循环流化床锅炉结焦的原因危害及预防教程.doc
王文忠
摘 要：锅炉结焦现象是最为普遍且影响电厂安全运行的不利因素，妈湾电厂四台4×330两台2×320MW机组相继进行了低Nox燃烧器改造，依据近两年的运行状态，锅炉结焦情况经常发生，问题较为明显。文章对其发生的原因及危害进行分析，探讨一些针对性预防措施和解决办法。
关键词：结焦；原因；危害；措施
中图分类号：TK224.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0104-03
2017年3月21日#2炉严重结焦，造成减温水量明显增加，在减温水全部投入的情况下仍无法维持主汽及再热蒸汽温度。因锅炉结焦，干渣机一级钢带黏连严重，卡涩跳闸，被迫降负荷运行。停炉后检查发现，冷灰斗、水冷壁、燃烧器附近结焦非常严重，清焦量约达400立方。锅炉结焦不但影响锅炉经济运行，同时严重威胁锅炉运作和人身安全。
1 锅炉结焦原因分析
锅炉燃烧过程是将燃料化学能换成热能的过程。正在运行的锅炉，火焰温度高，特别是中心部分的温度能够达到1400℃-1600℃。在高温条件下，经过燃烧产生的灰粒大多会以融化状态出现。一般情况下，炉内水冷壁有吸热作用，烟气温度因此逐步下降，融化状态的灰粒在烟气接近水冷壁时，凝固附着其上形成灰层，此层疏松易脱落，称为积灰。如若调整不当或配风不太合理，造成火焰中心偏斜冲刷水冷壁、燃烧器附近火焰卷吸、水冷壁及燃烧器附近还原气氛增强及热负荷过高等因素，导致熔融灰粒不能凝固，碰到水冷壁或燃烧器就会结焦，当结焦形成时，水冷壁吸热减少、燃烧器冷却降低，使得水冷壁及燃烧器附近温度升高加剧，结焦状况加重。
结合对妈湾电厂2#机组及其他机组结焦情况，经过较长时间的观察、对比，分析认为结焦原因有以下几个方面。
1.1 煤质因素
煤粉燃烧后是否在水冷壁、燃烧器或锅炉管屏上发生附着，并形成结焦，灰熔点是相关考量因素。灰熔点的温度值内容根据灰分产生的状态分别有：变形、软化以及熔化对应的温度DT，ST和FT。其中软化温度ST与结焦现象关系密切，作为煤质的主要参考指标。妈湾燃烧煤种以神混1及少部分印尼高热质煤为主，各台机组煤质资料见表1。
灰渣软化温度ST的影响因素众多，不仅灰分的融溶特性与之相关，灰分密度、组分、发热值、灰渣流变特性以及灰的粘度均对其有影响。一般而言，软化温度ST≥1350℃的话结焦不会发生。从上表可以看出，妈湾电厂燃用煤种属低位发热量较高、灰熔点软化温度ST较低的煤种，属易结焦煤。
1.2 炉膛结构因素
妈湾6台机组全部完成超低排放改造，其中低Nox燃烧器改造、干渣机改造、点火系统改造，炉膛容积热强度、断面热强度、燃烧器区域壁面热强度、火焰中心及切圆直径也有相应变化（见图1）。锅炉本身结构作为反应条件的一部分，无法减弱。
炉膛容积热强度的增大会带来炉内温度升高，结焦因此也较为容易的发生在燃烧器附近水冷壁上。若断面热强度过高，释放的热量由于缺少足够水冷壁吸收，致使燃烧器区域温度过高，也易引起燃烧器附近水冷和燃烧器喷嘴发生结焦。燃烧器区域（见图2）壁面热强度越大，火焰则越集中，燃烧器区域的温度因之也越高，虽有利于着火和稳燃，但过高也意味着燃烧器区域释放的能量过度集中，一旦水冷壁吸热不足，燃烧器区域水冷壁及燃烧器喷嘴附近结焦也较易出现。
炉膛实际切圆直径是四角切圆燃烧的最重要参数，它对炉内结焦、稳燃、炉膛出口烟温偏差，都有重要影响。
1.3 燃烧工况因素
（1）煤粉细度。煤粉的粗细程度直接影响结焦情况的程度，过粗或者过细均会导致结焦的产生。如若过粗，在惯性作用下火焰被拖长，对于受热面的冲刷较为直接，由于燃烧的粗煤粉较烟温温度高，熔化程度也比较大，在直接冲刷受热面后极易发生结焦；但是过细的情况下，耗电则增加，制粉出力波及；另外烟温的升高也会导致结焦现象的出现。
（2）一次风速。风速的提高推迟了煤粉的着火，着火的位置与燃烧器相间离，从而火焰中部高温区移至中间，回避了喷口邻近因为温度的差别而产生结焦。风速的提高也带来了风射流的刚性提升，降低了静压作用导致的偏转。
