電廠鍋爐結焦原因與預防性措施分析

王兆方

（國能懷安熱電有限公司，河北 張家口 76150）

0 引言

近年來，我國科技發(fā)展不斷加快，各行業(yè)都取得了顯著進步，特別是電力行業(yè)，取得了飛速發(fā)展。燃煤電廠每年需要使用大量煤炭資源作為燃料，電廠鍋爐在日常運行中受不同煤質(zhì)影響，如果不能完全燃燒或燃燒不良，會導致大量結焦。因此，相關技術人員需要根據(jù)不同煤質(zhì)對鍋爐燃燒進行相應調(diào)整，提高其燃燒率，但是相關預防性措施，只是對鍋爐結焦問題起到了一定的緩解作用，并不能從根本上避免這一問題。因此，需要從煤質(zhì)變化、鍋爐結構及溫度分布上進行全方位分析，從源頭上解決鍋爐結焦。

1 鍋爐結焦的因素

1.1 鍋爐爐膛溫度及其結構

如圖1 所示，鍋爐容積設計過小或鍋爐超負荷運行容易導致爐內(nèi)熱負荷過大，不僅增加風機損耗，還會導致爐內(nèi)空氣量不足。當機組負荷發(fā)生變動時，運行人員不能根據(jù)實際情況進行調(diào)整，鍋爐燃燒空氣分配方式得不到優(yōu)化，特別是當煤粉顆粒燃燒不良、爐膛出口部分煤粉顆粒燃燒不完全、煙氣溫度高、爐膛出口結焦嚴重、煤質(zhì)變差時，容易在管道表面形成焦炭。通常鍋爐爐內(nèi)溫度越高，結焦機會越大。因此，鍋爐必須選擇尺寸和截面積有較大裕量的鍋爐，這樣可以有效地增加鍋爐吸熱能力，使煙氣溫度保持在合理范圍，使各個受熱面不易結焦。對于鍋爐型式的選擇，為防止鍋爐結焦，應選擇較低的鍋爐容積熱負荷。這是因為，如果鍋爐在高負荷下連續(xù)運轉(zhuǎn)，爐內(nèi)的容積熱負荷增加，由于鍋爐爐膛溫度急速上升，難以冷卻灰粒，當熔融灰沉積物附著受熱面時，將產(chǎn)生大面積結焦。

圖1 鍋爐爐膛大小與機組功率的關系

1.2 煤粉特性

粗粉煤需要燃燒時間較長，不利于燃盡，當處于較高溫度時，極其容易引起結焦。煤粉燃燒不完全時，隨煙氣移動，飛到鍋爐水冷壁上冷卻固化，最終形成松散的灰層[1]。灰層凝結附著在鍋爐受熱面、爐壁及灰分顆粒表面，最終造成鍋爐結焦。但是，如果微粉煤過細，有利于快速燃盡，但有可能會提前起火，容易燒損燃燒器。因此，應當每月對煤粉進行測試和調(diào)整，定期取樣分析灰分和爐渣（碳含量≤3%），定期測定鍋爐爐內(nèi)溫度，分析爐內(nèi)熱負荷分布，及時調(diào)整燃燒。粉煤過細會提前點火，燃燒器區(qū)域熱負荷迅速增加，容易導致結焦。適當調(diào)整粉煤細度會降低結焦條件；同時，煤粉不能過粗，這樣燃燒中心會向上移動，靠近爐膛出口，受熱面會被煙氣直接沖刷，爐膛出口各受熱面容易結焦。相反，若粉煤過細而燃燒中心向前方移動，則在燃燒器口附近容易結焦。因此，必須選擇適當細度的煤粉。

1.3 灰分熔點

如表1 所示，燃煤灰熔點一般約為1 250～1 500 ℃，部分煤灰熔點低于1 100 ℃。燃燒低灰熔點煤時，容易形成焦炭塊。鍋爐結焦根本原因是熔融或軟化狀態(tài)的灰分沉積在加熱表面上，灰熔點低的煤種容易黏附結焦。如果減少灰分沉積、提高灰熔點，就可以有效解決鍋爐結焦問題。因此，應當增加灰中熔點高的物質(zhì)，減少熔點低的物質(zhì)。例如，增加煤中FeS2、CO2、H2的含量，可以降低灰分的熔點。在其他條件相同的情況下，灰熔點隨煤中灰分含量而變化，這是因為在加熱中灰分成分彼此接觸的頻度越高，產(chǎn)生結合、分解的機會就越多，熔點降低的可能性就越高。因此，燃煤灰分越低，結焦的可能性越小。

