煤粉锅炉结焦危害、因素与防止

锅炉结焦的危害、原因和防止

摘要：针对动力部两台煤粉锅炉易结焦的现象，从燃煤灰分的化学性质、炉气的性质、空气动力场以及运行操作等方面分析产生结焦的原因，并提出了加强燃煤灰分的监督、保证良好的炉内气氛和提高运行操作人员预防结焦的意识等措施来防止结焦。

关键词：煤粉锅炉；结焦

动力部现有两台煤粉锅炉是与50MW汽轮机发电机组配套的高压锅炉，Π型布置，自然循环；单汽包、单段蒸发、集中下降管循环蒸发系统。在运行过程中存在着不同程度的煤粉结焦问题，有些甚至引发事故。而煤粉锅炉结焦的问题也是我国电力生产中不可忽视的问题。

1 结焦的概念

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。

2 结焦的危害

炉膛大面积结焦时，会使炉膛吸热量大大减少，炉膛出口烟气温度偏高，使过热器传热恶化，造成过热蒸汽温度偏高，过热器管壁温度超温。炉膛产生局部结焦后，使结焦部位水冷壁吸热量减少，循环流速下降，严重时会造成循环停滞导致水冷壁爆管。由于结焦使炉膛出口温度升高，造成排烟温度升高，从而增加了排烟热损失，降低锅炉的热效率。炉膛结焦还会造成锅炉出力下降。喷燃器出口结焦，会影响煤粉气流的正常喷射或引起气流的偏移，磨损水冷壁管，形成局部高温，加剧水冷壁结焦，甚至烧坏喷燃器或者喷口因结焦而堵死。炉膛大面掉焦时，会扰乱炉膛负压，严重时导致灭火，还可能会砸坏水冷壁以及除渣设备。在高温烟气的作用下，黏结在水冷壁或高温过热器上的灰渣会与管壁发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀。

3 结焦的因素

煤粉经给粉机播出以后在热空气的带动下，通过喷燃器，喷入炉膛中燃烧。炉膛四周布满水冷壁，以辐射换热的方式接受燃料释放的热量。正常情况下高温烟气首先穿过炉膛出口的凝渣管，然后依次经过水平烟道中的过热器，竖直烟道中的省煤器和空预器，此时以对流换热方式为主。最后经电除尘装置，被引风机抽出脱硫后排入大气。

3.1 煤灰性质的影响

煤灰的组成很复杂，其中Fe 2O 3，Fe 3O 4,FeO 和FeS 等，熔点基本上都在1600℃以下，而灰分中的主要氧化物SiO 2，Al 2O 3，CaO 和MgO 等熔点基本上在2000℃左右，通常不易熔化。因此结焦就是由灰分中的氧化物在一定温度下生成的低熔点渣造成的。SiO 2，Al 2O 3,CaO 和MgO 含量越多，灰的熔点就越高；相反灰熔点就越低。此外，周围介质的成分对灰熔点也有影响。在炉膛内总会有一些还原性气体（CO ，H 2等）这些还原性气体在很高温度下能使熔点较高的Fe 2O 3还原成熔点较低的FeO ，使煤灰的熔点降低。目前关于灰熔点的性质，均用试验方法来确定。

各种煤灰的熔点一般在1100~1600℃之间。经验表明：当软化温度t2>1350℃时，炉内结焦可能性不大；若t2<1350℃就有可能结焦。

关于灰分对锅炉工作的影响，可以根据灰成分得出一个指标来判断：

()322//22.024.03.0O Al SiO G A B ST C C C C R +++= 式中：

;0077.0192.12ST C ST -=

;/5146.54381.0/A B C A B +=

)/()(/23222232TiO O Al SiO O K O Na O Fe MgO CaO A B ++++++=

;0787.0705.7G C G -= %100)/(3222?+++=MgO CaO O Fe SiO SiO G 当量

;8974

.0/2821.1322/322-=O Al SiO C O Al SiO

式中ST 为灰的软化温度；

判别界限：

R ：0.5~1.5 轻微结焦；1.5~2.5中等结焦；R<1.75中等偏轻；R>2.25为中等偏重；R>2.5~3.5严重结焦。 3.2空气动力场的影响

炉内空气动力工况不良而造成的燃烧切圆过大或者燃烧中心偏离，也会造成高温烟气冲刷水冷壁面，使熔渣在接触水冷壁前无法凝固而结焦。

1、2#炉的一次风的煤粉喷燃器为直流式浓淡分离器，炉内设计为双切圆燃烧，一次风气流为反切（顺时针）假想直径φ600mm ；二次风为正切假想直径φ850mm 。 直流燃烧器的运行特点是煤粉进入炉膛后，在炉内切向燃烧形成强烈旋转上升的

