硅谷杂志：针对解决锅炉结焦问题的探究 |
| 2012-07-10 11:24 作者：潘利民 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月10日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）锅炉的结焦问题是比较普遍存在的现象，结焦对锅炉运行的经济性与安全性均带来不利影响，严重的结焦会导致锅炉被迫停运，极大地影响锅炉的安全性和经济性。熔化状态下的灰沉积在受热面上是结焦的根本原因。可见，结焦的关键是灰的熔点。煤灰对于高温受热面沾污结焦的倾向，可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结焦指标。通常可用灰成分中的钙酸比、硅铝比、铁钙比及硅值来判断其结焦倾向，用Na2O的质量分数可以判断其沾污性。结焦会引起锅炉超温、爆管，严重时造成被迫停炉，给除灰系列造成具大压力。结焦还会威胁到锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结焦会对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利影响。
锅炉结焦是指灰渣在高温下熔化后粘结在炉墙、受热面上的现象。在炉膛中，燃烧火焰中心温度在1500~1700℃之间。燃料中的灰分在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热，从火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下，随着温度的降低，灰分将从液态变为软化状态进一步变成固态。如果灰分碰到受热面时还保持着软化状态，就会由于受到冷却而粘结在受热面上，形成结焦。电厂锅炉结焦是客观存在、不可避免的，从现有大机组生产运行情况看，有相当数量的机组为不同程度的结焦问题所困扰。这一方面是由于锅炉结焦的客观规律性所决定的，在另一方面还受燃煤情况影响。这两个客观存在的情况就加剧了电厂锅炉的结焦现状。
元宝山发电有限责任公司#3锅炉（以下简称元电#3锅炉）无一例外也存在锅炉结焦现象。其由美国CE公司引进技术，哈尔滨锅炉厂制造的额定蒸发量为2008T/h锅炉，该锅炉为亚临界，一次中间再热强制循环汽包炉。炉膛横断面积略呈正方形，宽20.19m，深度20.05m，总高度74.428m。燃烧器采用CE公司的摆式直流煤粉燃烧器，四角布置切圆燃烧，每角布置八层一次风喷口，一台磨煤机对应一层一次喷口。其设计煤质及锅炉相关参数如下：
设计值 下限值 上限值
元素分析Cy（%）36.332.639.73
Hy（%）2.352.402.61
Qy（%）8.519.910.03
Ay（%）26.3930.0025.60
Wy（%）25.2823.7020.76
发热量Qy低位（KJ/Kg）143931295515809
灰溶点变形T1℃112511271160
软化T2℃115011931201
熔融T3℃119013931267
灰分SiO251.2564.659.94
Al2O314.9118.414.03
FeO315.438.29.91
CaO8.32.05.87
MgO2.41.11.68
Na2O0.90.50.55
K2O2.752.42.13
TiO20.930.81.12
SO32.992.72.35
炉膛出口烟温℃134013621319
炉膛横截面热负荷MJ/h•m215.815.715.7
容积热负荷MJ/h•m3237.8236.4241.6
煤粉细度（通过200目筛子的）%606060
单台磨煤量t/h71.6364.7669.9
总煤量t/h429.8389484.2
预热器进口烟温℃416.7415417.8
预热器出口一次风温℃390392394.4