1.4 燃燒程度

如果機組負荷長時間高負荷運行，鍋爐爐內(nèi)溫度長時間處于高溫運行，當爐內(nèi)溫度超過煤灰黏結溫度時，形成高溫焦炭。如果空氣分布不適當，煤沒有完全燃燒，就會產(chǎn)生大量的一氧化碳、氫氣和其他氣體，這會將灰中高熔點的氧化鐵還原成低熔點的氧化鐵，從而降低灰熔點（300～350 ℃）。當鍋爐中氧含量相對較低時，鍋爐中逐漸形成相對較強的還原環(huán)境，灰熔點降低，最終引起鍋爐結焦。當空氣預熱設備和送風機影響鍋爐中的氧含量時，會產(chǎn)生更多的還原氣體，蓄積在爐膛出口，引起煤灰結焦。燃燒調(diào)整不合理，一次風壓力過低，風速過低，粉煤過細，點火過早，二次風速過大，風量分布不均勻，鍋爐運行中空氣分布不合理或風量不足、氧含量低時，鍋爐都會產(chǎn)生結焦.

2 鍋爐結焦的預防性措施

2.1 做好燃煤管理

燃煤管理是發(fā)電廠購買優(yōu)質(zhì)煤的前提，也是合理燃煤的基礎。因此，為了防止鍋爐熱電不達標，需要強調(diào)燃煤管理。

1）煤炭采購。煤質(zhì)不合格是鍋爐結焦的根本原因。因此，發(fā)電廠在購買燃料時，必須嚴格控制煤炭質(zhì)量，如選煤、灰熔點、水分和其他主要特性等。煤的成分比較穩(wěn)定，灰和石的含量很少，嚴格控制進煤質(zhì)量，防止不符合電廠鍋爐燃燒要求的劣質(zhì)煤進入，保持鍋爐高效運行，同時需要根據(jù)鍋爐設計煤種，嚴格控制煤炭采購。當選擇燃煤時，應盡量選擇穩(wěn)定且灰分含量低的煤。由此，避免了粗煤對鍋爐的結焦。

2）接收煤的管理。購買煤炭后，電廠需要妥善管理。采煤場所和煤炭種類要以工作為基礎，煤炭要按照良否標準原則分別堆放。在煤炭進入電廠之前，管理人員必須接受嚴格的檢查和測試，拒絕接受不符合電廠鍋爐燃燒要求的煤炭。

3）合理的混合和燃燒。優(yōu)質(zhì)煤和標準煤很少，只考慮鍋爐燃燒過程中煤質(zhì)、資源的浪費，影響電站的經(jīng)濟效益。因此，各方應根據(jù)鍋爐需要，根據(jù)煤質(zhì)特性，進行合理混合和燃燒。但很多工人不了解煤炭的特性，不能合理分配，因此發(fā)電廠需要設立培訓部門，工人需要解釋煤粉的特性以科學分配各種煤炭[2]。

