鍋爐結焦的原因、危害及預防措施

王文忠

摘 要：鍋爐結焦現象是最為普遍且影響電廠安全運行的不利因素，媽灣電廠四臺4×330兩臺2×320MW機組相繼進行了低Nox燃燒器改造，依據近兩年的運行狀態，鍋爐結焦情況經常發生，問題較為明顯。文章對其發生的原因及危害進行分析，探討一些針對性預防措施和解決辦法。

關鍵詞：結焦；原因；危害；措施

中圖分類號：TK224.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0104-03

2017年3月21日#2爐嚴重結焦，造成減溫水量明顯增加，在減溫水全部投入的情況下仍無法維持主汽及再熱蒸汽溫度。因鍋爐結焦，干渣機一級鋼帶黏連嚴重，卡澀跳閘，被迫降負荷運行。停爐后檢查發現，冷灰斗、水冷壁、燃燒器附近結焦非常嚴重，清焦量約達400立方。鍋爐結焦不但影響鍋爐經濟運行，同時嚴重威脅鍋爐運作和人身安全。

1 鍋爐結焦原因分析

鍋爐燃燒過程是將燃料化學能換成熱能的過程。正在運行的鍋爐，火焰溫度高，特別是中心部分的溫度能夠達到1400℃-1600℃。在高溫條件下，經過燃燒產生的灰粒大多會以融化狀態出現。一般情況下，爐內水冷壁有吸熱作用，煙氣溫度因此逐步下降，融化狀態的灰粒在煙氣接近水冷壁時，凝固附著其上形成灰層，此層疏松易脫落，稱為積灰。如若調整不當或配風不太合理，造成火焰中心偏斜沖刷水冷壁、燃燒器附近火焰卷吸、水冷壁及燃燒器附近還原氣氛增強及熱負荷過高等因素，導致熔融灰粒不能凝固，碰到水冷壁或燃燒器就會結焦，當結焦形成時，水冷壁吸熱減少、燃燒器冷卻降低，使得水冷壁及燃燒器附近溫度升高加劇，結焦狀況加重。

結合對媽灣電廠2#機組及其他機組結焦情況，經過較長時間的觀察、對比，分析認為結焦原因有以下幾個方面。

1.1 煤質因素

煤粉燃燒后是否在水冷壁、燃燒器或鍋爐管屏上發生附著，并形成結焦，灰熔點是相關考量因素。灰熔點的溫度值內容根據灰分產生的狀態分別有：變形、軟化以及熔化對應的溫度DT，ST和FT。其中軟化溫度ST與結焦現象關系密切，作為煤質的主要參考指標。媽灣燃燒煤種以神混1及少部分印尼高熱質煤為主，各臺機組煤質資料見表1。

灰渣軟化溫度ST的影響因素眾多，不僅灰分的融溶特性與之相關，灰分密度、組分、發熱值、灰渣流變特性以及灰的粘度均對其有影響。一般而言，軟化溫度ST≥1350℃的話結焦不會發生。從上表可以看出，媽灣電廠燃用煤種屬低位發熱量較高、灰熔點軟化溫度ST較低的煤種，屬易結焦煤。

1.2 爐膛結構因素

媽灣6臺機組全部完成超低排放改造，其中低Nox燃燒器改造、干渣機改造、點火系統改造，爐膛容積熱強度、斷面熱強度、燃燒器區域壁面熱強度、火焰中心及切圓直徑也有相應變化（見圖1）。鍋爐本身結構作為反應條件的一部分，無法減弱。

爐膛容積熱強度的增大會帶來爐內溫度升高，結焦因此也較為容易的發生在燃燒器附近水冷壁上。若斷面熱強度過高，釋放的熱量由于缺少足夠水冷壁吸收，致使燃燒器區域溫度過高，也易引起燃燒器附近水冷和燃燒器噴嘴發生結焦。燃燒器區域（見圖2）壁面熱強度越大，火焰則越集中，燃燒器區域的溫度因之也越高，雖有利于著火和穩燃，但過高也意味著燃燒器區域釋放的能量過度集中，一旦水冷壁吸熱不足，燃燒器區域水冷壁及燃燒器噴嘴附近結焦也較易出現。

爐膛實際切圓直徑是四角切圓燃燒的最重要參數，它對爐內結焦、穩燃、爐膛出口煙溫偏差，都有重要影響。

1.3 燃燒工況因素

（1）煤粉細度。煤粉的粗細程度直接影響結焦情況的程度，過粗或者過細均會導致結焦的產生。如若過粗，在慣性作用下火焰被拖長，對于受熱面的沖刷較為直接，由于燃燒的粗煤粉較煙溫溫度高，熔化程度也比較大，在直接沖刷受熱面后極易發生結焦；但是過細的情況下，耗電則增加，制粉出力波及；另外煙溫的升高也會導致結焦現象的出現。

