关于电厂锅炉结焦相关问题的探讨

关于电厂锅炉结焦相关问题的探讨

郑径伟

（京能集团山西漳山发电有限责任公司）

摘要：我国是煤炭生产大国，并且煤炭消费也较大，在各种能源消耗中占据主导地位。火电厂是我国电力供应中的主要企业，在电厂中需要锅炉的运行来提供能量。在锅炉运行中，需要燃烧大量的煤炭，而煤炭是一种特殊的物质，经过燃烧会生成大最的灰粒及硫、氮等氧化物，这些物质极容易结焦，危害到锅炉的安全运行，从而影响到电厂的运行效率。锅炉结焦是电厂面临的重要问题，本文笔者阐述了电厂锅炉结焦的概念和危害，分析了电厂锅炉结焦的影响因素，并提出了防治措施。

关键词：电厂；锅炉结焦

电厂的日常运行所需要的动力能源来源于锅炉，锅炉源源不断地生产出高温高压蒸汽的热能，其高效运行依赖煤炭为基础原料。在煤燃烧过程中，会产生大量的附属物，如灰、硫、氮氧化物等，在长期运行过程中受这些物质的影响将产生锅炉的结焦现象，影响锅炉内部设备的金属强度，会造成设备严重损坏，甚至造成经济损失，影响锅炉效率。下面探讨了电厂锅炉结焦相关问题。

1结焦的概念及危害

1.1结焦的概念

在固态排渣煤粉炉中，在火焰的中心温度可以高达1400-1600℃。在此熔融状态下煤粉燃烧的温度较高，当熔融的灰渣颗粒离开火焰加热表面而遇到水壁，通过冷却附着在管壁或炉壁的加热表面上，这种现象称为结焦。在燃烧器、水冷壁、过热器和省煤器都是可能发生结焦的。烟气温度和烟气中的灰颗粒温度随着烟气流动是不断降低温度。首先，如果在到达受热面或水冷壁之前冷却到固体，烟气流可以仍然可以带这部分的灰渣；其次，如灰渣到达炉膛加热表面，当时状态是熔化或软化状态，将粘附在接触表面上形成的结渣。特别是在炉膛内未铺设水冷壁而暴露的大面积炉墙或燃烧带，由于其表面温度较高且非常不光滑，易形成坚硬的渣块、焦块，易分散大面积漫延。结焦的形成可以分为以下几个阶段：煤粉燃烧过程中煤粉的形态变化，将粉煤灰颗粒的向水冷壁输送过程中，壁上灰渣的粘结和凝聚生长过程。

1.2结焦的危害

锅炉受热面结焦，将减少热交换，相应水冷壁受热面内的工质吸热过程中减少，导致烟气温度、排烟热损失增大，降低锅炉效率；水冷壁面结焦，为了保持负荷和蒸发量相同，必须炉内增加燃料量和风量，提高了送、引风机负载。由于风烟系统的通风能力有限，使其容易被堵塞，导致空气流量不足，甚至限制了锅炉的出力；炉内结渣，排烟温度将导致炉膛出口温度增加，使过热器热偏差，并可能造成结焦，容易导致过热器爆管事故；如果上部炉膛结焦，当焦块掉落时可能会损坏水冷壁管；如冷灰斗上部严重结焦，冷灰斗出口因焦块堆积而堵塞捞渣机和碎渣机，甚至被迫停炉；煤粉燃烧器的出口结焦，将影响正常的燃料喷射，如果燃烧器被焦块封堵住，或由于焦渣的影响造成的一次偏斜，形成局部过热，甚至烧毁燃烧器；如果锅炉结焦严重，在焦渣大面积掉落到捞渣机水封槽内时，高温焦炭会瞬间释放大量的热量而使水汽蒸发，捞渣机的水封密闭性也被破坏，使底部漏入冷空气，造成燃烧器（尤其是下层燃烧器）波动，炉膛压力波动状况恶化，严重时造成锅炉灭火。