2.2 做好燃燒工作

鍋爐出口煙氣溫度的升高會增加鍋爐排煙損失和引風機功耗，嚴重時甚至迫使機組降負荷，甚至導致鍋爐被迫停運。同時，結焦產(chǎn)生的大量爐渣不易輸送，嚴重時燃燒器附近煤粉起火。結焦燃燒時，導致過熱蒸汽溫度過高，蒸汽管道和水管也會破裂，不能進行工質(zhì)傳輸，縮短了鍋爐設備的使用壽命[3]。如圖1所示，首先，在鍋爐維護和啟動過程中，檢查鍋爐內(nèi)部的空氣動力裝置，以確保鍋爐內(nèi)的所有風量位置平衡、無偏轉(zhuǎn)角，各燃料噴射設備出口處的風速也應滿足要求。該位置使鍋爐內(nèi)部形成較為完整的動態(tài)空氣動力場，確保鍋爐穩(wěn)定安全運行。其次，科學地調(diào)整熱運轉(zhuǎn)燃燒，要科學觀察和優(yōu)化鍋爐燃燒狀況，合理供風和引風比，確保爐內(nèi)負壓和火焰中心高度正常。同時，要確保一次空氣速度與二次空氣速度之比的合理性，防止火焰接觸爐壁，確保火焰良好的燃燒狀態(tài)。在選擇煤粉時，必須考慮煤粉能否穩(wěn)定燃燒、加熱鍋爐口后的受熱面是否結焦等各種因素。對于混合和燃燒不同的煤粉，需要合理確定煤粉均勻性。煤質(zhì)變動時，作業(yè)人員如果不能根據(jù)實際情況進行調(diào)整，鍋爐燃燒空氣分配方式不能達到最佳狀態(tài)，特別是煤粉顆粒燃燒不良，部分大顆粒煤粉未在爐膛出口燃燒，爐膛出口煙氣溫度偏高，結焦嚴重。由于鍋爐斷面大、熱負荷小，煤質(zhì)惡化，煤粉燃燒性能適應性不強。同時，需要增加鍋爐的運行氧含量，如果工作氧含量仍然低，則根據(jù)需要適當降低負載，減少風路阻力，增加風機輸出功率。實踐發(fā)現(xiàn)，提高鍋爐運行的熱效率，可以減少相同負荷下的燃料量和爐內(nèi)的熱負荷。在這種情況下，燃料在鍋爐中殘留的時間變長，燃料完全燃燒。這會減少鍋爐的結焦。此外，操作者需要在更高的溫度下運行給水，以減少進入鍋爐的燃料的量。

圖1 鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)

2.3 定期檢查鍋爐狀態(tài)

鍋爐結焦帶來的危害是一個過程，所以一旦發(fā)現(xiàn)鍋爐有相關痕跡，就需要進行處理。

1）鍋爐停機后，應安排人員檢查爐內(nèi)結焦情況，安排維護和處理，修復發(fā)現(xiàn)的未密封部位。

2）確保鍋爐在正常模式下工作。在鍋爐運行中，如果鍋爐長期處于超負荷運行狀態(tài)，則爐內(nèi)和爐管的溫度上升，導致受熱面結焦。因此，必須確保鍋爐在正常條件下工作。

3）作業(yè)人員應根據(jù)燃料的具體情況及時調(diào)整煤粉的細度。粗粉煤造成點火延遲，當火焰被拉長時，爐口的灰粒仍處于高溫狀態(tài)，容易引起爐口的結焦。但是，如果微粉煤太細，燃料會提前點燃，所以燃燒器很容易燃燒。粉煤過細會使灰粒變細，灰粒附著在加熱表面容易結焦。因此，作業(yè)人員應根據(jù)煤粉的細度進行準確調(diào)整。由此，能夠?qū)⒔固繉﹀仩t的影響抑制到最小限度。必須經(jīng)常檢查輸渣帶的運行狀況。如果在運行鋼帶上找不到爐渣，應立即向上級報告。

4）作業(yè)人員必須經(jīng)常檢查鍋爐的運行狀況，測量管道溫度。沒有發(fā)現(xiàn)異常時，作業(yè)人員可以關閉鍋爐設備并清洗，防止清洗不干凈引起再度結焦。

3 結語

在火力發(fā)電廠中，使用煤燃燒方式的鍋爐可能導致結焦，出現(xiàn)過重負荷。因此，發(fā)電廠需要對燃煤進行測試，解決鍋爐結焦問題，從電廠的各個方向著手，準確記錄和分析各種煤的驗收試驗數(shù)據(jù)。如果能運用高效技術糾正和控制煤炭燃燒率，并對設備部件進行檢修技改，要做好燃燒工作，進行反復檢查和調(diào)整，確保煤粉完全燃燒，鍋爐性能將有所改善，降低結焦的可能性。