（3）炉内空气动力场。合理配置炉内空气动力场是预防结焦的保障。燃烧中心温度高达1400～1600度。当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，较易形成结焦现象，尤其是针对存在卫燃带的炉膛内壁，表面温度既高且粗糙，给结焦营造了有利环境，成为大片焦渣。所以必需维持燃烧中央适中，预防火焰中央贴边偏斜。
（4）炉內过量空气系数a。随着系数a升高，积灰结焦现象减弱，主要由于出口烟温下降。过量空气系数若过低，易造成缺氧，炉内出现还原性氛围，Fe2O3还原为FeO，灰熔点大大下降，结焦的可能性大大增加。
（5）炉内还原性气氛。由于煤灰熔点在还原性气氛中较之氧化性气氛中低，确保空气燃料混合比例良好，避免还原性气氛的形成。在保证总空气量的前提下，结焦情况也常常因为一些因素不可回避。例如：由于喷口煤粉配置不合理，引起局部的缺氧产生，热负荷的分配也失衡。加之一、二次风的位点，容量及速度的设置不尽合理时，在局部区域焦炭挥发分在缺氧状态下会引发还原性气体氛围。如若还原性较强时，结焦如恶性循环一般更容易出现。
2 锅炉结焦的危害
锅炉的结焦最为本质的影响和危害是由于结焦部分的结构变化，炉内燃烧工况加剧恶化，继而导致锅炉运行经济性和安全性的下降，甚至造成较大的人身设备安全事故。
2.1 对经济性的危害
结焦现象出现时，锅炉结焦部位的吸热量下降，炉膛出口温度则提升，继而过热蒸汽温度、再热气温提升，致使过热器及再热器减温水量增添，汽锅着力降低；由于结焦形成后，焦块温度下调，焦块内的碳没能够充裕的燃烧，导致不充分燃烧亏损加重；由于结焦使炉膛出口温度升高，造成排烟温度提升，继而加剧了排烟热的损耗，下降了锅炉效率；结焦会受热面、燃烧器局部过热，燃烧器卡死，造成设备使用寿缩短，增加运行维护成本。endprint
2.2 对安全性的危害
锅炉结焦在机械以及人身安全性上的危害十分明显且后果严重。大体积块状的渣滓虽有捞渣机和碎渣机予以清理，但是机械的处理能力是存在一定限度的，如若灰渣的体积过大，尤其是结焦的发生，灰渣体积增大的可能性提高，其对捞渣机和碎渣机的运行有一定程度的损耗，甚至是过载跳闸，受堵，继而机器通过自我降负荷来保证运行的进行；大块掉入捞渣机，瞬时大容量的水蒸气会危害人身安全；不仅如此，灰渣体积增大必然带来质量的增大，在重力作用下可能砸坏冷灰斗水冷壁。加之机器本身的低负荷状态，产生燃烧不稳，甚至熄火；水冷壁如若发生结焦，吸热量则打折扣，循环流速随之下降，甚至引起爆管危险；完全结焦出现只能通过人工手段清理，此时必然停運，对运行带来影响和损失；局部高温形成，加剧结焦的出现，产生喷口堵死或者喷燃器烧坏的情况。
3 锅炉结焦的防止措施
对于已经交付使用，抑或是完成改造的锅炉而言，许多物理性能指标均已不可调改，诸如尺寸几何、燃烧器构造、受热面的分级配置、炉膛热负荷等等。即使经过细致的设计和制造，相应的参数选用适宜，构造配置也极尽合理，但在实际运行过程中，也不可避免的存在诸多的影响条件，例如：气流波动，每次风里煤粉浓度的差异，煤质的变迁，配方差异均能作用于锅炉的实际运行，影响到结焦情况的发生。因此，即使锅炉定型，后续的运行过程调整对于结焦的防治就至关重要了。
3.1 严格燃料管理
在锅炉实际燃烧中，煤种偏离预期设计十分普遍。为了保障锅炉燃烧持续稳定，防止结焦，必需从煤质这一源头加以把握，炉煤严格的特性检测十分必要。依据具体燃煤特性设计，参照每一个锅炉具体的配风运行方式，万不可“一招鲜吃遍天下”。依据锅炉用煤掺配要求，采取适宜的配煤方式，务必下降其结焦性和粘结性参数，确保入炉煤质量。
3.2 优化运行调整
（1）保证适当的一次风速度和一次风调平