预热器出口二次风温℃382386388
元电#3锅炉历史上曾经发生过严重结焦现象，但经多年治理至今大有缓解。锅炉结焦原因较为复杂，但总的来说分为内因和外因两大类，以下结合元宝山发电有限责任公司#3锅炉对锅炉结焦原因、危害和解决办法加以分析。
1锅炉结焦的原因
1.1内因：结焦与灰熔点及灰的熔化特性有关
元电3#锅炉自投运以来出现很多次结焦，一是该锅炉燃用煤种为老年褐煤煤质差且锅炉实际运行过程中煤质变化较大，该锅炉燃料煤用的原设计为低位发热量13207kj/kg的元宝山露天矿老年褐煤，经分析现燃用的煤的发热量最差时11860kj/kg，最好时18500kj/kg。煤质的变化每24小时中最多时能有4次变化，煤中灰份的变化更大最高含32.67%-最低含12.15%，这样的煤中灰份变化对灰熔点影响较大，降低了灰熔点使锅炉容易结焦。其次由于运行中设备缺陷、运行中调整、结焦处理不及时也是引起严重结焦、堵焦原因之一。
首先煤油混燃很容易造成锅炉结焦。但自从元电#3锅炉在全国褐煤锅炉首先安装了等离子燃烧系统后对于燃油的节省有了相当大的缓解，而且减少了煤油混燃的次数和时间减少了锅炉结焦的可能。此外，元电#3锅炉还存在燃用劣质煤现象，使锅炉更易结焦，各受热面磨损严重，锅炉运行各参数不稳，运行人员调整工作量增大等问题。其实劣质煤是火电厂锅炉运行人员最难调整，最头疼、最不愿燃用的煤种。
熔化状态下的灰沉积在受热面上是结焦的根本原因。可见，结焦的关键是灰的熔点。灰熔点与烟气中灰的浓度有关。在其他条件相同的情况下，煤中含灰量不同，灰熔点也会发生变化。这是因为灰分中各成分在加热过程中，相互接触越频繁，则产生化合、分解、助熔的机会也越多，则熔点降低的可能性也越大。
判断燃烧过程中是否结焦的一个重要依据是灰的熔融特性。不同的煤种的灰具有不同的成分和熔融特性。现元电#3锅炉的燃煤的煤质较差。发热量的大幅度波动会引起在炉内温度还未发生改变的情况下，会使短时间内炉膛温度超过当时煤产生的灰的熔点。产生熔融，发生结焦。这一点从以上给出的元电#3锅炉的设计煤质的相关参数中可以得出结论。
1.2锅炉结焦同时又由诸多外部因素造成
1.2.1外因之一：结焦与燃烧调整有关
燃烧调整不合理，一次风压过低，一、二次风速过低，煤粉过细，着火早，二次风速过大，四角风量分配不均匀，四角燃烧器粉量不均匀等原因，均会引起煤粉气流擦墙结焦。元电#3锅炉现实中燃用的煤发热量较低时，负荷600MW，煤量达420T/h，（平均7T/10MW）；负荷500MW时煤量330T/h（平均6.6T/10MW）此时应该合理增加其运行过程中的二次风压，即炉膛/二次风箱压差来提高风速。同时加大送风量，增大过剩空气量，降低炉膛温度来弥补由于灰熔点的下降而引起的结焦。煤粉燃烧充分混合而扰动提供的动力，使煤粉易充分混合易快速燃尽，且不致缺氧，而引起的燃烧燃尽的时间加长导致锅炉结焦。
另外锅炉实际运行调整过程中超负荷超汽量运行，使燃烧区域温度过高导致锅炉结焦。磨煤机运行方式不合理，也可能造成锅炉结焦。煤质较好时长时间运行上层磨煤机导致炉膛温度过高或者长时间保持一种方式运行磨煤机，中间不进行切换及煤粉管路吹扫，这样堵塞的煤粉管路喷口处导致结焦。
1.2.2外因之二：结焦与燃烧器的工作状态有关
燃烧器设计不合理，炉内空气动力场不良，火焰冲刷水冷壁会造成锅炉受热面严重结焦。
燃烧器摆动不同步，更是易结焦的重要原因。元电#3锅炉四角部置切圆燃烧共8个执行器，如摆动不同步，会使区别于同步的喷口不能组织很好的切圆，甚至造成严重的偏斜，严重时引起冲刷炉墙，吸引较强的气流冲刷炉墙，造成局部过热而结焦。若燃烧器安装角度有偏斜、燃烧器本身存在缺陷，燃烧器切圆过大，煤粉气流发生偏斜擦墙，往往也会导致锅炉严重结焦。元电#3锅炉经过长时间的运行摸索发现燃烧器的摆角在水平下倾5度角时，锅炉的燃烧状态及汽温和下灰情况比较平稳良好，鉴于此现将燃烧器固定在水平下倾5度角处不做摆动，经实践证明该种作法可行正确。并且锅炉结焦现象大有缓解。