锅炉在局部结焦不及时清理或未得到有效控制，结焦的发展趋势及漫延速度很快，具有极强的传染性。当焦块达到一定厚度时，炉膛内的温度场一旦发生变化，就会出现大面积的掉焦现象，焦块容易破坏锅炉的炉内空气动力场，使燃烧恶化。

2电厂锅炉结焦的影响因素

锅炉结焦过程是个复杂的过程，受热面的结焦与多种因素有关。

（1）煤灰特性和化学组成。灰熔融温度和炉渣粘度是其主要特性。一般随着灰熔点的降低煤的结渣特性越强，与此同时，灰分的灰熔点低则其粘附性就强，结渣性就强。随着运行条件的变化，煤的结渣特性是可以改变的。例如，炉内温度降低，或受热面进行吹灰导致壁面温度降低，炉内如果是氧化气氛，使灰熔点升高，炉渣倾向减少。

（2）炉膛温度水平。随着炉内负荷的增加，燃烧器区域的温度也有所增加，从而容易使煤的灰分可以达到软化或熔化状态，且炉渣的倾向性更高。影响加热炉温度的因素很多。例如，燃料的发热量以及锅炉负荷的变化等。如果锅炉燃烧煤发生了改变，单位发热量的增加，燃料会释放出更多的热量，燃烧器区域的温度上升，结焦倾向性加强。随着锅炉负荷的增加，炉内的热量增加，结渣性也越来越强。

（3）火焰贴墙。锅炉直流燃烧器的运行以假想切圆方式，由于气流的刚度、补气状况和气流间碰撞等其他因素影响，会导致煤粉火焰的偏差，严重会引起的火焰刷墙造成结渣。对于的燃烧器布置方式及位置而言，当气流喷射强度过小，会造成火焰靠近炉墙表面；当强度太大，气流射程延长，可能导致气流冲击炉壁或干扰碰撞对面的火焰，导致结渣。

（4）过量空气系数。当燃料与炉内的空气未进行充分混合时，氧的消耗量过低，可能产生还原性气氛。在还原气氛中，不能将煤粉氧化。灰分中的Fe2O3被还原成FeO，FeO与SiO2等形成共晶体，在这种情况下，熔点温度可能降低，熔点有时可以降低150-2000℃。炉内煤粉浓度随负荷的增加而增加，局部区域的温度升高，并在局部产生还原气氛。

（5）煤粉细度。随着煤粉颗粒的增大并且其含量的增多，煤粉燃烧时间长，燃尽时间更长，容易导致炉膛出口受热面结渣。

（6）吹灰。如果吹灰器长期运行中不按操作规程投入使用，在炉膛和烟道中灰结渣的可能性加剧，导致严重的焦堵。

（7）燃用混煤。锅炉混煤燃烧的应用，可以改变煤灰特性。一般来说，当强结渣煤与弱结渣煤的混合后，炉渣结焦倾向就会减弱。

3防止电厂锅炉结焦的措施

3.1加强燃煤管理

煤粉的粒径控制尤为关键，其直接影响到着火点的时间。所以应该根据锅炉的设计工艺选择合适的煤粉粒径，将其控制在合理的范围内，防止结焦:不同的煤质具有不同的特点，在不同的燃烧方式与燃烧条件下会产生不同的燃烧效果，所以在存放燃煤的车间中，应该根据煤质的特点分堆存放，严禁掺杂影响到燃烧效果，这是控制结焦的措施之一；严格要求工作人员按照规定要求控制上煤方式，控制结焦；锅炉在设计阶段就已经确定了燃煤的煤质，所以对于煤质有很高的要求，但是在实际实施的过程中，煤质可能会发生变化，此时就需要对煤质进行严格分析化验工作，进行实验，为锅炉合理的运行提供依据。

3.2稳定煤种或者保持煤质均匀

实际情况煤质一般是不容易改变的，在此种情况下，电厂应想办法解决。如：配煤掺烧，在对整个机组进行技术改革的基础上，可以在煤场额外加一条配煤带，这样双皮带供煤，这样既可以解决配煤的问题又能从根源上解决煤质不均匀的难题。另外还可以借鉴的办法有：煤仓落煤混合、磨煤机进行配合磨煤、交叉混粉等措施。以上种种方法可以使得四角风粉分配的均匀性良好而且能有效的减少燃烧工况的变化。另外，需要注意的是，尽可能的稳定煤种，若锅炉燃烧用的是容易结焦的煤时，可以适当的掺上熔点高的其他煤种，但是在此需要注意的是，若煤质发生了变化，那应该在燃用之前得到煤种的化验报告。