气流，气流最大切向速度的连线构成炉内实际切圆，炉膛中心是速度很低的微风区，实际切圆是切向燃烧的一个重要参数，对炉膛结焦、稳燃以及炉膛出口的烟速、烟温偏差都有一定的影响。实际切圆过大容易结焦，过小则影响燃烧稳定性，因此保证实际切圆直径非常重要。燃烧器的宽高比、间隙率，一、二次风总量比等因素都会影响实际切圆直径。

在实际运行过程中，从风粉在线监测画面可以看到，1#炉下层给粉机经常带粉，尤其是1、2#给粉机现象较严重，导致四角给粉不均，一次风压相差较大有时相差接近20%，严重影响炉内空气空气动力场。

2#炉两台送风机开度一直保持在100%，总风量却只有70Nm3/s,而1#炉送风机开度在45~60%的范围内调节，但是总风量但是其送风量却远大于2#炉总风量。从燃烧工况来看，2#炉炉膛氧含量经常位于3.5%以下，严重制约2#炉带负荷，强行带高负荷时就很容易产生结焦。

3.3炉内烟气性质的影响

炉内烟气的性质对锅炉结焦也有很大的影响。如果烟气是氧化性的则灰中的Fe就会生成稳定的氧化物Fe3O4，它和SiO2形成的高熔点的渣不易结焦。如果烟气是H2S、CO、H2等还原性的，则会发生以下反应：

3Fe3O4+H2S=SO2+H2O+FeO；

Fe3O4+CO =CO2+3FeO：

Fe3O4+H2=H2O+3FeO；

在一定温度范围内FeO与SiO2形成4FeO·SiO2和2FeO·SiO2等一系列共熔体，熔点可降低350℃。因此灰分的熔化温度在还原性炉气中比在氧化性炉气中低得多，所以使炉膛烟气偏氧化性有利于防止结焦。

3.4运行操作的影响

锅炉结焦的因素是多方面的，而且各种因素互相关联，人的因素起着关键的作用，因此司炉人员在运行过程中应该严格按照规定操作。

在日常生产运行中，锅炉需要根据外界负荷变化不断地调整燃烧工况，这就需要司炉人员保持认真负责的态度，采用正确的合理的方法来调整，比如增加负荷时先加风再加粉，如果不能保持合理的配风、不能使炉膛氧含量保持在4~6%的范围内，就很容易产生结焦。

4 结焦的防止措施

根据以上分析，结合动力部实际情况，针对锅炉结焦情况可以从以下几个方面考虑，从而采取有效地措施。

4.1把握源头，确保煤质

严格把握原煤质量，保证灰分、含硫量、灰熔点等各项参数符合要求。原煤分堆放置，及时获取入炉煤质化验数据，根据要求合理配置用煤，保证入炉煤质无较大波动。

4.2精心操作，加强调整

运行中精心操作，勤于配风，调节三次风，使火焰不贴壁；调节二次风使其提供充足的氧量保证煤粉的充分燃烧；调节一次风，使火焰长度合适；调节引风机，保持炉膛负压在-70~-20pa范围内；既要保证煤粉在炉膛内充分燃烧所需要的时间，又要避免在下炉膛形成扩散燃烧。控制氧量在4-6%之间，严禁缺氧燃烧。加强燃烧调整，避免大起大落，波动太大。严格控制升温升压速度，防止出现两侧烟气温度偏差。通过调节粗粉出口挡板控制煤粉细度，合理的煤粉细度有利于结焦的控制。

4.3加强监视，及时清除

运行中，可根据仪表指示和实际观察来判断是否结焦。炉膛结焦后煤粉消耗量增大，炉膛出口烟温升高，过热气温升高且减温水量增大，排烟温度升高；炉膛出口结焦时，炉膛负压会减少，严重时会有正压。

还可以从实际观察来判断，通过刮板机出渣量来判断，在锅炉负荷无较大变化的前提下，若出渣量无大变化则没有结焦，若出渣量明显减小则极可能出现结焦。可以进一步通过看火孔直接观察炉膛内燃烧情况，仔细观察水冷壁上是否有焦。

在日常运行过程中一旦发现结焦，立刻联系打焦并汇报车间领导。及早清除，防止生成大块结焦。坚持锅炉定期吹灰工作也可以有效防止结焦，根据汽温变化、炉膛出口烟温及两侧烟温差变化可适当增加吹灰次数。

5 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、煤的潜在结渣倾向、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。

文中提到的各种因素都可能影响到结焦，人的因素起着关键的作用，因为一切不合理的因素都是可以通过人来调整的。只要做好各个环节的管理工作，保证入厂煤质是符合要求的，司炉操作是合理的，设备是安全可靠的就能有效地控制结焦的次数与严重程度。