锅炉结焦问题分析

锅炉结焦问题分析
一、发生的问题及现象
所谓锅炉结焦，就是在燃煤锅炉中，局部燃料积聚在燃烧器的喷口或者受热面上，在高温少氧的情况下，所形成的结积焦块。

结焦是锅炉运行中比较普遍的问题,一般情况下,随着烟气一起运动的灰渣颗粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前,已经因为温度降低而凝固,当附着在受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰可以除掉。

当炉膛内温度较高时,一部分灰颗粒已经达到熔融或半熔融状态,若这部分灰颗粒在达到受热面前未得到足够冷却达到凝固状态,具有较高的粘结能力,就容易粘附在受烟气冲刷受热面或炉墙上,甚至达到熔化状态,粘附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭使结焦不断发展。

在燃烧过程中,煤粉颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发,成气态进入烟气中,当温度降低时凝结,或者粘附在烟气冲刷的受热面或炉墙上。

或者凝结在飞灰颗粒表面,成为熔融的碱化物膜,然后粘附在受热面上形成初始结焦层,成为结焦发展的条件。

如果锅炉炉温过高，导致渣温高，达到其软化点，一般为1040℃左右，炉渣软化后形成结焦。

结焦的炉渣急剧过快冷却能形成硬块，不易碎裂，出现堵塞排渣机等运行问题。

燃料中存在大量的灰份，灰分在这样高的温度下，炉膛内又严重缺氧，大多数的灰分都会熔化成液态，或者呈现为软化状态。

由于四周的水冷壁不断的吸收热量，所以从燃烧的火焰中心向外四周，温度越来越低。

越接近水冷壁的温度就越低。

随着温度的降低，灰份必将从液态、变为软化状态、硬化变成固态。

如果灰在还是软化状态的情况下，就碰到受热面时，由于受到骤然冷却而直接硬化，粘结在受热面上，这样就形成了结焦。

二、原因分析
1.煤种的影响
结焦的形成，与煤种有直接的关系。

煤的质量不好，灰分较大，就容易形成结焦。

相反就不容易形成结焦。

2.煤粉质量的影响
中速磨磨辊磨损、旋转分离器的转速等因素的影响，导致磨煤机出力的降低，煤粉携带能力降低。

煤粉的质量下降，无法保证煤粉的温度、高效均匀地运送到各个角燃烧器。

而无法使各个角燃烧器煤粉细度、流量均匀，造成局部火焰偏斜，便会使保持很高温度的灰分有机会软化液化，给结焦创造了条件。

3.炉膛内温度的影响
炉膛燃烧器区域中的温度越高，灰分就越容易达到软化状态，或者达到熔融状态。

这就给结焦制造了源头，形成结焦的可能性也就越大。

另外燃烧区域内的温度越高，煤粉中容易挥发的那部分物质的气化也就越强烈，为结焦由创造了条件。

4.风煤配比及配风情况的影响
风机对结焦的影响主要是引送风机、一次风机，锅炉的引风机是用来进将炉膛中燃料燃烧所产生的烟气吸出并送入烟道。

由于引风机所吸出运送的烟气是高温的，并带有大量的灰分和杂质。

所以如果引风机的风力不足时，就会有烟气中的灰分没有被吸出，便会被高温成软态进而成为液态，这样就给结焦又创造了条件。

另外如果燃烧器上下的二次风配比不合理，风量和风速均偏低，加之燃烧调整不合理，一、二次风混合不好，氧量表计不准确等都可能造成氧气供应不足，使炉膛内部局部处于还原性气氛，使灰中熔点较高的氧化铁还原成氧化亚铁，氧化亚铁易与其他氧化物，如氧化钙或氧化镁生成低熔点的共晶体，使灰粒熔点大大降低。

在燃烧挥发份大的煤质时，需要消耗大量的氧气，如果二次风混入较晚，使燃烧缺氧，生成还原气氛，容易产生结焦。

就会使燃烧贴近燃烧器区域，燃烧器区域壁面热负荷增高，在燃烧低熔点煤粉的时候就很容易结焦。

5.空气动力场特性的影响
在锅炉的炉膛内，如果燃烧器喷嘴安装角度不正及配风的不合理，容易导致炉内的空气动力工况呈不良状态，而造成燃烧切圆过大，火焰中心偏离，导致高温的烟气冲刷水冷壁面。

烟气中的熔渣在未得到凝固前就接触水冷壁，瞬时硬化面而形成结焦。

切向燃烧必然造成气流的偏离，气流在适当程度上的偏离是组织切向燃烧
所需要的，气流旋转直径增大，使上邻角过来的火焰更靠近射流根部，对着火有利，对混合也有利。

实际切圆直径总是大于假想切圆直径，切圆直径越大，一次风射流受上游邻角横扫过来的惯性力发生偏转越大，越容易发生贴边结焦。

目前使用的风粉监测系统，煤粉浓度是由一次风温在混合前后的温差通过计算而得出下粉量，一、二次风挡板开度与实际开度也有误差，再加上实际管道走向和喷嘴安装的误差最后多个误差相叠加，使得运行人员很难根据表盘监视维持每组燃烧器的均衡出力。

6.煤粉浓度与细度的影响
浓度高的煤粉，增加燃烧器出口处热负荷，如果靠近炉墙，就会在炉墙附近形成还原性气氛，易引起在炉墙上结焦；粗煤粒从燃烧器出来后，容易脱离主流，导致燃烧的粉粒和灰粒撞击水冷壁管，形成结焦。