3.3控制风粉的均匀性

当燃烧器配风不均匀或锅炉降负荷，燃烧器不对称运行时，炉内火焰中心会发生偏斜。炽热煤粉气流直接冲刷水冷壁，造成局部热负荷过高，这极易引起结渣。因此，运行时要尽量调平风量，而降低负荷时，则要避免燃烧器不对称运行情况。

保证空气和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结渣。当一、二次风的位置、风速、风量不均匀时，尽管炉内总空气量大，但仍会出现局部区炽热焦碳和挥发分得不到氧量而出现局部还原性气氛，易引起结渣。

3.4控制炉内温度水平

炉内温度水平对结渣的影响是多方面的：第一，炉内温度水平高，将使煤中一些易挥发碱性氧化物汽化或升华，使碱金属化合物在受热面上凝结。碱金属氧化物汽化温度一般在1400℃以上，而凝结温度在1000-1100℃，碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结灰。第二，当烟气温度较高且管壁温度也高时，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，还会使含有碱金属化合物的积灰外表层粘结性增强，加速积灰过程的发展。第三，当烟温高时，煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接粘在受热面上，产生严重结渣，温度提高，将使受热面结渣呈指数规律上升。

对易结渣煤，要严格控制炉内温度水平，如加大运行过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛，调整四角风粉分配均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。

3.5控制合适的煤粉细度

煤粉粗时，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多，熔化比例高，冲墙后容易引起结渣。但煤粉太细也会带来问题。因此，针对具体的煤种应该进行调整试验，以寻求最佳煤粉细度。

3.6适当提高一次风速

提高一次风速可推迟煤粉的着火，使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可避免喷口附近结焦。在四角切向炉中，提高一次风速还可增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风气流直接冲刷壁面而产生结焦，应注意的是一次风速的提高受煤粉着火条件的限制。

3.7定期吹灰

通过布置在锅炉受热面的吹灰器定期对受热面进行吹扫，可以保持受热面的清洁，防止灰渣大量积聚。吹灰器特点是吹灰力度较大，见效快，但不能根治结焦，只能控制结焦程度。使用吹灰器存在吹灰不全面，喷燃器区域结焦最严重处往往吹不到，还对燃烧工况产生扰动，较硬的焦渣也难以吹掉，因此吹灰器的布置和使用必须与燃用煤种的结焦倾向性相适应，使受热面的积灰能及时得到清扫。

3.8加强锅炉设备的维修、清理和检查

组织专业人员对锅炉的运行工况进行定期检查，发现异常情况及时处理，如果发现结焦现象，要及时清理，防止因为结焦恶化而影响到锅炉的正常运行。对于结焦防控装置要定期检查，保证其能够正常运行。利用大修的机会，对其进行全面的维护，提高运行效率。在炉膛的出口位置设置在线监视系统，对于出口处的烟温进行控制，防治结焦的产生。定期对锅炉水风槽插板与水封的结合处进行检查，保证严密性防止漏风。做好清焦工作，制定详细的检查周期，防止大面积结焦现象的生，适当的调整燃烧方式，保证锅炉的正常运行。

4结束语

综上所述，锅炉是电厂生产中的重要设备，其高效稳定的运行是电厂生产稳定发展的基础。由于锅炉的设计结构，燃煤的特质，燃烧工艺等因素的影响，都会产生结焦现象，对锅炉的运行效率有所影响。所以在电厂企业生产中，应该根据市场形势的变化，结合电厂自身的生产实际，有针对性的对锅炉进行设计，采取合理的燃烧工艺，优化每个环节，严格控制锅炉结焦，提高锅炉的运行效率，为我国的电厂企业生产奠定坚实的基础。

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