1.2.3外因之三：结焦与锅炉设备漏风有关
炉膛如果漏风、制粉系统由于漏风增大进入炉内的风量，从而降低燃烧室的温度水平，燃烧进程就会推迟。冷灰斗处如果出现漏风现象会抬高火焰中心，火焰会拉长，致使炉膛出口烟温升高，容易引起后屏过热器结焦。如果空预器出现漏风情况，不仅增大引风机耗电量，而且部分送风量会进入烟道，容易造成炉内缺少助燃风而导致结焦。
1.2.4燃烧方式的变化，煤油混烧时间过长容易引起锅炉结焦
燃烧方式有时决定锅炉结焦的程度，煤油混燃时间过长使燃烧器喷口处结焦，混燃时由于轻油着火较早靠近喷口处着火，使煤粉的着火提前，近距离燃烧，喷口处加之风量的不足造成局部缺氧，使喷口处粘结的未燃尽的煤粉产生二次燃烧发生严重结焦。
1.2.5吹灰或除灰设备的投入率低、工作不正常都会造成结焦
元电#3锅炉的水吹灰器在锅炉实际运行过程中很好的起到了防止结焦和为锅炉除焦的作用。当锅炉主、再热汽温较正常值高，锅炉各段烟温持续升高，判断有可能锅炉受热面有污染时，即投入水吹灰程序运行，能很快缓解锅炉结焦问题。这样水吹灰程序的按时投入及水吹灰器的投入率，对于锅炉安全运行相当重要。
除渣系列的连续稳定运行对于锅炉的稳定运行也至关重要。当除渣系列由于故障被迫停止时，值班员不得不中断水吹灰程序防止冷灰斗堵塞，这样导致水吹灰器投入不及时使受热面积灰或结焦。
2锅炉结焦的危害
2.1结焦会引起锅炉超温、爆管、停炉事故
结焦会引起过热汽温、再热汽温明显升高甚至超温，并导致过热器、再热器减温水比正常浪费性开大，甚至会招致主、再热器水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会直接威胁到锅炉设备的使用寿命；由于结焦通常是不均匀的，因而水冷壁结焦则会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响
2.2结焦给除灰系列造成具大压力
结焦易造成大块灰渣，捞渣机、碎渣机很难将其运输，有时会造成除渣设备过载跳闸，严重时导致渣斗及灰沟受堵，锅炉被迫降负荷运行。
2.3结焦严重影响锅炉安全运行
结焦若熔合成大块时，因重力从上部落下，导致砸坏冷灰斗水冷壁。低负荷会因掉大块焦而引起燃烧不稳甚至熄火。
2.4结焦对水冷壁的危害极大
若造成水冷壁全部结焦时，只有停炉进行人工清焦。元电#3锅炉于1999年就曾经因炉膛水冷壁大面积结焦无法维持运行而停机。停炉后利用爆破方法除焦达1周时间，不仅浪费了大量人力和物力，还对全年的发电量构成影响，大大降低了全年锅炉运行的经济性。
2.5结焦可能直接危害维护及检修人员安全
锅炉的大焦块掉在渣井后，瞬间会有大量的水蒸气产生，破坏渣井的水封，同时大量冷风趁机从炉底漏入，严重恶化燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火甚至直接危害除渣维护及锅炉检修人员的人身安全。
3防止锅炉结焦的办法
3.1在运行调整方面需要加强
锅炉的运行和操作，必须严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。同时也要注意加强锅炉运行工况的检查与分析，运行值班人员每班必须对锅炉结渣情况进行就地检查一次，发现有严重结渣情况，应及时汇报、处理。锅炉受热面吹灰器必须完善可用，运行各班组必须严格按运行规程对各受热面进行吹灰。经常按排少量吹灰器轮流检修，保持吹灰器高的可用率。除灰值班人员应加强对出灰情况的监视和分析，每班要检查冷灰斗检察孔，观察灰斗是否有堵渣现象。除渣设备发生故障应立即修复，防止水冷壁冷灰斗中产生堆渣现象。详细的运行调整还要做到以下几点。
3.1.1选择合理的炉膛出口温度
对锅炉进行优化燃烧调整试验，对炉膛出口烟温（或高温受热面管壁温度）进行在线监视，在保证主参数合格的前提下，建立在线的优化运行指导系统。
3.1.2保证空气和燃料的良好混合