煤粉细度对燃烧有很大影响，煤粉细，使着火点提前，易在喷口处结焦；煤粉粗，着火推迟，火焰中心上移，炉膛出口温度提高，易在炉膛出口处结焦。

7.炉膛热负荷分布影响
炉膛容积的热负荷、炉膛断面的热负荷、燃烧器区域的热负荷、炉膛的几何尺寸都对锅炉结焦有影响。

炉膛容积太小或锅炉超负荷运行，造成炉膛热负荷过高；辐射受热面布置较少，水冷壁管间距过大，吸热量小；炉膛出口烟气温度选得太高；炉膛出口流通截面狭窄，火焰中心位置太高。

这些都会成为锅炉在运行中产生结焦的原因。

8.吹灰器的影响
锅炉的吹灰器长期不投入使用，受热面上的积灰会逐渐增多，也会因高温缺氧的环境而软态和液态，从而导致结焦。

9.结焦与灰熔点有关
结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上，可见灰的熔点是结焦的关键。

可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。

煤在燃烧时，其灰份熔融特性温度用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3数值表示。

软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。

灰的熔点与灰的化学成分、灰周围的介质性质及灰分浓度有关，灰的成份不同，其熔点也不同，灰的化学成分以及各成分含量比例决定灰熔点的高低，灰熔点比其混合
物中最低熔点还要低；当烟气中有CO、H2等还原性气体存在时，灰熔点降低大约200℃。

这是因为还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO 的缘故，二者熔化温度相差200～300℃。

灰熔点还与烟气中灰的浓度有关。

在其他条件相同的情况下，煤中含灰量不同，灰熔点也会发生变化。

这是因为灰分中各成分在加热过程中，相互接触越频繁，则产生化合、分解、助熔的机会也越多，则熔点降低的可能性也越大。

煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时，灰熔点低，就容易结焦；煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点高，就不易结焦。

煤的灰熔点一般在1250～1500℃(高于锅炉炉膛受热面的设计温度)，而有些煤的灰熔点则低于1100℃，燃用了这种煤非常容易结成焦块。

10. 设计、安装原因
炉膛容积大小或锅炉超负荷运行，造成炉膛热负荷过高；辐射受热面布置较少，水冷壁管间距过大，吸热量小；炉膛出口烟气温度选得太高；炉膛出口流通截面狭窄，火焰中心位置太高。

这些都会成为锅炉在运行中产生结焦的原因。

三、应采取的防范措施及对策
结焦的因素很复杂，防止锅炉结焦最基本的原则就是消除产生结焦的条件和环境。

如果炉膛内的高温烟气不冲刷水冷壁，或者当气流接触管子前，熔融的灰粒已冷却呈凝固态或无粘结性，在水冷壁附近创造氧性气氛以提高灰熔点温度，结焦便不会产生，但要结合锅炉氮氧化物生产要求的影响，合理安排配风。

因此防止炉膛中下部结焦，主要改善空气动力条件入手，防止炉膛上部结焦主要靠降低烟气温度。

1、上煤时尽量保证稳定的煤质，当煤质发生变化，应加强配煤，使煤质达到锅炉设计允许变化范围内，并制定方案，改变锅炉燃烧调整，适应煤种变化带来的对锅炉结焦的影响。

根据煤质的化验分析报告调整燃烧及锅炉配风情况，避免锅炉结焦条件的产生。

2、认真操作，加强运行监视与调整，使四角喷燃负荷均匀，火焰充满度好，避免火焰中心偏移，造成煤粉气流贴壁燃烧；运行中保持合适的氧量，特别是当燃料或负荷发生变化时，避免锅炉因缺氧而结焦。

定期对氧量计进行标定，提高烟气含氧量的测量准确度，加装一氧化碳和飞灰含碳量微波测量在线监测装置，
进行锅炉最佳的燃烧调整，减少结焦。

3、通过对磨煤机出口动态分离器及制粉系统的调整，保证合适的煤粉细度；煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。

同时对磨煤机进行定期检修与测量、调整工作，保证磨煤机处于良好的工作状态。

4、当入炉煤挥发份高、热量高时，应适当提高一次风速，推迟着火点，减少烟气回流降低燃烧器喷嘴附近的热负荷，减轻燃烧器附近的结渣。

提高一次风速可推迟煤粉的着火，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免煤粉喷嘴的附加结焦。

5、锅炉受热面应定期吹灰，防止受热面积灰后影响传热，或造成融融状态的灰粒不断粘结在受热面表面，形成结焦的初始条件；运行人员发现结焦及时清除，防止继续恶化。

6、通过对锅炉的热负荷、燃烧工况、氧量、受热面壁温、减温水量、炉膛排烟温度等参数的监视，发现有燃烧不良情况，及时调整，有结焦及时清除，防止结焦的进一步恶化。

7、经常对四角切圆煤粉炉同层各个燃烧角煤粉浓度及煤粉量进行取样，了解各个角的煤粉分配情况，利用检修机会，及时对各个煤粉管进行一次风量标定，保证各个角煤粉浓度均匀；煤粉喷口煤粉量分配不均匀的状况，必然造成炉膛局部缺氧和负荷分配不均匀，在燃烧空气不足的情况下，炉膛结焦状况恶化。

8、同时调整燃烧器配风及二次风配风，尽量保持均匀状态，良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。

四、总结
经分析锅炉结焦的根本原因是烧烧的煤种成分及煤中所含灰分的比例，灰的成分等，运行中要及时调整风量、氧量、风煤比，并且注意配风对锅炉结焦的影响。

及时组织对入炉煤煤质的分析，提前了解煤质变化，提前做出调整方案。

保证吹灰工作的持续进行，保证吹灰器完好有效，根据煤种变化，及时调整吹灰频次和对重点部位吹灰的监控。

做好锅炉受热面壁温、减温水用量的分析，以及炉膛出口烟温、空预器入出口烟温的监视工作，保证氧量充足。

保持各风机在良好的运行状态，符合出力要求，是锅炉避免结焦，安全稳定运行。