电厂循环流化床锅炉的结焦原因探讨

电厂循环流化床锅炉的结焦原因探讨
摘要：循环流化床锅炉技术是近年来迅速发展起来的一项高效、清洁燃烧技术。

随着大量的循环流化床锅炉投入生产运行，循环流化床锅炉的运行特点逐渐为人
们所掌握。

但由于固有的一些特点，运行中仍经常出现问题。

结焦就是循环流化
床锅炉运行中较为常见的故障，它直接影响到锅炉的安全经济运行。

本文结合
230 t/h循环流化床锅炉结焦实例，对循环流化床锅炉结焦的原因进行了分析，并
提出预防措施。

关键词：循环流化床锅炉；结焦；原因分析；预防措施
循环流化床锅炉由于环保性能好，以成为电厂和工业锅炉领域的热点，目前，循环流化床锅炉技术正向更大容量方向发展。

但很多循环流化床锅炉都不同程度
存在出力不足、运行周期短、灰渣不完全燃烧损失高、排烟损失大等问题，出现
这些问题除设计不当外，还有运行方式不合理所致，可以通过优化调整改善其运
行性能。

另外，循环流化床锅炉在发电和供热等各项事业中发挥出更大的作用，
能以它独特的优点逐渐取代目前市场上正在运行的其他任何炉型，能为社会和各
企业发挥出它的巨大经济效益、社会效益和环保效益，为缓解煤炭紧张局势做出
贡献。

一、流化床锅炉结焦的概念
锅炉结焦是指锅炉运行过程中因局部或整体温度热集聚超出灰熔点或烧结温
度而结成的块状物的现象。

通常将结焦分为高温结焦和低温结焦。

高温结焦:物料
整体水平高于煤质变形或熔化温度时所形成的结焦现象。

原因是料层含碳量超过
了热平衡所需要的能量。

其特点是:结焦面积大，焦块硬度高，区域间互相连片甚
至波及整个炉床表面。

外形玻璃质光滑状集瘤，深褐色，质坚硬，有爆破气孔等。

低温结焦:物料水平温度低于煤质变形温度，局部超温而引起的结焦现象。

原因是
局部流化不良使局部热量集聚不能散发而引起。

低温结焦仅涉及炉内料层，分离器，返料器等局部范围。

其特点是:硬度低，区域连接松散。

焦块表面色泽和炉料
颜色接近，可以分辨物料颗粒。

松散粘结一起，易破碎。

二、案例分析
某电厂230t/h锅炉型号为TG－230/9.8Pm，为高压参数、П型布置、自然循环、高效低污染型循环流化床锅炉，水循环采用单汽包、单段蒸发系统，炉膛为
膜式水冷壁结构，锅炉采用循环流化床燃烧方式，循环物料的分离采用高温绝热
旋风分离器和自然平衡U型回料阀，锅炉采用平衡通风。

过热器分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，中间设两级喷水减温，尾部设有省煤器和一、二次风空气预热器。

燃烧室(炉膛)
蒸发受热面采用膜式水冷壁结构，以保证燃烧室的气密性，采用水冷布风板、钟
罩式大直径风帽，该风帽具有布风均匀、防堵塞、防结焦和便于检修、经济等优点。

锅炉采用2个直径约5.5 m的高温绝热旋风分离器布置在燃烧与尾部对流烟
道之间。

每个旋风分离器回料腿下布置一个非机械回料阀，回料为平衡式，流化
密封风用高压风机单独供给。

以上3个部分构成了循环流化床锅炉物料热循环回路，与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应，经过分离器净化的烟气进入尾部
烟道。

该炉采用前墙4点给煤，为防止炉内烟气反窜至给煤系统中，在给煤系统
中通入二次风作为正压密封。

排渣采用2台滚筒式冷渣器布置炉膛前底部。

配风
系统采用并联系统，各个风机单独设置。

锅炉需配设一次风机、二次风机、高压
风机及引风机。

采用平衡通风方式，压力平衡点设在炉膛出口。

为加快启动速度、节省燃油，点火系统采用床下启动方式，床下布置2只热烟气发生器，具有加热
效率高、加热均匀、启动速度快、点火可靠性高等优点，每只启动燃烧器均配有
火焰检测器，确保启动中的安全性。

