鍋爐運行過程中結焦原因及預防措施

孫傳暉

摘要：鍋爐的結焦問題是比較普遍存在的，嚴重的結焦會導致鍋爐被迫停爐，極大地影響鍋爐的安全性和經濟性。鍋爐結焦的原因是多方面的，涉及到鍋爐的設計、燃燒器的設計布置、設計煤種以及實際運行煤種的特性及其差異、爐內氣流的空氣動力場狀況等等。本文針對鍋爐運行過程中結焦的原因進行分析，進而提出預防措施，以保證鍋爐的正常運行。

關鍵詞：鍋爐；結焦慮；原因；措施

結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，如果液態的渣粒在接近水冷壁或爐墻前，已經因為溫度降低而凝固，當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。當爐膛內溫度較高時，一部分灰顆粒已經達到熔融或半熔融狀態，若這部分灰顆粒在達到受熱面前未得到足夠冷卻達到凝固狀態，具有較高的粘結能力，就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上，甚至達到熔化狀態，粘附熔融或半熔融狀態的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結焦不斷發展。在燃燒過程中，煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質迅速揮發，成氣態進入煙氣中，當溫度降低時凝結，或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上?；蛘吣Y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焦層，成為結焦發展的條件。

1 鍋爐結焦的原因分析

1.1 選擇合理的爐膛出口溫度。

根據經濟技術比較，對煤粉爐最經濟的爐膛出口溫度在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，對一般性結渣性煤應小于1200度。

1.2 控制合理的爐內過量空氣系數a。

過量空氣系數a增加，受熱面的積灰、結渣趨勢減弱。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，在爐內出現還原性氣氛，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，防止局部嚴重積灰、結渣。

當一、二次風的位置、風速、風量設計不合理時，盡管爐內總空氣量大，但仍會出現局部區域的熾熱焦碳和揮發分得不到氧量而出現局部還原性氣氛。當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 在影響結焦的因素中，煤質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焦的主要指標。飛灰的成分決定著其熔點，當煤粉中堿性氧化物含量大時，灰熔點低，容易結焦；當煤粉中氧化硅，氧化鋁含量大時，灰熔點高，就不容易結焦。

1.5 應用各種運行措施控制爐內溫度水平。

第一，爐內溫度水平高，將使煤中一些易揮發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（1000~1100度）。堿金屬直接凝結在受熱面上會形成致密的強黏結性灰。第二，可在初始灰層中形成產生低熔點復合硫酸鹽反應的條件，還會使含有堿性化合物的積灰外表層黏結性增強，加速積灰過程的發展。第三，煤灰呈熔化或半熔化狀態，熔融灰會直接黏在受熱面上，產生嚴重結渣。

2 防止鍋爐結焦的措施：

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

燃燒中心溫度高達1400~1600度。當灰渣撞擊爐壁時，若仍保持軟化或熔化狀態，易黏結附于爐壁上形成結渣，尤其是在有衛燃帶的爐膛內壁，表面溫度很高，又很粗糙，更易結渣，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 爐內旋轉氣流對燃燒器射流的沖擊力和作用點。旋轉強度大，射流偏轉加劇，實際切圓增大。

2.1.2 一次風射流剛性。

2.1.3 射流兩側補氣條件差異。

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

2.2 四角煤粉濃度及各燃燒器配風應盡量均勻。

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荷分配不均勻，在燃燒空氣不足的情況下，爐膛結渣狀況惡化。當燃燒器配風不均勻或者鍋爐降負荷，燃燒器缺角或缺對角運行時，爐內火焰中心會發生偏斜。運行時要盡量調平四角風量，避免缺角情況。

2.3 要有合適的煤粉細度。

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，沖墻后容易引起結渣。但是，煤粉太細也會帶來問題，一是電耗高，制粉出力受到影響，二是爐膛出口煙溫升高，易引起結渣。

2.4 燃料上煤盡量保證穩定的煤質，當煤質發生變化，應加強配煤，使煤質達到鍋爐設計允許變化范圍內。司爐應根據煤質的化驗分析報告調整燃燒。

2.5 適當提高一次風速可以減輕燃燒器附近的結渣。

提高一次風速可推遲煤粉的著火，可使著火點離燃燒器更遠，火焰高溫區也相應推移到爐膛中心，可以避免噴口附加結渣。

提高一次風速還可以增加一次風射流的剛性，減少由于射流兩側靜壓作用而產生的偏轉，避免一次風氣流直接沖刷壁面而產生結渣。

注意一次風速的提高受煤粉著火條件的限制。

2.6 爐膛出口溫度場應盡可能均勻。

降低爐膛出口殘余旋轉，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渣溫度。

應用三次風、二次風反切來減少殘余旋轉，必須能夠很準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 司爐人員認真操作，加強運行監視與調整，使四角噴燃負荷均勻，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，特別是當燃料或負荷發生變化時，避免鍋爐因缺氧而結焦，鑒于鍋爐氧量測量裝置安裝在豎直煙道，系統負壓較大，漏風較大，測量結果與實際氧量誤差大，建議在負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確度，加裝一氧化碳和飛灰含碳量微波測量在線監測裝置，進行鍋爐最佳的燃燒調整，減少結焦。

2.9 鍋爐受熱面應定期吹灰，防止受熱面積灰后影響傳熱，運行人員發現結焦及時清除，防止繼續惡化。

通過燃燒監視，鍋爐的熱負荷，燃燒工況，氧量等數據通過儀表可以監測到，發現有不良情況，及時調整，有結焦及時清除，是防止結焦的有效手段

3 總結：鍋爐的結焦問題是比較普遍存在的，嚴重的結焦會導致鍋爐被迫停爐，極大地影響鍋爐的安全性和經濟性。通過以上分析，只要我們在設計及實際運行過程中不斷地總結經驗，加強運行人員操作管理就可以避免鍋爐結焦問題的出現，以確保鍋爐的安全運行。