锅炉过热器结焦事件应对措施及分析总结

锅炉过热器结焦事件应对措施及分析总结

马照岩

辽阳石化分公司热电厂 辽宁 辽阳 111003

摘要:热电厂锅炉装置#6炉月2018年5月4日至5月9日期间过热器结焦严重，经过换煤种、燃烧调整、看火、打焦等多方调整与操作，于5月9日凌晨2:28分落下一巨量焦块后，过热器结焦导致#6炉运行状态波动情况得以好转，直达焦块全部脱落，#6炉运行一切正常。锅炉结焦是电厂锅炉运行所面临的棘手问题之一，由于近年来燃煤种类供应变化频繁，更加加剧了按照某一特定煤种设计的锅炉结焦情况的发生。为了从原理上掌握锅炉结焦的原因，从而从根本上有针对性地提出一些预防措施与解决办法，作者将锅炉现场实际情况与锅炉教材原理相结合，总结了一套应对锅炉结焦的系列方法。

关键词:结焦;结渣;燃烧;碱金属

1 辽阳石化热电厂#6炉过热器结焦事件经过

辽阳石化热电厂#6炉过热器结焦事件发生时，锅炉装置#5炉、#6炉两台炉运行（共七台炉），两台炉负荷均在360t/h以上的大负荷区间运行（额定负荷410t/h），由于炉组运行过少，锅炉压力波动也较为剧烈，影响锅炉主汽温度等参数波动剧烈。本次锅炉过热器结焦事件进一步加剧了#6炉运行状态波动，结焦处理过程所经历的近一周时间是#6炉运行较为艰难的时段。

2018年5月4日夜班（1：00——8:00），锅炉装置#6炉巡检时发现#6炉喷口结焦，并打焦去除喷口所结焦块。5月4日白班（8:00——17:00）接班后减温水量开始大幅上升，四台减温水总量由正常时的21t/h上涨到33t/h,，以右一减温水为例，正常运行时其水量在9 t/h左右，而过热器结焦事件发生后其减温水量上涨到11.4 t/h。由于焦量的聚集增长，一时间即使减温水调整门全开也无法满足下调主汽温度的运行需求，这种极端情况之下，司炉进行了如下调整：1、调整三层给粉机带粉比例。减少上排给粉机带粉量，与此同时为了保证锅炉负荷的稳定加大下排给粉机转数。调整幅度最大时已经将上排给粉机转数减少至100RPM以下，而下排给粉机转数加至近700RPM。2、加大锅炉燃烧氧量供给，上调锅炉炉膛出口过量空气系数。3、加强看火监视以及喷口打焦作业。为了从根本上解除煤质原因引起的锅炉结焦问题，司炉上报值长提出换煤请求。

在#6炉结焦的同时，#6炉整体参数都出现了波动、偏离，面临着巨大的调整操作量。主汽温度调整难度大，省煤器入口烟气温度由560℃上涨到580℃，这些参数的偏离不是巧合，而恰恰是因为炉内过热器等受热面结焦所造成的。由于受热面的结焦，锅炉内热量转换效果减弱，烟气温度从而进一步升高，而升高的烟气温度与炉膛出口的高温过热器、低温过热器的对流换热加剧，导致主汽温度升高，这个过程就是由于结焦事件所一起的一连串参数偏离的简要描述。

通过锅炉运行人员的积极操作调整，配合厂里所协调的换煤作业，#6炉结焦情况在一周之内经过了反复“高烧、低烧”转换，最后于5月9日凌晨2:28分一个巨大焦块落下，代表着此次#6炉结焦事件的基本结束。但是整个过程危机重重：1、锅炉结焦越积越多，如滚雪球般最后被迫停炉怎么办？2、锅炉结焦严重主汽温度失控怎么办？3、巨大焦块下落激起了正压693Pa的炉内压力波动，险些造成锅炉灭火保护动作！4、巨大焦块下落砸坏了水冷壁或卡住了捞渣机怎么办？一个个险象环生的问题反复出现在锅炉装置运行人员的脑海里，他们时刻做好事故预想，期望能够将风险降到最低，也希望以后结焦事件不再发生。

2 锅炉结焦的原因分析与防控

2.1结焦机理

一般认为，在锅炉内燃烧的高温状态下，煤灰中大部分成分处于熔融或半熔融的流动或半流动状态，具有很强的黏结能力，当接触或随气流冲刷到受热面（温度相对较低）时就会在受热面上发生凝结固化并牢牢地黏结在管子表面上。随着黏结灰层的积聚，灰层厚度增加，表面温度也随之升高，外层灰渣甚至也处于熔化状态。这时，灰中高熔点的未熔化成份也会被熔化灰层捕获，结渣层越来越厚，甚至成为很大的焦块。