（2）一次風速。風速的提高推遲了煤粉的著火，著火的位置與燃燒器相間離，從而火焰中部高溫區移至中間，回避了噴口鄰近因為溫度的差別而產生結焦。風速的提高也帶來了風射流的剛性提升，降低了靜壓作用導致的偏轉。

（3）爐內空氣動力場。合理配置爐內空氣動力場是預防結焦的保障。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，較易形成結焦現象，尤其是針對存在衛燃帶的爐膛內壁，表面溫度既高且粗糙，給結焦營造了有利環境，成為大片焦渣。所以必需維持燃燒中央適中，預防火焰中央貼邊偏斜。

（4）爐內過量空氣系數a。隨著系數a升高，積灰結焦現象減弱，主要由于出口煙溫下降。過量空氣系數若過低，易造成缺氧，爐內出現還原性氛圍，Fe2O3還原為FeO，灰熔點大大下降，結焦的可能性大大增加。

（5）爐內還原性氣氛。由于煤灰熔點在還原性氣氛中較之氧化性氣氛中低，確保空氣燃料混合比例良好，避免還原性氣氛的形成。在保證總空氣量的前提下，結焦情況也常常因為一些因素不可回避。例如：由于噴口煤粉配置不合理，引起局部的缺氧產生，熱負荷的分配也失衡。加之一、二次風的位點，容量及速度的設置不盡合理時，在局部區域焦炭揮發分在缺氧狀態下會引發還原性氣體氛圍。如若還原性較強時，結焦如惡性循環一般更容易出現。

2 鍋爐結焦的危害

鍋爐的結焦最為本質的影響和危害是由于結焦部分的結構變化，爐內燃燒工況加劇惡化，繼而導致鍋爐運行經濟性和安全性的下降，甚至造成較大的人身設備安全事故。

2.1 對經濟性的危害

結焦現象出現時，鍋爐結焦部位的吸熱量下降，爐膛出口溫度則提升，繼而過熱蒸汽溫度、再熱氣溫提升，致使過熱器及再熱器減溫水量增添，汽鍋著力降低；由于結焦形成后，焦塊溫度下調，焦塊內的碳沒能夠充裕的燃燒，導致不充分燃燒虧損加重；由于結焦使爐膛出口溫度升高，造成排煙溫度提升，繼而加劇了排煙熱的損耗，下降了鍋爐效率；結焦會受熱面、燃燒器局部過熱，燃燒器卡死，造成設備使用壽縮短，增加運行維護成本。endprint

2.2 對安全性的危害

鍋爐結焦在機械以及人身安全性上的危害十分明顯且后果嚴重。大體積塊狀的渣滓雖有撈渣機和碎渣機予以清理，但是機械的處理能力是存在一定限度的，如若灰渣的體積過大，尤其是結焦的發生，灰渣體積增大的可能性提高，其對撈渣機和碎渣機的運行有一定程度的損耗，甚至是過載跳閘，受堵，繼而機器通過自我降負荷來保證運行的進行；大塊掉入撈渣機，瞬時大容量的水蒸氣會危害人身安全；不僅如此，灰渣體積增大必然帶來質量的增大，在重力作用下可能砸壞冷灰斗水冷壁。加之機器本身的低負荷狀態，產生燃燒不穩，甚至熄火；水冷壁如若發生結焦，吸熱量則打折扣，循環流速隨之下降，甚至引起爆管危險；完全結焦出現只能通過人工手段清理，此時必然停運，對運行帶來影響和損失；局部高溫形成，加劇結焦的出現，產生噴口堵死或者噴燃器燒壞的情況。

3 鍋爐結焦的防止措施

對于已經交付使用，抑或是完成改造的鍋爐而言，許多物理性能指標均已不可調改，諸如尺寸幾何、燃燒器構造、受熱面的分級配置、爐膛熱負荷等等。即使經過細致的設計和制造，相應的參數選用適宜，構造配置也極盡合理，但在實際運行過程中，也不可避免的存在諸多的影響條件，例如：氣流波動，每次風里煤粉濃度的差異，煤質的變遷，配方差異均能作用于鍋爐的實際運行，影響到結焦情況的發生。因此，即使鍋爐定型，后續的運行過程調整對于結焦的防治就至關重要了。

3.1 嚴格燃料管理

在鍋爐實際燃燒中，煤種偏離預期設計十分普遍。為了保障鍋爐燃燒持續穩定，防止結焦，必需從煤質這一源頭加以把握，爐煤嚴格的特性檢測十分必要。依據具體燃煤特性設計，參照每一個鍋爐具體的配風運行方式，萬不可“一招鮮吃遍天下”。依據鍋爐用煤摻配要求，采取適宜的配煤方式，務必下降其結焦性和粘結性參數，確保入爐煤質量。

