火電廠鍋爐結(jié)焦的原因及防范措施

王英石

摘要：燃煤電廠由于鍋爐結(jié)焦而發(fā)生事故的案例不勝枚舉。本文就近幾年對鍋爐結(jié)焦的突出問題進行了分析，提出了具有一定針對性的有效治理預(yù)防措施，從而提高鍋爐連續(xù)運行的安全性、可靠性以及經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;鍋爐;結(jié)焦;原因分析;預(yù)防措施

1鍋爐結(jié)焦原因分析

鍋爐結(jié)焦機理是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程，關(guān)系到煤質(zhì)、鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計和鍋爐燃燒調(diào)整。煤灰的成分和組成是煉焦的來源。爐內(nèi)環(huán)境溫度是影響結(jié)渣的主要外部因素。爐內(nèi)空氣動力場的組織對結(jié)渣起著重要的作用。爐膛出口結(jié)焦的主要原因是鍋爐出口煙氣溫度高于煤灰熔點。一般要求爐膛出口煙氣溫度100～150℃低于煤灰熔點，防止?fàn)t膛出口結(jié)焦。通過分析研究，鍋爐結(jié)焦主要與以下因素有關(guān)。

1.1鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

爐膛容積熱負荷、爐膛截面熱負荷、燃燒器面積熱負荷和爐膛幾何結(jié)構(gòu)與鍋爐結(jié)焦直接相關(guān)。爐膛容積熱負荷設(shè)計值的選擇不僅影響煤的燃盡，而且影響爐膛出口溫度和爐膛溫度。特別是對于灰熔點較低的煤，必須選擇較大的爐膛容積和截面積，否則會造成爐膛上部和爐膛受熱面結(jié)焦。

1.2煤質(zhì)問題

燃煤質(zhì)量對電廠鍋爐結(jié)焦有著根本性的影響。灰質(zhì)成分和熔化溫度是影響結(jié)焦的內(nèi)因。煤灰在高溫受熱面上結(jié)垢結(jié)焦的趨勢可以通過煤灰熔點溫度和主要成分來判斷破碎煤灰的結(jié)渣指數(shù)。一般用Ca2+/Ca2+/al2+/Fe2+/Ca2+/SiO2比值和Si值來判斷灰的結(jié)焦傾向，用Na2O的質(zhì)量分數(shù)來判斷灰的污染程度。我公司煤（對照煤）的灰熔點普遍較低。當(dāng)軟化溫度T2>1500時℃，爐內(nèi)結(jié)焦可能性小;T2<1500時℃，爐內(nèi)可能發(fā)生結(jié)焦。根據(jù)煤灰組分質(zhì)量分數(shù)的計算和煤灰的常規(guī)結(jié)渣準(zhǔn)則，可以基本判斷煤的結(jié)渣特性。

1.3運行狀態(tài)問題

1.3.1運行氧量問題

鍋爐運行中的含氧量是鍋爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛，對鍋爐結(jié)焦有很大影響。如果鍋爐運行中氧含量低，爐內(nèi)還原氣氛強，煤的灰熔點就會下降，鍋爐容易結(jié)焦。機組滿負荷或接近額定負荷時，鍋爐（省煤器出口）控制含氧量為4～7%。如果氧氣控制較低，爐膛出口必須有一個強還原氣氛區(qū)，這使得煤灰結(jié)焦非常強烈。

1.3.2爐膛出口煙溫問題

有時鍋爐主蒸汽溫度偏高，只能在三層燃燒器的下兩層使用。如果爐膛高度不高，很容易使?fàn)t膛出口煙氣溫度偏高。除燃燒器各噴嘴配風(fēng)方式的特點（燃燒器兩側(cè)均為腰風(fēng)）外，主要控制依據(jù)是以下負荷和風(fēng)箱與爐膛的壓差。當(dāng)煤質(zhì)波動時，運行人員不能根據(jù)實際情況進行調(diào)整，導(dǎo)致鍋爐燃燒配風(fēng)方式不處于優(yōu)化狀態(tài)，特別是上噴嘴煤粉顆粒燃盡不良，爐膛出口部分大顆粒煤粉未燃盡，導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度高，結(jié)焦嚴(yán)重;當(dāng)煤質(zhì)變差時，煤粉燃盡性能的適應(yīng)性不強。根據(jù)一般經(jīng)驗，爐膛出口煙氣溫度宜為100～150℃℃ 低于煤灰熔點T2，保證不結(jié)焦。根據(jù)目前的運行情況，爐膛出口煙氣溫度超過此值，容易在管道表面形成結(jié)焦。

1.3.3主蒸汽流量偏大與運行狀態(tài)問題

目前同負荷機組的蒸汽流量遠高于機組性能驗收時的蒸汽流量。在相同的負荷下，如果主蒸汽流量過大，則意味著給水流量也會增加，所需的風(fēng)和煤也會增加，所以風(fēng)機的出力會很緊。如果引風(fēng)機裕度不足，則運行中的含氧量低，運行中的含氧量低會造成爐膛出口的還原氣氛，降低灰熔點溫度，引起爐膛結(jié)焦。

