锅炉结焦的预防及对策

锅炉结焦的预防及对策【摘要】针对锅炉结焦进行原因分析，并提出预防措施和对策。

【关键词】结焦；危害；机理1.结焦的危害炉膛结焦会使水冷壁的传热热阻增加，水冷壁吸热量不足，锅炉出力降低，同时，由于水冷壁结焦使炉内换热减弱，炉膛出口烟温升高，导致主蒸汽温度和再热蒸汽温度升高，减温水量剧增，严重时迫于超温要降低负荷运行；燃烧器喷口结焦，会使炉内空气动力场受到影响，火焰中心发生偏斜，加剧水冷壁的结焦程度，同时还要使燃烧损失增大，甚至烧毁燃烧器；结焦严重时，大块焦掉落会冲灭煤粉火炬，引起MFT动作，甚至砸坏冷灰斗，更为严重的结焦甚至会阻塞冷灰斗，被迫停炉打焦。

2.结焦的机理结焦是一个复杂的物理化学过程，从理论上和设计理念上讲，煤灰粒子在高达1500～1700℃的火焰中心温度区域内多处于熔化状态，当熔化状态的灰粒子在接近水冷壁和炉膛出口时应该能够待到必要的冷却而已经固化，不会粘附在受热面上而形成结渣，而实际运行当中，由于炉膛设计不良，运行调整不合理，设计煤种的偏离，或者超负荷运行，这些都会使炉膛及水冷壁附近的烟温过高，灰粒子得不到足够的冷却凝固，碰到水冷壁就会粘结成渣，而一旦水冷壁表面附有灰渣，又会使水冷壁附近烟温升高，进一步加剧结焦的发展。

3.影响炉膛结焦的因素分析3.1煤质因素的分析3.1.1煤灰成分的影响由于煤灰中各种组分的熔点不同，其对结焦的影响也各不相同，铁和钙起增强结焦的作用。

在还原性气氛中，灰中的Fe2O3就会被还原成FeO，使灰熔点降低，结渣性增强，在氧化气氛中，灰中的FeO就会被氧化成Fe2O3，使灰熔点升高，结渣性减弱；煤灰中的钙可以显著降低硅酸盐玻璃体的粘度；煤灰中的钾是促进玻璃体形成的助熔剂；煤灰中硅一般可以减轻结渣性，但硅含量过高会产生无定型玻璃质，反而会增强结渣性；煤灰中的Al2O3可以减轻结渣性。

目前常采用灰中碱酸比来作为结渣倾向判别，硅铝比作为是结渣的判别，铁钙比作为煤的结渣特征。

硅酸比=Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O/SiO2+Al2O3+TiO2当硅酸比>0.4时，该煤种的结渣倾向较大。

硅酸比=SiO2/Al2O3当硅铝比>1.18时，该煤种就可能出现结渣。

铁钙比=Fe2O3/CaO当铁钙比>3.0时，该煤种就是结渣煤。

3.1.2煤灰的熔融特性煤灰的熔融特性用于判别结渣倾向，通常用软化温度ST作为是否结渣的判别界限。

当ST1390℃时为轻微结渣煤。

3.2炉膛结构方面的影响3.2.1炉膛结构着火稳定性参数，断面热强度qA 和燃烧区域热强度qR 的选择对结渣的影响qA=B·Qar·net/AqA值大，则炉膛温度高着火有利，但烟气中的灰粒靠近水冷壁时得不到充分冷却而引起结渣；qA值小，则炉膛温度低，有利于减轻结渣，但对着火不利。

qR=B·Qar·net/2（A+B）HRζqR值大说明火焰集中，燃烧区域的温度水平就越高，这对稳定着火有利，但容易造成燃烧区域的壁面结渣；对于烟煤一般为1.4～2.3 MW/，qR越小，说明火焰分散，燃烧区域温度水平相对较低，不利于稳燃，但可以防止结渣。