锅炉结渣过程大致可分为两个阶段：第一阶段，在管子表面最先生成的第一灰渣层（与管子金属表面紧密结合的原生层），与黄铁矿FeS2分解生成的液态碱性铁（FeS，FeO）、碱金属的汽化（升华）凝结、氧化硅的汽化凝结以及氧化硅与亚铁及碱金属的结合形成粘性低熔共晶体等过程有关。第二阶段，在原生层外面形成的熔化和半熔化状态的外灰层，与矿物质之间反应生成的低熔复合物或低熔共晶体的粘附有关。

一般来说碱性氧化物是降低煤灰熔点的成份，灰中硫铁矿和碱金属含量对水冷壁结渣及其发展过程有重要影响。一般认为煤中碱性成分熔点低，容易造成结渣，而酸性成份熔点较高。煤灰中铁的含量在煤灰中均以三价铁（FeO3）给出并把它看做碱性成分是不对的，实际上二价铁才是碱性，三价铁（FeO3）是酸性。此外煤灰中的硫主要是以二价铁相结合的黄铁矿形式存在，硫在高温下很活跃，容易形成低熔化合物和低熔共晶体。

2.2影响结焦的主要因素

炉内温度水平和炉内热负荷。炉内温度越高，处于熔融状态的灰分越多，炉内结渣的可能性越大。

煤灰的熔点和灰分组成。煤灰熔点低的燃煤容易在炉内生成熔融状态灰渣并造成水冷壁结渣。

炉内燃烧区的气氛。燃料在缺氧条件下燃烧，煤灰中的铁金属灰转化为低熔点的亚铁（以上分析的二价铁），低熔点成分比例增加，一些高熔点的矿物也会转化为低熔共晶体。一般认为还原气氛下煤灰的熔点明显降低。

炉内流场。煤粉气流的流动特性，如固相煤粉颗粒刷墙，煤粉气流的分离和存在漩涡四角，切圆燃烧时切圆直径过大，旋流燃烧时煤粉气流向炉墙水冷壁的扩散等，都会导致炉内熔化灰渣与水冷壁面的接触形成结渣。

2.3煤粉燃烧结渣特性分级

我国电力行业标准DL/T 831-2002建议采用一维火焰试验炉对煤粉燃烧的结渣（结焦）特性进行试验评价。根据试验结果，确定煤种的结渣特性指数SI，并根据SI的大小确定结渣特性等级，如下表所示^[1]。

煤粉燃烧结渣特性分级 表一

当结渣特性指数SI与某些结渣评判指标进行相互关联对比时，发现结渣判据RT与SI的关联度较好。结渣判据RT的计算式为：

Rt=（HTmax+4 DTmin）/5

式中HTmax——较氧化气氛中灰的半球温度，℃；

DTmin——还原气氛中会的变形温度，℃。

结渣特性等级的界限 表二

3 避免出现结渣以及出现结渣后的应对措施

由以上燃煤影响结焦的原因分析来看得出如下几条意见：

a.加强煤质监控，通过锅炉运行状况观察或通过实验方法来确定所用燃煤的结渣特性级别。控制使用容易产生结焦煤质的用量，如果入厂煤中有一定量的易结焦煤质，那么应该通过混合其它难以结焦的燃煤来降低燃煤的结焦特性，供给锅炉用煤。

b.如果燃用易结焦煤质的燃煤，那么要进行如下运行处理方法：第一应该通过降低锅炉负荷来降低炉内热负荷的方法来降低炉内温度与熔融状态的灰分。第二要通过加大燃烧区域的氧量来减少煤灰中铁金属转化为低熔点的亚铁含量，减少还原气氛的产生，从而减少还原性气氛之下的煤灰熔点降低的产生风险。

c.通过看火、打掉喷口结焦等运行观察方式来查看燃煤结焦情况。如果条件允许，在锅炉入炉煤分析当中加入有关煤粉燃烧结渣特性分级的试验方法，从而给出入炉煤结渣特性的精确结论，以便制定相应的运行措施、方案。

参考文献：

[1]周强泰主编《锅炉原理》（第二版）中国电力出版社，2009年9月第二版:291-292.