一次风速的调整必需依据煤质的相应变化来实施。在进行锅炉冷态空气动力场试验时，须将一次风调平并同时标定一次风速。热态时依据一次风速，通过一次风可调缩孔对各一次风进行调平。热态一次风调平后固定一次风可调缩孔。降低一次风速度可降低一次风射流的刚性，防止煤粉气流冲击对面炉墙以防止炉膛结渣，一次风速过低，粉煤射流刚性差，将在燃烧器附近水冷壁及燃烧器喷口附近产生结焦。实际运行中通过调整一次风压实现对一次风速的调整。调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。
（2）保证适当的配风方式
处在两个一次风气流的居中位置，中部的二次风如若动量不大时，一次风气流对它产生的吸卷量不大，引起的负压也比较有限。因而，来自于上角的主气流产生的冲击力也控制在一定的限度以内，中部的一次风气流因而保持平稳，不会发生严重的偏转引发结焦。在具体锅炉的燃烧器中，二次风在各层之间所采用的分配方式以缩腰型来配风，上下两层二次风挡板开度较大，可为100%，中间二次风则为30%-50%，在燃煤质量较好的情况下可以上调10%-20%，此为缩腰型配风。这样的方式能够促进煤粉的着火，对于燃烧过程的稳定度和经济性有所提升，结焦现象在这个过程中也得到了很大程度的改善。
（3）保证适当的过量空气系数
根据上文提到：在水冷壁附近如若出现还原性气体氛围，那么则会出现较为严重的积灰和结焦。因此保证还原性气体氛围的削弱和不出现，即需要做到空气和燃料的均匀良好混合，在此过程中适当的提升过量空气系数是行之有效的方法。有时，即使是炉内总的空气量较大，但是在一二次风的方位，速度，容量的配置不尽合理时，在局部部分仍然会出现由于得到氧气，炽热焦炭和挥发物质形成的还原性气体氛围。当含氧量低至3%以下时，局部的缺氧会引起一氧化碳成分很快增加，加剧缺氧的氛围。综上所述：在运行过程中提高过量空气系数，均匀配风，能预防局部负荷过重，预防区域性还原性气体氛围的产生，从而防治结焦。
（4）合理调整风煤比
煤粉喷口处的煤和粉的比例对于后期是否出现结焦影响较大，分配比例不均匀的煤粉会造成炉膛的局部部分出现氧气不足以及负荷不均匀的情况。由于助燃空气不充足，炉膛结焦的情况不可避免。对于煤粉比例的调节有以下几点可以注意：燃烧器在配风过程中，做到四角风量的调平，回避缺角的情况。当出现配风不均匀的情况时，即使燃烧器缺角运作，炉内的火焰中心必会发生偏斜。保证同层的燃烧器相同出力，则火焰中心自不会偏斜，炉膛内的热负荷不会下降，均匀分布；下层部分的给粉出力与上层部分相匹配，如若出现下层高于上层，炉膛出口的烟温会下降；依据燃煤煤质的不同调节适宜的热风温度；使用的燃煤煤质组分中挥发份比例较大时，适时打开冷一次风门，下降一次风温，保证着火点不要太过接近。
（5）保证火焰中心位置
对于漏风情况的发生应予以及时的发现排查，及时联系处理。尤其应该针对干渣机冷却风门、捞渣机炉底水封、炉膛入孔、炉膛看火孔等细节部分。
（6）严格吹灰操作
保持水冷壁还有受热表面的干净清洁，定期予以吹灰处理。尤其是在工况已经出现反常，结焦情况较为严重的状况下，吹灰的操作可予以频率次数的增加，阻止结焦现象的继续发展。在吹灰过程中，掉焦灭火对捞渣机会造成严重影响，因此需要回避。在吹灰时：维持炉膛负压在一个较高的水平。如若出现掉焦，则会引起炉膛负压急剧增高产生锅炉MFT。掉大焦对干渣机的影响是会引发干渣机的卡死，继而出现过负荷跳闸。
4 结束语
对于现阶段的我国国情而言，能源结构积重难返，改革和蜕变需要许多人和长时间的努力。也因此：燃煤电站锅炉的应用仍是普遍的，且不可或缺的主要能源来源方式。锅炉结焦问题的解决也变得十分必要，需要重视。锅炉结焦成因复杂，影响因素众多且互相交叉，必须从各个因素入手加强运维管理，尤其针对不同情况，对于燃烧过程的优化调整，才能从根源上防治锅炉结焦现象的发生，从而推动电厂锅炉产业经济以稳定和安全的方式正常运行。
参考文献：
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