2、结焦情况。

该锅炉于某天4:00点火，10:00投煤，17:00开始放渣，发现
炉渣无法排出，人工打渣，从放渣管中开始排出焦块，被迫紧急停炉。

检查锅炉
结焦的焦块，基本上整个料层结焦成一块，焦块冷却后呈黑褐色，表面有大量气孔，中间夹杂有未烧结的床料，焦块质地坚硬，摔碎后发现有烧融现象。

停炉后
排掉所有床料，清除炉膛内的焦块。

检查风帽情况，发现大部分风帽的通风孔发
生堵塞，风帽表面未见明显的烧损痕迹。

落煤口下的炉墙上也有结焦现象。

检查
排出的床料，其中混杂有部分粒度大于10 mm的石块，最大直径达到30 mm以上。

三、循环流床化锅炉结焦的机理及危害
1、机理。

锅炉结渣是个复杂的物理化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结渣倾向、煤灰粒子在炉内运行以及煤灰与管壁间的粘附等复杂
过程。

在燃料中都或多或少地含有灰分，特别是劣质煤的含灰量较多。

灰分状态
变化时经历三种温度：变形温度DT,软化温度ST,熔化温度FT。

其中，软化温度
ST在熔融特性温度中最为重要。

在固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度高达
1400℃-1600℃。

煤粉在炉膛内燃烧后一部分灰在炉内高温环境下呈熔化或半熔化状态。

正常情况下，由于水冷壁温度相对较低，灰渣粒在接近水冷壁管之前，以
辐射换热的形式释放热量，其自身温度迅速降低而凝固，最终可能在水冷壁管上
形成一层疏松的积灰，在锅炉运行中积灰层自行脱落或通过吹灰器吹落，灰层不
至于发展为焦块。

若灰渣粒在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍
然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受烟气火焰冲刷的受热面或炉墙上，产生
结焦。

一旦结焦发生，由于焦层的热阻使得传热恶化，焦层表面因得不到充分冷
却而温度很高，再加上焦层表面粗糙，炉内灰渣粒更容易粘附上去，加速结焦过
程的发展，从而形成更大的焦块。

2、危害。

1）锅炉效率下降。

受热面结渣后，使传热恶化水冷壁的吸热量减低，烟气温度升高造成排烟温度升高，锅炉热效率下降；燃烧器出口结渣，造成
气流偏斜，燃烧恶化，有可能使机械未完全燃烧热损化学未完全燃烧热损失增大；在炉膛出口处结焦，使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升。

使锅炉的经济性变差。

2）影响锅炉的出力。

水冷壁结渣后，由于大量的结渣附着在水冷壁上，受
热面内汽水混合物吸热效果下降，如保持燃料量不变，则锅炉的蒸发量将下降；
炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁温度升高，当结焦严重时通风阻力
的增大，并增大引风机出力，当引风机出力到最大时被迫降低锅炉出力。

四、循环流化床锅炉结焦现象及处理
1、结焦现象。

1）CRT显示床温、床压极不均匀，燃烧极不稳定，相关参数
波动大，偏差大。

2）结焦初期（局部）料层差压下降，结焦严重时，料层差压
急剧增加。

3）氧量快速下降，几乎近于零。

4）炉膛负压增大，一次风量，风室
风压波动大。

5）负荷、压力、汽温均下降。

6）排渣不畅，床层排渣管发生堵塞，单个或多个放渣口放不出渣或放渣中有疏松多孔烧结性焦块（局部结焦）。

7）
观察火焰时，局部或大面积火焰呈现白色。

2、结焦处理。

1）局部结焦发现有焦块，放渣口不下渣时，可适当提高一次
风压，并及时连续捅渣，直到下渣正常为止。

2）如煤质配备不当，应汇报总调，
并在上煤时改变配比，可适当降低负荷运行。

3）大面积结焦时，立即停炉。

4）
根据要求，启动风机冷却，冷却后及时处理。

五、结焦的原因和过程
1、结焦的原因分析。

1）燃煤、床料熔点太低，在床温较低水平下就可导致
结焦。

2）流化风量偏低，长时间流化不良。

一次风量过小，低于临界流化风量，物料流化不好。

炉底风压过低，布风板阻力较低（布风板阻力应为整个料层阻力
的25％--30％），布风不均，致使炉内流化不良，在床层内出现局部吹穿，而其
它部位供风不足，床温偏高，物料产生粘结，从而形成焦块。