目前一般用炉膛结构着火稳定性指数Jw=qA+qR 来综合结渣和稳燃的关系，一般Jw 值处于4.5～9MW/，通常采用qR 调和结渣与稳燃的矛盾，通常燃用结焦性的煤时把燃烧器沿炉膛高度方向拉长，或增大燃烧器喷口间的间距。

3.2.2锅炉结构燃尽参数，炉膛容积热强度的选择对结渣的影响qV=B·Qar·net/VLqV大，说明燃料在炉内停留的时间减短，致使炉膛出口烟温升高，造成炉膛上部结渣，qV小，表明燃料在炉膛内停留的时间相对较长，且炉温低，对着火不利。

3.3炉内空气动力场的特性影响3.3.1切圆直径及火焰中心对结焦的影响对于四角布置切圆燃烧的锅炉，切圆直径对着火稳定性、燃烧安全，受热面壁温偏差具有综合的影响，适当加大切圆直径，可使上邻角过来的火焰更靠近煤粉射流的根部，对着火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也较好，但是过大的切圆直径，会使一次风煤粉气流偏转贴墙，以致火焰冲刷水冷壁，引起结焦和燃烧损失，这是必须要避免的。

燃烧切圆直径的大小主要取决于设计时确定的假想切圆及个气流的反切效果。

燃烧器的停用方式，改变补气条件来影响一次风粉的偏转强度，当然这种运行手段只能做一个辅助手段，如果喷口出结焦，出口气流的几何射流偏转，切圆往往改变，也会使切圆的直径和形状改变，对炉膛结焦有增强作用。

3.3.2风粉气流的配比对炉膛结渣的影响风粉气流的配比直接影响到炉内燃烧组织的合理性，其对切圆直径、火焰中心偏斜及局部热负荷的影响非常之大，而这些影响会对炉膛结渣的影响非常明显。

从设计角度上分析，当燃用高挥发份，易着火，热风送粉系统时应选取较高的一次风率和一次风速，既要保证着火稳定，又要保证不结渣、不烧喷燃器，且q4损失较小，同时还要考虑制粉系统的经济出力。

一次风速低，则一次风气流刚性减弱，煤粉气流的卷吸能力减弱，气流速度小于火焰传播速度，可能发生“回火”现象，还可能产生煤粉气流分布不均的现象，这些都会对稳燃和防结焦不利。

但一次风过高，会推迟着火，甚至出现“脱火”现象；二次风率和二次风速的选择是随一次风率的确定而确定，并且要求二次风的混入要合理，即不能过早，又不能过迟。

一般对于挥发份较大的易燃煤，防止结渣和提高经济性是主要的，燃烧调整中不可使二次风量过大。

由于一次风动量一出喷口就因燃烧膨胀而迅速衰减，但二次风动量衰减较慢，因此在各个角总风量一定的情况下，增大二次风的比例往往会加重一次风的偏斜，使实际的切圆直径变大，使炉膛温度水平升高，结渣倾向严重。

而对于直吹制粉系统，由于一次风率受制于磨煤机的一次风量，因此在总风量一定的情况下，二次风的风率、风速场与制粉系统的运行调节有关，以炉膛氧量值来控制。

除二次风总风量控制之外，对各层二次风的调节对燃烧也有影响，一般讲上层燃层风能压住火焰，控制火焰中心位置和煤粉燃尽；中部二次风为煤粉旺盛燃烧提供主要的空气；下部二次风可以防煤粉离折，能托住火焰不下冲，从经验上讲，一、二次风的合理配比对缓减结渣有一定作用，与炉内整体气流偏转过大，刷墙，结渣较严重时，采用缩腰型配风方式可以改善结渣情况，一方向可以减轻中部二次风对一次风气流偏转的影响，另一方面可以改善燃烧器射流补气条件，相当于在高宽比大的直流射流中，开了一个大的平衡孔。

