚具有自加剧性， 即一旦发生结渣，其程度将会越来越严重，直到外层灰渣因熔化而发生自流。通过对魏桥铝电公司热电厂#2炉的结焦情况进行观察发现，主要结焦部位发生在燃烧器 周围的水冷壁附近（如图4.1.1-1）,同时在燃烧器的三次风喷口上部也有明显的结焦。图4.1.1-1 #2炉结焦位置4
10、.1.2炉膛出口烟温魏桥铝电公司#2炉炉膛出口烟温经常在960C以上，运行通常习惯于较大的一次风量， 加上本炉膛高度并不高，当投运上层给粉机转数高于下层给粉机转数时很容易使得炉膛出 口烟温偏高。当煤质有波动时，运行人员不能及时根据实际情况进行调整，造成锅炉燃烧 配风方式不是处于优化状态，特别是上层燃烧器煤粉颗粒燃烬性差，有一部分大颗粒煤粉 在炉膛出口处尚未燃烬，导致锅炉炉膛出口烟温偏高引起结焦。由于炉膛截面小，热负荷 较大，当煤质变劣时煤粉的燃烬性能适应能力不强。但尽管炉膛出口烟气温度低于煤灰的 变形温度，但由于飞灰的化学组成是不均匀的，在这样的温度下，某些易熔颗粒仍呈熔融 或半熔融状态，可能
11、直接粘在受热面上形成结焦。另外一次风温偏低、一次风速过高或一 次风率过小时都会使煤粉气流的着火推迟，燃烧速度降低，燃烧效率降低，从而导致炉膛 出口烟温升高。4.2 煤质的影响国普遍采用煤的灰熔点的高低估计结渣倾向。灰的熔融温度越低、粘度越大，就越容易 结焦。灰的熔融温度越高、粘度越小，就越不容易结焦。煤粉在燃烧时，其灰分变化的各 阶段温度用变形温度11、软化温度t2、溶化温度t3值来表示。软化温度t2的高低是判 断煤灰是否容易结焦的主要指标，其软化温度越低，则结焦性越强。软化温度越高，则结 焦性就越低。同时灰质成分和熔化温度对结焦的形成也有较大的影响灰质中的酸性氧化物SiO、Al O22 3虽
12、然其熔融温度较高，都有增高灰熔点的作用，但其影响程度不同。SiO含量过高会产生2较多的无定型玻璃体，使灰提早软化，灰粘度也增高Al O起着阻碍熔体变形的支持性骨23架子作用，灰分的融化温度（t3）随Al O含量增加而上升。碱性氧化物FeO、CaO的含量2 32 3在某一围时，呈现出较强的结焦性。FeO、CaO是组成低熔点共熔体的重要成分，且二者 23的综合作用比单独作用更易形成低灰熔点的共熔体。一般而言，酸性氧化物能够提高灰的 熔点和粘度，而碱性氧化物在一定条件下有助于降低灰熔点并使熔体变得稀薄，各组分的 多少及互相比例对灰熔点亦有较大的影响。魏桥铝电公司热电厂的设计煤种与实际煤种在灰质上存在
13、较大的差距。如表4. 2- 1 其酸 性氧化物SiO、AlO的含量实际煤种要低于其设计煤种。碱性氧化物FeO、CaO的含量实22 32 3际煤种要大于设计煤种的含量，这就在无形中增大了结焦的几率。表4.2-1设计煤种与实际煤种比较灰分分析设计煤种校核煤种FeO5.265.297.022 3CaO1.961.32-2.45Al O34.539.5836.322 3SiO.53.3850.0152.69NaO22.131.752.53MgO1.110.811.424.3 运行氧量的影响锅炉运行氧量即炉的氧化或还原性气氛，它对锅炉的结焦有非常大的影响。如果锅炉运 行氧量偏低，煤燃烧不完全 , 炉膛的
14、还原性气体一氧化碳 （CO） 增多 ,炉还原性气氛较 强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就容易结焦。这是因为灰熔点随着含铁量的增加而下降， 铁对灰熔点的影响还与炉气体的性质有关。在炉氧化性气氛中，铁可能以Fe2O3形态存在, 这时随着含铁量的增加，其熔点的降低比较缓慢，在炉还原性气氛中（氧量不足），Fe2O3 会还原成FeO，灰熔点随之迅速降低，而且FeO最容易与灰渣中的SiO2形成熔点很低的2FeO SiO2,其灰熔点仅为1065LC。根据锅炉厂家提供的控制曲线，在机组满负荷或接 近额定负荷时，锅炉控制氧量（炉膛出口处）为4%-5%左右，从2007年04月份开始，由 于各种原因造成锅炉运行局部氧量
15、低于此值，只有 2%-4%，那么在炉膛的燃烧区域肯定存 在还原性气氛，使得煤灰的结焦性很强。4.4 运行燃烧调整的影响运行调节不当，如锅炉配风方式不均、火焰刚性较弱、各给粉机给粉量不均衡、磨煤机 故障等，会造成煤粉燃烧不完全引起结焦。4.4.1 配风方式锅炉运行的配风方式也是影响结焦的主要因素。若一次风门与二次风门调节不当 , 则 会使炉膛煤粉与空气的混合不好，造成煤在炉燃烧不良、烟气温度不均匀。在烟气温度高 的地方，管壁温度高，未燃尽的煤粉颗粒一旦粘结在上面继续燃烧，将形成灰的粘附。在 空气少的地方，容易产生燃烧不完全，产生大量的CO,使灰熔点降低，导致结渣。4.4.2 火焰的刚性火焰刚性的
16、大小也是影响锅炉结焦的一个重要因素，如果火焰的刚性较差会使火焰卷吸 烟气的能力变弱，使煤粉着火初期得不到足够的热量，并且降低了水冷壁附近氧化性气氛， 容易使煤粉燃烧不完全，使得还原性气氛增多，增加了结焦的可能行。4.4.3 给粉机下粉不均当给粉机运行不正常时，如给粉机下粉量过大，会导致煤粉燃烧不完全，产生大量还原 气体，灰熔点降低造成结焦。如上层给粉机下粉量增大，使火焰升高，并促进灰熔融软化。 此外，不同位置的给粉机发生自流现象还会造成煤粉和空气在炉膛中分布不均匀，导致火 焰偏斜，最高焰层边移，而使燃烧后的灰渣得不到足够的冷却，进而使灰粒与炉膛的水冷 壁管接触时，粘结在上面而形成结渣。4.4.4 磨煤机故障当磨煤机出现故障时，如制粉