2鍋爐結(jié)焦的危害

2.1結(jié)焦影響鍋爐安全和正常運行

結(jié)焦會降低鍋爐出力;情節(jié)嚴(yán)重的，可能造成強制停爐;結(jié)焦還會縮短鍋爐的正常使用壽命;由于鍋爐結(jié)焦基本不均勻，鍋爐水冷壁結(jié)渣會對自然循環(huán)鍋爐水循環(huán)的安全性和強制循環(huán)鍋爐水冷壁熱偏差的均勻性產(chǎn)生不利影響。

2.2結(jié)焦影響機組鍋爐的經(jīng)濟運行

鍋爐結(jié)焦通常引起過熱蒸汽溫度升高，鍋爐過熱器、再熱器減溫水量增加，將大大削弱鍋爐受熱面的傳熱能力（鍋爐傳熱系數(shù)降低）;當(dāng)鍋爐排煙溫度升高時，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低;引風(fēng)機電流增大，風(fēng)機耗電率增大。

2.3結(jié)焦容易形成大塊灰渣

由于落灰量大，容易使排渣機、鋼帶排渣機、碎渣機運輸困難，有時會造成超載跳閘，嚴(yán)重時會使渣溝、渣管堵塞，損壞排渣設(shè)備，被迫降低機組負荷，甚至關(guān)閉鍋爐。

2.4結(jié)焦可能導(dǎo)致水冷壁冷灰斗被砸壞

由于重力作用，大渣從頂部落下，可能造成水冷壁灰斗損壞。大的爐渣在低負荷下會引起燃燒不穩(wěn)定，甚至引起鍋爐滅火。

2.5結(jié)焦會引起鍋爐滅火

由于鍋爐大焦塊落在排渣機后面，排渣機瞬間產(chǎn)生大量水蒸氣，破壞排渣機水封，造成大量冷空氣漏入爐底，造成爐內(nèi)燃燒嚴(yán)重惡化，爐內(nèi)負壓劇烈波動，導(dǎo)致鍋爐滅火。

2.6結(jié)焦造成停爐

當(dāng)結(jié)焦嚴(yán)重時，只能被迫停爐進行人工清焦，甚至采用爆破等手段進行清焦。

2.7結(jié)焦導(dǎo)致鍋爐爆管

結(jié)焦容易導(dǎo)致鍋爐受熱面受熱不均，造成熱偏差和鍋爐過熱爆管。同時，煤中的鉀、鈉等堿金屬與二氧化硫、三氧化硫反應(yīng)，形成硫酸鹽等堿金屬絡(luò)合物。熔融或半熔融堿金屬絡(luò)合物與鍋爐受熱面發(fā)生強烈的氧化反應(yīng)，使鍋爐受熱面壁厚逐漸減小，導(dǎo)致鍋爐爆管。

3防止鍋爐結(jié)焦的辦法

3.1選擇合理的運行氧量。鍋爐運行氧量即爐內(nèi)的氧化或還原性氣體，它對鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如果鍋爐運行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣體較強，煤的灰熔點就會下降，鍋爐就容易結(jié)焦。

3.2加強爐內(nèi)吹灰，除焦工作，特別是重點區(qū)域要增加吹灰次數(shù)。如果運行氧量還偏低，必要時適當(dāng)降低負荷。由于結(jié)焦的主要區(qū)域在爐膛出口處，此處容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風(fēng)機出力更顯不足，所以要防止結(jié)焦與還原性氣氛惡性循環(huán)的趨勢。

3.3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體，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)焦。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)局部還原性氣體。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。加大運行中過量空氣系數(shù)，增加配風(fēng)的均勻性，防止局部熱負荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣體，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，必要時采取降負荷運行。

3.4要有合適的煤粉細度（R90）和均勻度（R200）。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，若仍保持軟化或熔化狀態(tài)，易黏結(jié)附于水冷壁上引起結(jié)焦。

3.5適當(dāng)提高一次風(fēng)速可以減輕燃燒器附近的結(jié)焦。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，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)焦。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)直接沖刷壁面而產(chǎn)生結(jié)焦。注意一次風(fēng)速的提高受煤粉著火條件的限制。

3.6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焦特性。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。

3.7減少鍋爐底部漏風(fēng)。防止抬高火焰和著火點遲后，減少空氣預(yù)熱器漏風(fēng)，防止因引風(fēng)機出力不足而影響氧量;減少二次風(fēng)箱漏風(fēng)，確保四角風(fēng)量均勻進入爐膛，防止火焰偏斜引起結(jié)焦。

4結(jié)束語

鍋爐結(jié)焦的原因很多，危害也很嚴(yán)重。應(yīng)加強鍋爐結(jié)焦原因分析，采取有針對性的措施。通過不斷總結(jié)和改進預(yù)防措施，大大減少了鍋爐結(jié)焦事件，杜絕因鍋爐結(jié)焦引起的機組“非停”和“降負荷”事件，確保機組能夠安全高效運行。

參考文獻：

[1]張新才，董海恩淺談電廠鍋爐結(jié)焦原因及防止措施.

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