3）风帽损坏，造
成布风板布风不均，部分料层不流化。

4）返料影响。

返料风过小造成返料器返
料不正常，返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞，或因料差高放循环灰外泄失
控等原因，返料无法正常返至炉内，造成床温过高而结焦。

若再通过加煤来维持
压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下，会急剧上升而导致床
上结焦。

5）床温测量装置故障，床温仪表失准，造成运行人员误判断，或对某
一单点床温偏高束手无策。

6）运行人员对床温监视不严造成超温。

7）锅炉在压
火期间，床料处于静止状态，如果炉膛密闭不严密漏入少量风，热床料中的可燃
物获得氧气，便会产生燃烧。

由于燃烧产生的热量不能及时带走，使局部区域床
料超温而造成结焦。

8）锅炉长期超负荷运行或负荷增加过快，操作不当。

9）启
炉时，料层过薄或过厚。

10）炉内浇注料大面积塌落，造成局部流化不良，过热
而结焦。

11）运行过程中由于给煤机运行不正常，给煤量测量不准，而给煤过多
造成床层局部超温。

12）锅炉运行中，长时间风、煤配比不当，过量给煤。

循环
流化床锅炉的大部分燃烧主要在密相区和稀相区，这两个区域的燃烧份额约为1：1，主要是密相区的燃烧份额影响到料层的温度控制。

在实际运行中，因一次风、二次风、煤种、粒径、流化程度、物料循环量及倍率等因素影响，密相区的燃烧
份额增加时，相对燃煤的放热量增加，若要密相区出口温度不变，这时就得增加
密相区的吸热量，相应增加密相区的受热面积。

如果锅炉的实际状况达到，就会
使密相区出口烟温提高，即带入稀相区的焓增加，如果增加的这部分热量，不能
有效地被密相区受热面吸收或被烟气带到稀相区，势必造成密相区的热量平衡被
破坏，从而使密相区的炉膛温度升高，达到设计温度以上，而出现炉内床料高温
结焦现象的发生。

2、结焦的过程。

在床层的整体温度小于灰渣变形的温度时，由于部分低温
烧结或高温烧结产生的结焦叫作低温结焦。

当床层的整体温度水平比较高，但是
流化正常的时候产生的结焦叫作高温结焦，从表面上看，高温焦块的表面是熔融的，在冷却后会呈现出夹杂有少量气孔，颜色为深褐色的颗粒，在运行的过程中，在流化、床压和床温都正常的情况下，产生了缓慢增加焦块，这种结焦称为渐进
性结焦，出现结焦时，很难察觉到。

炉中的结焦主要是因为低温结焦、高温结焦、渐进性结焦、流化不正常导致的，不管是什么原因引起的结焦，一旦在床料中出
现结焦，随着时间的推移，焦块的体积会越来越大，会对流化造成影响，进而导
致排渣管堵塞，出现被迫停炉的情况。

六、预防结焦的技术措施
目前，循环流化床锅炉结焦已是比较严重的问题，处理不好势必影响锅炉的
安全经济运行，也影响到循环流化床锅炉的进一步发展与应用。

因此，应遵循以
下几个方面的原则，预防循环流化床锅炉结焦，进而不断提高锅炉稳定运行水平。

1、点火启动前。

在每次锅炉启动前，应认真检查风帽、风室，返料器，炉
膛的浇注料损坏情况并及时修补，清理杂物，启动时，应进行冷态流化试验，确
认床层布风均匀，流化良好。

保证良好而稳定的入炉煤质，特别是粒度、细度、
矸石、灰熔点，发热量等指标一定要严格控制，可有效控制旋风分离器的二次燃烧，避免燃烧室、旋风分离器、返料器的超温结焦。

2、点火启动过程。

锅炉启动过程，返料器必须充满灰后方可投入，否则风
会反窜。

点火初期先不投返料风，待床料中的细灰充满返料器后则应开返料风
（一般是点火后30min），保证床内有料，否则床温将难以控制。

投入油枪点火
启动时应尽量缩短油、煤混烧时间，否则油、煤混烧时间过长调整不当极易发生
结焦。

点火初期一般床温达到500℃以上，可启动给煤机点动投入少量的煤以提
高床温，开始投煤量较大，会出现床温飞升的现象；点动给煤的时间较长，会造
成可燃物的积累，从而引起爆燃现象。

