鍋爐結(jié)焦問(wèn)題的分析及防控

文 / 張 偉 黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司

黃陵礦業(yè)煤矸發(fā)電有限公司目前運(yùn)行的有5臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，其中，一期3臺(tái)75t/h的循環(huán)流化床鍋爐，二期2臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐，在建的三期即將投運(yùn)2臺(tái)1057t/h循環(huán)流化床鍋爐。在初期運(yùn)行中，一、二期鍋爐都或多或少地發(fā)生過(guò)結(jié)焦事故。本文就循環(huán)流化床鍋爐結(jié)焦問(wèn)題，提一些看法和建議。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

黃陵礦業(yè)煤矸石發(fā)電有限公司一期3臺(tái)75t/h循環(huán)流化床鍋爐2004年6月投產(chǎn)運(yùn)行。屬單汽包、自然循環(huán)、高溫水冷旋風(fēng)分離器、固態(tài)排渣、循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐采用半露天、半懸掛（前吊后支）布置、全鋼架結(jié)構(gòu)。二期2臺(tái)220t/h循環(huán)流化床鍋爐2008年建成投產(chǎn)，鍋爐由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，兩臺(tái)汽冷式旋風(fēng)分離器和一個(gè)由汽冷包墻包覆的尾部豎井（HRA）三部分組成。鍋爐減溫系統(tǒng)采用除鹽水噴水減溫，鍋爐爐膛為全膜式水冷壁懸吊結(jié)構(gòu)。脫硫系統(tǒng)采用爐膛與煤混加石灰石的方式，鍋爐排渣系統(tǒng)采用滾筒式冷渣機(jī)，自動(dòng)排渣系統(tǒng)。

2 鍋爐結(jié)焦后造成損失

我公司鍋爐運(yùn)行中曾發(fā)生幾起結(jié)焦事故，每次結(jié)焦事故發(fā)生后，均停爐5～10天，二期每天每臺(tái)爐產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益在20萬(wàn)元左右，一期在5萬(wàn)元左右，而且每次的點(diǎn)爐費(fèi)用一期為2萬(wàn)元左右，二期在4萬(wàn)元左右，每次鍋爐結(jié)焦事故的發(fā)生給電廠帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失大約在20～60萬(wàn)元。

3 鍋爐結(jié)焦的原因分析

鍋爐結(jié)焦就是爐膛料層中的顆粒（包括底料和煤）因燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱不能被及時(shí)地排出，使其溫度超過(guò)灰渣的變形溫度而產(chǎn)生粘結(jié)成塊的現(xiàn)象。局部結(jié)焦后，所形成的小渣塊會(huì)迅速粘結(jié)成一大塊，甚至布滿整個(gè)料層，使處于流化狀態(tài)料層布風(fēng)遭到破壞，料層不能正常沸騰，只得被迫停止運(yùn)行。

下面就鍋爐結(jié)焦原因進(jìn)行分析。

3.1 床料流化異常對(duì)結(jié)焦的影響

循環(huán)流化床鍋爐床料流化不良是引起結(jié)焦的主要原因。由于循環(huán)流化床鍋爐的燃燒床料主要是由0～12mm的煤矸石、中煤組成，一旦流化循環(huán)不好就很容易引起床料局部堆積，堆積的床料本身溫度較高，加上床料還含有未燃燒完全的煤顆粒，繼續(xù)氧化燃燒，放出熱量，集聚下來(lái)沒(méi)有散熱或者是傳熱量很小，從而使該部分床料的溫度急劇上升，當(dāng)溫度超過(guò)了灰渣的灰熔點(diǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。