3.2 優化運行調整

（1）保證適當的一次風速度和一次風調平

一次風速的調整必需依據煤質的相應變化來實施。在進行鍋爐冷態空氣動力場試驗時，須將一次風調平并同時標定一次風速。熱態時依據一次風速，通過一次風可調縮孔對各一次風進行調平。熱態一次風調平后固定一次風可調縮孔。降低一次風速度可降低一次風射流的剛性，防止煤粉氣流沖擊對面爐墻以防止爐膛結渣，一次風速過低，粉煤射流剛性差，將在燃燒器附近水冷壁及燃燒器噴口附近產生結焦。實際運行中通過調整一次風壓實現對一次風速的調整。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。

（2）保證適當的配風方式

處在兩個一次風氣流的居中位置，中部的二次風如若動量不大時，一次風氣流對它產生的吸卷量不大，引起的負壓也比較有限。因而，來自于上角的主氣流產生的沖擊力也控制在一定的限度以內，中部的一次風氣流因而保持平穩，不會發生嚴重的偏轉引發結焦。在具體鍋爐的燃燒器中，二次風在各層之間所采用的分配方式以縮腰型來配風，上下兩層二次風擋板開度較大，可為100%，中間二次風則為30%-50%，在燃煤質量較好的情況下可以上調10%-20%，此為縮腰型配風。這樣的方式能夠促進煤粉的著火，對于燃燒過程的穩定度和經濟性有所提升，結焦現象在這個過程中也得到了很大程度的改善。

（3）保證適當的過量空氣系數

根據上文提到：在水冷壁附近如若出現還原性氣體氛圍，那么則會出現較為嚴重的積灰和結焦。因此保證還原性氣體氛圍的削弱和不出現，即需要做到空氣和燃料的均勻良好混合，在此過程中適當的提升過量空氣系數是行之有效的方法。有時，即使是爐內總的空氣量較大，但是在一二次風的方位，速度，容量的配置不盡合理時，在局部部分仍然會出現由于得到氧氣，熾熱焦炭和揮發物質形成的還原性氣體氛圍。當含氧量低至3%以下時，局部的缺氧會引起一氧化碳成分很快增加，加劇缺氧的氛圍。綜上所述：在運行過程中提高過量空氣系數，均勻配風，能預防局部負荷過重，預防區域性還原性氣體氛圍的產生，從而防治結焦。

（4）合理調整風煤比

煤粉噴口處的煤和粉的比例對于后期是否出現結焦影響較大，分配比例不均勻的煤粉會造成爐膛的局部部分出現氧氣不足以及負荷不均勻的情況。由于助燃空氣不充足，爐膛結焦的情況不可避免。對于煤粉比例的調節有以下幾點可以注意：燃燒器在配風過程中，做到四角風量的調平，回避缺角的情況。當出現配風不均勻的情況時，即使燃燒器缺角運作，爐內的火焰中心必會發生偏斜。保證同層的燃燒器相同出力，則火焰中心自不會偏斜，爐膛內的熱負荷不會下降，均勻分布；下層部分的給粉出力與上層部分相匹配，如若出現下層高于上層，爐膛出口的煙溫會下降；依據燃煤煤質的不同調節適宜的熱風溫度；使用的燃煤煤質組分中揮發份比例較大時，適時打開冷一次風門，下降一次風溫，保證著火點不要太過接近。

（5）保證火焰中心位置

對于漏風情況的發生應予以及時的發現排查，及時聯系處理。尤其應該針對干渣機冷卻風門、撈渣機爐底水封、爐膛入孔、爐膛看火孔等細節部分。

（6）嚴格吹灰操作

保持水冷壁還有受熱表面的干凈清潔，定期予以吹灰處理。尤其是在工況已經出現反常，結焦情況較為嚴重的狀況下，吹灰的操作可予以頻率次數的增加，阻止結焦現象的繼續發展。在吹灰過程中，掉焦滅火對撈渣機會造成嚴重影響，因此需要回避。在吹灰時：維持爐膛負壓在一個較高的水平。如若出現掉焦，則會引起爐膛負壓急劇增高產生鍋爐MFT。掉大焦對干渣機的影響是會引發干渣機的卡死，繼而出現過負荷跳閘。

4 結束語

對于現階段的我國國情而言，能源結構積重難返，改革和蛻變需要許多人和長時間的努力。也因此：燃煤電站鍋爐的應用仍是普遍的，且不可或缺的主要能源來源方式。鍋爐結焦問題的解決也變得十分必要，需要重視。鍋爐結焦成因復雜，影響因素眾多且互相交叉，必須從各個因素入手加強運維管理，尤其針對不同情況，對于燃燒過程的優化調整，才能從根源上防治鍋爐結焦現象的發生，從而推動電廠鍋爐產業經濟以穩定和安全的方式正常運行。

參考文獻：

[1]楊新宇，高山，任龍順，等.煤粉鍋爐結焦的原因分析與預防措施[J].山東電力技術，2007（06）：45-46+44.

[2]趙曉義.電廠鍋爐結焦原因分析與對策[J].能源與節能，2016（09）：133-134+136.

[3]李進.鍋爐結焦的危害及防治措施探討[J].科技創新與應用，2015（06）：79.endprint