为避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结焦，必须保证空气和燃料的良好配比。
3.1.3组织合理而良好的炉内空气动力场
这是防止结焦的前提。当灰渣撞击炉壁时，如果仍维持持软化或者熔化状态，极易黏结附在炉壁上而形成结渣，所以务必保持燃烧中心适中，防止火焰中心贴边及偏斜。元电#3锅炉燃烧器摆角不动，这一点主要集中调整一、二次风风速和刚性。
3.1.4各燃烧器配风应尽量均匀及四角煤粉浓度
当煤粉喷口煤粉量分配不均匀时就会造成负荷分配不均匀及炉膛局部缺氧，在空气充足燃烧的状态下，炉膛结焦情况就会恶化。在燃烧器配风均匀的情况下，燃烧器正常运行时，炉内火焰中心才不会发生偏斜。元电#3炉磨煤机煤粉管为分层部置，所以不存在缺角现象，这一点有利于锅炉的燃烧。
3.1.5要有合适的煤粉细度
煤粉粗，火焰拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。确定煤粉的经济细度，保证各只燃烧器的热负荷尽量相同。且煤粉浓度尽量均匀，同时加强运行燃料的管理，尽可能使运行燃料接近设计煤种。
3.1.6适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦
推迟煤粉的着火可用提高一次风速来完成，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区就会向炉膛中心推移，可以避免喷口附加结焦。提高一次风速还可以增加一次风射流的刚性，避免由于一次风直接冲刷壁面而产生结焦。注意煤粉着火会限制一次风速的提高。
3.1.7掺烧不同煤种
煤种掺烧能在一定程度上综合所掺煤种的灰焦特性。低灰熔点煤灰分仍在受热面上沉积，但高熔点固态灰对受热面有一定的冲刷作用，使沉积量降低。元电现在也采用这种煤种掺烧的方式，由筒仓（即从元宝山露天矿井经输煤皮带直接供给）和煤场（从各个大小煤矿用汽车输入煤场）两种方式掺合上煤。但更重要的是把握好源头，控制好煤质是根本，只有确保锅炉燃烧的煤质稳定越接近设计煤质锅炉结焦的可能性越小。
3.1.8严格控制机组负荷
尤其机组满负荷运行时，加强监视防止超负荷运行。锅炉超负荷很容易造成结焦。
3.1.9水吹灰程序及时并按时投入
机组长时间高负荷运行时，及时投入水吹灰程序，必要时加投水吹灰程序并保证水吹灰器的投入率，杜绝因各别水吹灰器未能投入使锅炉局部结焦。
3.2燃烧中配合化学除焦
结焦在本质上是燃料中的杂质没有完全燃烧，附着于管壁、省煤器及空气预热器上，造成腐蚀并降低热交换效率。而锅炉除焦剂的工作原理是与结焦起化学作用，先使结焦松化并使之完全燃烧，最后化成轻灰，由烟道排出。实践证明锅炉燃烧过程中配合化学除焦是一种较为合理和可靠的除焦办法，虽然不能完全除掉受热面焦块，但在一定程度上避免了机组运行受到影响！但是，化学除焦显然大幅度增加了火力发电厂的发电成本，在追求利润最大化，严格控制发电煤耗和厂用电率的今天化学除焦不是一种最佳的防止锅炉结焦的方式。
4结论
锅炉结焦是个很复杂的物理、化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结焦倾向、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程。要想实际控制好锅炉结焦相当困难。要想
根据国内外不同电厂锅炉结焦的情况分析，专家们得出一致结论：不管你的锅炉如何设计，运行上如何精心调整，世界上没有任何一台燃煤锅炉能彻底杜绝锅炉结焦这一难题！根据科技发展的现状，燃烧中加强调整，各种防止和解决锅炉结焦方法综合运用，再配合化学除焦，即使有大块灰渣形成，但不至于影响机组负荷或者造成停机现象的发生，应该是目前较好的唯一途径!
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