鍋爐運行過程中結(jié)焦原因及預(yù)防措施

孫傳暉

摘要：鍋爐的結(jié)焦問題是比較普遍存在的，嚴(yán)重的結(jié)焦會導(dǎo)致鍋爐被迫停爐，極大地影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。鍋爐結(jié)焦的原因是多方面的，涉及到鍋爐的設(shè)計、燃燒器的設(shè)計布置、設(shè)計煤種以及實際運行煤種的特性及其差異、爐內(nèi)氣流的空氣動力場狀況等等。本文針對鍋爐運行過程中結(jié)焦的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而提出預(yù)防措施，以保證鍋爐的正常運行。

關(guān)鍵詞：鍋爐；結(jié)焦慮；原因；措施

結(jié)焦是鍋爐運行中比較普遍的問題，一般情況下，隨著煙氣一起運動的灰渣顆粒，由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻，如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前，已經(jīng)因為溫度降低而凝固，當(dāng)附著在受熱面管壁上時，將形成一層疏松的灰層，運行中通過吹灰很容易除掉。當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時，一部分灰顆粒已經(jīng)達(dá)到熔融或半熔融狀態(tài)，若這部分灰顆粒在達(dá)到受熱面前未得到足夠冷卻達(dá)到凝固狀態(tài)，具有較高的粘結(jié)能力，就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上，甚至達(dá)到熔化狀態(tài)，粘附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結(jié)焦不斷發(fā)展。在燃燒過程中，煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質(zhì)迅速揮發(fā)，成氣態(tài)進(jìn)入煙氣中，當(dāng)溫度降低時凝結(jié)，或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上。或者凝結(jié)在飛灰顆粒表面，成為熔融的堿化物膜，然后粘附在受熱面上形成初始結(jié)焦層，成為結(jié)焦發(fā)展的條件。

1 鍋爐結(jié)焦的原因分析

1.1 選擇合理的爐膛出口溫度。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，對煤粉爐最經(jīng)濟(jì)的爐膛出口溫度在1200~1400度之間，但實際上，為了防止對流受熱面結(jié)渣，爐膛出口溫度不能過高。在爐膛出口布置屏式受熱面的鍋爐，對一般性結(jié)渣性煤應(yīng)小于1200度。

1.2 控制合理的爐內(nèi)過量空氣系數(shù)a。

過量空氣系數(shù)a增加，受熱面的積灰、結(jié)渣趨勢減弱。主要歸因于爐膛出口煙溫降低，爐膛壁面處的煙溫降低。A過低容易造成氧量不足，在爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛，熔點較高的Fe2O3還原為熔點較低的FeO，從而使灰熔點大大降低，這樣就增加了結(jié)渣的可能性。

1.3 保證空氣和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)渣。

當(dāng)一、二次風(fēng)的位置、風(fēng)速、風(fēng)量設(shè)計不合理時，盡管爐內(nèi)總空氣量大，但仍會出現(xiàn)局部區(qū)域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛。當(dāng)煤粉爐煙氣含氧量低于3時，由于局部缺氧，將會使CO含量急劇增加。

1.4 在影響結(jié)焦的因素中，煤質(zhì)特性起這主要的作用。煤粉在燃燒時，其灰份熔融特性用變

形溫度t1，軟化溫度t2和熔化溫度t3來表示，軟化溫度t2的高低是評價煤灰是否容易結(jié)焦的主要指標(biāo)。飛灰的成分決定著其熔點，當(dāng)煤粉中堿性氧化物含量大時，灰熔點低，容易結(jié)焦；當(dāng)煤粉中氧化硅，氧化鋁含量大時，灰熔點高，就不容易結(jié)焦。

1.5 應(yīng)用各種運行措施控制爐內(nèi)溫度水平。

第一，爐內(nèi)溫度水平高，將使煤中一些易揮發(fā)堿性氧化物汽化或升華（1400度以上），使堿金屬化合物在受熱面上凝結(jié)（1000~1100度）。堿金屬直接凝結(jié)在受熱面上會形成致密的強(qiáng)黏結(jié)性灰。第二，可在初始灰層中形成產(chǎn)生低熔點復(fù)合硫酸鹽反應(yīng)的條件，還會使含有堿性化合物的積灰外表層黏結(jié)性增強(qiáng)，加速積灰過程的發(fā)展。第三，煤灰呈熔化或半熔化狀態(tài)，熔融灰會直接黏在受熱面上，產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣。

2 防止鍋爐結(jié)焦的措施：

2.1 加大運行中過量空氣系數(shù)，增加配風(fēng)的均勻性，防止局部熱負(fù)荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣氛，調(diào)整四角風(fēng)粉分配的均勻性，防止一次風(fēng)氣流直接沖刷壁面，必要時采取降負(fù)荷運行。組織合理而良好的爐內(nèi)空氣動力場是防止結(jié)焦的前提。

燃燒中心溫度高達(dá)1400~1600度。當(dāng)灰渣撞擊爐壁時，若仍保持軟化或熔化狀態(tài)，易黏結(jié)附于爐壁上形成結(jié)渣，尤其是在有衛(wèi)燃帶的爐膛內(nèi)壁，表面溫度很高，又很粗糙，更易結(jié)渣，而且易成為大片焦渣的策源地。因此必須保持燃燒中心適中，防止火焰中心偏斜和貼邊。