當(dāng)燃燒的煤顆粒度與其床料顆粒的相對(duì)速度到零時(shí)，燃燒顆粒傳熱速率迅速加快，床局部溫度急劇升高，造成爐膛內(nèi)的灰與煤質(zhì)顆粒熔合一起，一旦熔合的固體塊形成，臨近的惰性床料被其粘結(jié)，因而增大了粘結(jié)塊，當(dāng)床溫大于固體顆粒粘結(jié)溫度時(shí)，即使床層表觀氣速大于最小流化速度，床層也將結(jié)塊，最小流化速度在床層溫度大于固體顆粒粘結(jié)溫度時(shí)失去了傳統(tǒng)上定義流化床流化的意義。此時(shí)的流化風(fēng)速比臨界風(fēng)速大很多。

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，當(dāng)流化風(fēng)速低于爐料的臨界流化風(fēng)速時(shí)，物料在床內(nèi)燃燒放熱，熱量來(lái)不及向鍋爐受熱面?zhèn)鬟f，就使燃燒周圍的物料加熱，使其溫度急劇上升，當(dāng)溫度超過(guò)灰渣灰熔點(diǎn)溫度時(shí)，就產(chǎn)生鍋爐整床高溫結(jié)焦。

3.2 灰渣的灰熔點(diǎn)對(duì)結(jié)焦的影響

灰熔點(diǎn)越低，越容易結(jié)焦。結(jié)焦分為高溫結(jié)焦和低溫結(jié)焦，當(dāng)床層整體低于灰渣變形溫度，而局部超溫或低溫?zé)Y(jié)而引起的結(jié)焦叫低溫結(jié)焦；高溫結(jié)焦是指整體床溫高而流化正常時(shí)形成的結(jié)焦現(xiàn)象。灰熔點(diǎn)與灰渣中的成分含量有關(guān)，灰渣中堿金屬鉀、納含量較高時(shí)灰熔點(diǎn)較低。

3.3 燃料特性對(duì)結(jié)焦的影響

我公司鍋爐使用的燃料以煤矸石、煤泥和低熱值中煤為主，煤的制備是用二級(jí)齒板破碎系統(tǒng)，經(jīng)破碎后的煤粒設(shè)計(jì)為15mm以下，經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，要確保鍋爐運(yùn)行正常，燃燒充分、反料穩(wěn)定、設(shè)備使用周期長(zhǎng)，必修控制煤質(zhì)的顆粒度在5～10mm范圍內(nèi)。如果大于15mm的顆粒或者明顯偏大，超過(guò)了設(shè)計(jì)要求，將導(dǎo)致顆粒沉積，影響流化與運(yùn)行，造成結(jié)焦事故。

3.4 密相區(qū)燃燒份額對(duì)結(jié)焦的影響

燃燒份額是指每一燃燒區(qū)域中燃燒量占總?cè)紵康谋壤Ｓ捎谘h(huán)流化床鍋爐燃燒主要發(fā)生在密相區(qū)和稀相區(qū)，這兩個(gè)區(qū)域的燃燒份額之和接近于1，其中密相區(qū)的燃燒份額會(huì)影響到料層溫度控制、爐內(nèi)傳熱以及鍋爐連續(xù)安全運(yùn)行，所以密相區(qū)燃燒份額是我們最關(guān)心的一個(gè)參數(shù)。在其他條件不變的情況下，當(dāng)密相區(qū)燃燒份額增加，也就是燃煤在密相區(qū)放熱份額增加時(shí)，為保持密相區(qū)出口溫度不變，必然增加密相區(qū)的吸熱量，相應(yīng)增加密相區(qū)的受熱面積。如果密相區(qū)的受熱面再無(wú)法增加，則會(huì)使密相區(qū)出口煙溫提高，即帶入稀相區(qū)的焓增加。如果該部分不能有效被稀相區(qū)受熱面吸收或被煙氣帶走，則密相區(qū)的熱平衡就被破壞，從而使?fàn)t膛溫度升高，出現(xiàn)高溫結(jié)焦。