对挥发分较低的煤点火及运行过程，应十
分注意可燃成分的积累，以避免造成爆燃现象。

刚开始投煤时，不得过快过猛，
遵循少量间断的原则，先单台给煤机点动少量给煤，等确认炉膛氧量下降、床温
上升，才可再次并逐渐延长点动给煤时间、增加给煤量。

在700℃以前，最好采
用点动给煤，禁止连续给煤，投煤时机可参照氧量的变化进行，在750℃以前，
投煤量一定不能超过15t/h（蒸发量690t/h的锅炉）。

燃烧稳定后果断断油，包
括在事故处理过程中，及时地断油，使煤、油混燃时间缩短，防止结焦。

投煤初
期煤油混烧阶段，如果加煤量过多，由于煤粒燃烧不完全，整个床料含碳量增大，这时加大风量，就会猛烈燃烧，床温上升很快，甚至超过灰的软化温度，很容易
和未燃的油粘在一起形成局部高温结焦或整床结焦。

当床温超过1050℃，虽经减煤加风措施，床温仍然上升，此时必须立即停炉压火，一般待床温低于800℃再
启动。

为保证安全稳定运行，应在点火过程中保证布风均匀性，下部床温温升率
控制在1--2℃/min以内，避免温升率过快，此时在保证床料完全流化的前提下，
适当地增减一次风量和油枪的数量，来控制床温上升速率。

同时，注意在点火过
程后期适时排渣，避免低温结焦，最好的办法是保证结渣易发地带流化良好，颗
粒混合迅速均匀或处于正常的流化状态，这样温度均匀，可防止结焦。

3、低负荷运行时。

低负荷运行时，如发现床温突然下降，除了断煤外，很
可能是床料沉积，这时若增大给煤量，反而会加剧沉积，使流化床的流化质量变差，造成局部结焦。

当判明是床料沉积时，应加大一次流化风量，将沉积的床料
吹至沸腾状态。

同时启动冷渣器排放渣，降低床料料层厚度，待床温正常后，应
适当调节至较高负荷下运行。

4、变负荷运行时。

变负荷运行时，严格控制床温在允许范围内，做到升负
荷先加风、后加煤，降负荷先减煤、后减风，燃烧调节要做到“少量多次”的调节
方法，避免床温大起大落。

5、压火时操作时。

锅炉压火操作时应先停止给煤机运行，再运行几分钟后
停止所有的风机，压火期间，一定要紧闭各炉门、所有进风门及排渣门，使炉膛
处于密闭状态。

6、正常运行调整时。

正常运行时，认真调整一、二次风，对于高温分离器，保证任何时候含氧量不低于3％--5％，以降低飞灰可燃物含量，可防止分离器和
返料器内发生二次燃烧而超温。

运行中要定期察看返料的情况，监视返料器床层
的温度是否正常。

若超出正常值，可能是发生了二次燃烧，此时应加大返料风量，打开返料床排灰阀放灰。

若温度低于正常值，说明返料器发生了堵塞，此时应打
开排灰阀放灰，同时加大返料风量。

若仍不能消除故障，则必须压火检修。

为监
视返料器是否正常工作，避免结焦或堵塞，可安装返料器料腿差压测点。

返料器
料腿差压指返料器风室上界面，与旋风分离器出口之间的压力差，是监视返料器
是否正常工作的一个参数。

一般返料器料腿差压控制在0.5kPa以下。

运行中若返料器料腿差压突然增大，则表明物料循环中止，返料器发生了堵塞。

运行中只要认真监视返料器料腿差压，发现返料器返料不畅，启动多台高压流化风机，以防止未燃碳粒在返料器堵塞，造成局部区域复燃，因回料阀内局部死区，而发生回料阀内结焦。

七、结语
循环流化床锅炉是近年来才得到迅速发展的一种电站锅炉。

本文通过对某厂循环流化床锅炉的调查与研究发现,结焦是循环流化床锅炉日常运行中普遍发生的一种较为严重的问题。

结焦问题的处理不仅对循环流化床锅炉的安全经济运行起到直接影响作用,同时也关系到循环流化床锅炉在生产中的进一步发展与应用。

因此，在流化床锅炉运行中，要认真做好冷态试验，保证良好的流化质量，同时要认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数，避免流化床锅炉结焦。

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