2.1.1 爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流對燃燒器射流的沖擊力和作用點。旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度大，射流偏轉(zhuǎn)加劇，實際切圓增大。

2.1.2 一次風(fēng)射流剛性。

2.1.3 射流兩側(cè)補氣條件差異。

2.1.4 燃燒器組長寬比及燃燒器噴口間隙。當(dāng)燃燒器組高寬比越大時，燃燒器組中間部分從上下兩側(cè)獲取補氣的條件越差，射流偏轉(zhuǎn)加劇。

2.2 四角煤粉濃度及各燃燒器配風(fēng)應(yīng)盡量均勻。

煤粉噴口煤粉量分配不均勻的狀況必然造成爐膛局部缺氧和負(fù)荷分配不均勻，在燃燒空氣不足的情況下，爐膛結(jié)渣狀況惡化。當(dāng)燃燒器配風(fēng)不均勻或者鍋爐降負(fù)荷，燃燒器缺角或缺對角運行時，爐內(nèi)火焰中心會發(fā)生偏斜。運行時要盡量調(diào)平四角風(fēng)量，避免缺角情況。

2.3 要有合適的煤粉細(xì)度。

煤粉粗，火炬拖長，粗粉因慣性作用會直接沖刷受熱面。再則，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結(jié)渣。但是，煤粉太細(xì)也會帶來問題，一是電耗高，制粉出力受到影響，二是爐膛出口煙溫升高，易引起結(jié)渣。

2.4 燃料上煤盡量保證穩(wěn)定的煤質(zhì)，當(dāng)煤質(zhì)發(fā)生變化，應(yīng)加強(qiáng)配煤，使煤質(zhì)達(dá)到鍋爐設(shè)計允許變化范圍內(nèi)。司爐應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)的化驗分析報告調(diào)整燃燒。

2.5 適當(dāng)提高一次風(fēng)速可以減輕燃燒器附近的結(jié)渣。

提高一次風(fēng)速可推遲煤粉的著火，可使著火點離燃燒器更遠(yuǎn)，火焰高溫區(qū)也相應(yīng)推移到爐膛中心，可以避免噴口附加結(jié)渣。

提高一次風(fēng)速還可以增加一次風(fēng)射流的剛性，減少由于射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，避免一次風(fēng)氣流直接沖刷壁面而產(chǎn)生結(jié)渣。

注意一次風(fēng)速的提高受煤粉著火條件的限制。

2.6 爐膛出口溫度場應(yīng)盡可能均勻。

降低爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)，均勻的溫度分布可使密排對流管束中煙氣溫度低于開始結(jié)渣溫度。

應(yīng)用三次風(fēng)、二次風(fēng)反切來減少殘余旋轉(zhuǎn)，必須能夠很準(zhǔn)確地計算出主旋氣流和反切氣流的動量矩以及合成氣流的動量矩，而且通過運行調(diào)試來觀察是否滿足運行要求。

2.7 摻燒不同煤種。

煤種摻燒能在一定程度上綜合所摻煤種的灰渣特性。低灰熔點煤灰分仍在受熱面上沉積，但高熔點固態(tài)灰對受熱面有一定的沖刷作用，使沉積量降低

2.8 司爐人員認(rèn)真操作，加強(qiáng)運行監(jiān)視與調(diào)整，使四角噴燃負(fù)荷均勻，火焰充滿度好，避免火焰中心偏移，氣粉貼墻；運行中保持合適的氧量，特別是當(dāng)燃料或負(fù)荷發(fā)生變化時，避免鍋爐因缺氧而結(jié)焦，鑒于鍋爐氧量測量裝置安裝在豎直煙道，系統(tǒng)負(fù)壓較大，漏風(fēng)較大，測量結(jié)果與實際氧量誤差大，建議在負(fù)壓較小的水平煙道加裝氧量測點，提高煙氣含氧量的測量準(zhǔn)確度，加裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測量在線監(jiān)測裝置，進(jìn)行鍋爐最佳的燃燒調(diào)整，減少結(jié)焦。

2.9 鍋爐受熱面應(yīng)定期吹灰，防止受熱面積灰后影響傳熱，運行人員發(fā)現(xiàn)結(jié)焦及時清除，防止繼續(xù)惡化。

通過燃燒監(jiān)視，鍋爐的熱負(fù)荷，燃燒工況，氧量等數(shù)據(jù)通過儀表可以監(jiān)測到，發(fā)現(xiàn)有不良情況，及時調(diào)整，有結(jié)焦及時清除，是防止結(jié)焦的有效手段

3 總結(jié)：鍋爐的結(jié)焦問題是比較普遍存在的，嚴(yán)重的結(jié)焦會導(dǎo)致鍋爐被迫停爐，極大地影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過以上分析，只要我們在設(shè)計及實際運行過程中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，加強(qiáng)運行人員操作管理就可以避免鍋爐結(jié)焦問題的出現(xiàn)，以確保鍋爐的安全運行。