4 鍋爐結(jié)焦事故的防控措施

4.1 鍋爐點(diǎn)火過(guò)程中的控制

鍋爐點(diǎn)火過(guò)程中要求流化良好，在鍋爐點(diǎn)火后期,投煤時(shí)要特別注意，此時(shí)溫度較高，加入的煤大部分還沒(méi)有著火，一旦著火，溫度會(huì)上升較快，如果控制不好，就很容易結(jié)焦。所以在點(diǎn)火后期，要確保床料流化，給煤時(shí)不能大量給煤，而是采取少量范圍給煤；盡量避免床料中有小焦塊，如有小焦塊，要盡量用鉤子鉤出；盡量縮短小風(fēng)量運(yùn)行過(guò)程時(shí)間，以避免造成“低溫結(jié)焦”。在點(diǎn)火后期，不可大量添加發(fā)熱量低的劣質(zhì)煤種（是指熱值小于3200大卡的混合煤），否則會(huì)使?fàn)t料燃燒不充分，控制不了溫度的上升的速度。采用油槍點(diǎn)火的，后期就要控制好油量，不可把燃油突然開(kāi)大或突然關(guān)小，盡量控制好床料的溫升速度。往往在鍋爐點(diǎn)火過(guò)程中的一點(diǎn)操作失誤就會(huì)導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦事故。

4.2 不可隨意減少風(fēng)量的調(diào)整控制

風(fēng)量過(guò)大會(huì)帶走床層發(fā)熱量，造成床溫下降，但并不意味著必須減風(fēng)，要根據(jù)具體情況而定。如果床溫在800～850℃區(qū)間，足以使該煤種著火，應(yīng)該酌量加煤，并注意氧量的變化，當(dāng)氧量下降時(shí)，酌情減煤，而床溫持續(xù)上升時(shí)，可適當(dāng)增大鍋爐一次風(fēng)機(jī)檔板閥位5%～8%，在該床溫下即可穩(wěn)定運(yùn)行，劇烈地加風(fēng)或者減風(fēng)都是不允許的。我公司鍋爐的一、二次風(fēng)都是從鍋爐的一次風(fēng)機(jī)出來(lái)的，開(kāi)大二次風(fēng)門，其實(shí)也就相當(dāng)于關(guān)小一次風(fēng)門，在運(yùn)行過(guò)程中，突然開(kāi)大二次風(fēng)門，一次風(fēng)量就減少了，當(dāng)一次風(fēng)量低于爐料的流化風(fēng)量時(shí)，就使?fàn)t料沉積從而產(chǎn)生結(jié)焦。

4.3 注意料層差壓的變化

正常運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐，料層差壓是持續(xù)、均勻地變化，料層劇增或劇減是不正常的，應(yīng)該分析原因，特別是料層差壓劇增，往往是結(jié)焦的前兆。2013年6月13日，2#爐就是由于其料層不穩(wěn)定，間斷樸灰、斷灰，料層差壓劇增，加之運(yùn)行人員有操作不及時(shí)，造成結(jié)焦。因此，運(yùn)行人員在監(jiān)視運(yùn)行過(guò)程中要時(shí)刻注意觀察料層差壓的變化，一旦突變，就要立即采取措施，才可避免結(jié)焦事故的發(fā)生。

4.4 結(jié)焦事故前兆的緊急處理

（1）應(yīng)迅速切斷給煤機(jī)，并維持正常水位，若有必要可停一次風(fēng)機(jī)，停止給爐膛供氧氣，監(jiān)視氧量參數(shù)。

（2）采取大風(fēng)量吹送流化床物料的方法來(lái)降低床溫，以達(dá)到間接完成消滅焦塊的效果。否則，等造成大面積結(jié)焦時(shí)再來(lái)處理，就已經(jīng)來(lái)不及了，只能作停爐處理。

4.5 床層溫度的控制與調(diào)節(jié)

鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，盡量提高床溫，床溫的提高有利于煤的燃盡；但另一方面要低于床料的變化溫度100～200℃，對(duì)于我公司的循環(huán)流化床鍋爐，床溫要控制在900～950℃。調(diào)節(jié)床溫的方法有：①在一定負(fù)荷下風(fēng)量不變的情況下，用調(diào)節(jié)給煤量的手段來(lái)調(diào)節(jié)床溫。②在一定負(fù)荷下給煤量不變的情況下，用增減一次、二次風(fēng)量及引風(fēng)的手段來(lái)調(diào)節(jié)床溫。③對(duì)于在負(fù)荷變化較大的情況下，必須同時(shí)調(diào)整給煤量與送風(fēng)量。

4.6 鍋爐循環(huán)灰的調(diào)整

當(dāng)反料器投入正常后，有利于床溫的穩(wěn)定和汽溫的正常，運(yùn)行人員在調(diào)整時(shí)，當(dāng)料層差壓增大時(shí)，盲目放循環(huán)灰，造成大量高溫循環(huán)灰（900℃以上）外泄，使流化床內(nèi)物料成分改變，床溫波動(dòng)，最后造成結(jié)焦。在運(yùn)行中，要常檢查返料器是否運(yùn)行正常。

4.7 控制好給煤粒度

燃煤粒度要求粒度大的不能太多，破碎機(jī)出煤的粒度要嚴(yán)格控制，大于10mm以上的煤粒絕不能多于2%，否則要查明原因，進(jìn)行處理。燃運(yùn)車間輸煤工人要檢查自己上的煤粒情況，運(yùn)行人員也要經(jīng)常檢查給煤機(jī)的進(jìn)煤情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)與輸煤工溝通處理。

4.8 加減負(fù)荷的控制

加減負(fù)荷時(shí)，要求嚴(yán)格按“升負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)再加煤，減負(fù)荷先減煤后減風(fēng)”的操作思路。在加減煤時(shí)，不能突然增加或減少很多，只能緩慢加減。燃燒調(diào)節(jié)時(shí)，要做到“少量多次”的調(diào)節(jié)方法，避免床溫大起大落。對(duì)鍋爐設(shè)備造成損害。

4.9 控制好料層的厚度

一般運(yùn)行人員根據(jù)風(fēng)室壓力進(jìn)行控制料層厚度，要求風(fēng)室壓力在10.0～12.5kPa之間，床壓高時(shí)，通過(guò)排渣來(lái)控制；床壓低時(shí)，通過(guò)不排渣來(lái)控制。排渣時(shí)根據(jù)料層差及時(shí)少放勤放，排出的渣有渣塊時(shí)要及時(shí)匯報(bào)鍋爐操作人員，排渣結(jié)束時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查，確認(rèn)排渣門關(guān)閉嚴(yán)密后，方可離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)。在排渣量過(guò)程中，鍋爐監(jiān)視操作人員要特別注意床料差壓與風(fēng)室壓力，不可把料層排得太低、太薄。

4.10 嚴(yán)格控制燃煤質(zhì)量

我們盡量燃用發(fā)熱量在3200kcal、灰熔點(diǎn)高、水分少的煤種，盡量不選用煤質(zhì)粒度大的煤種。在運(yùn)行中，還應(yīng)該采取配煤的方式來(lái)控制入爐煤的品質(zhì)要求。對(duì)洗煤廠洗出的中煤、煤矸石于少量原煤進(jìn)行配比，根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整煤的配比，使鍋爐運(yùn)行達(dá)到最佳狀態(tài)。

4.11 煤質(zhì)化驗(yàn)人員與鍋爐運(yùn)行操作人員的配合

在正常運(yùn)行中，燃料化驗(yàn)人員要對(duì)鍋爐燃煤定期進(jìn)行取樣分析，及時(shí)給鍋爐運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，有利于鍋爐運(yùn)行人員，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行燃燒調(diào)整。鍋爐運(yùn)行人員也要密切關(guān)注自己所燒的煤的情況，一旦煤質(zhì)有變化要及時(shí)調(diào)整，否則當(dāng)煤的熱值一旦發(fā)生很大的變化時(shí)，給煤量不做調(diào)整，好煤就容易結(jié)焦，差煤就容易滅火停爐。