3.3.3过剩空气系数对炉膛结焦的影响当炉内局部区域过量空气过小且煤粉与空气混合不均匀时，可能会产生还原性气氛，而煤粉在还原性气氛中不能充分氧化，灰份中的Fe3O2被还原成FeO，FeO与SiO2等形成共晶体，其熔点温度会降低，有时会使熔点温度下降150-200℃，因而结渣倾向随之增加；如果采用高煤粉浓度燃烧方式时，由于燃烧放热过于集中，使局部区域温度升高且处于还原气氛，结渣倾向也会很严重，我厂燃烧器为水平浓淡燃烧器，在一次风风管中采用“百叶窗”式的煤粉浓缩器。

一次风进入炉膛后向火面的煤粉浓度高，背火面的煤粉浓度低，这有利于低负荷稳燃、防止结焦、防止高温腐蚀及降低NOX的生成量。

增大炉内送风量，理论燃烧温度降低，虽然炉膛出口温度变化不大，但炉膛平均温度确是降低的，同时，增大过量空气，炉内处于富氧燃烧，可抑制还原气氛，对防止结渣是有利的。

3.4运行调整方面的影响3.4.1煤粉细度、浓度、均匀度对结渣的影响煤粉中的粗颗粒极容易从气流中分离出来与水冷壁冲撞，由于颗粒较大，到达水冷壁以前的冷凝固化不太容易；另外，粗颗粒都需要较长的燃烧燃尽时间，因而它们往往在贴壁处造成还原性气氛，使灰熔点降低；这两点都会使炉膛产生结渣倾向，因此燃用易结渣的煤种时，适当降低煤粉的细度、控制好煤粉颗粒的均匀度很有意义。

但是煤粉过细又会使煤粉在燃烧器出口处易着火而使燃烧区域热负荷更高，造成燃烧器附近结渣烧毁燃烧器；因而在煤粉细度的选择上要经过试验确定，通常随着磨煤机出力的增大，煤粉变粗，在给煤量一定的情况下增大风量（即风煤比），煤粉变粗，各角一次风气流是否均匀，煤粉浓度是否成比例，直接影响炉内火焰中心的位置及炉膛结渣情况，这样空气少地方就会出现还原气氛，使灰熔点降低，造成局部结渣。

因此，对于直吹式制粉系统对一次风的风粉均匀性监督和调整尤为重要，只有通过热态风量调平及煤粉浓度的调平才能保证各角一次风的均匀性，组织合理的燃烧动力场。

3.4.2风粉混合物的初温、风速对结渣的影响降低一次风初温可提高着火热、延迟着火，对减轻结渣是有利的。

提高一次风风速可推迟着火点位置，对于切圆燃烧锅炉，有利于燃烧切圆的形成和防止煤粉气流贴墙，防止燃烧器和炉膛结渣，当一次风风速提高的过高会产生煤粉颗粒直接冲撞炉墙而加剧结渣，同样一次风初温过低，还会导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高。

3.4.3燃烧器热负荷的分配对结渣的影响对于结渣严重的锅炉，应采用分散投运燃烧器的方法，此时由于燃烧不集中，传热分散，使炉膛温度降低，结渣缓解，在高负荷时有备用层的直流燃烧器，停用层应在中间而不是在两边，停用中间层用压力平衡孔的作用，对减少切圆直径和气流偏斜也是非常有利的，此外限制单只燃烧器的热功率也是为了防止热负荷过于集中的有效方法，对减轻燃烧器区域的结渣十分有效。

3.4.4吹灰操作对结渣的影响吹灰的目的是维持受热面的清洁，防止壁面的污染和壁温的升高，壁温升高和壁面污染都会使受热面接收熔渣变的十分容易，因此要根据炉膛结渣及积灰程度合理安排吹灰间隔及周期，尽可能地保持受热面的清洁。

4.结渣的预防和对策4.1加强燃煤供应管理和配煤管理，随时掌握煤种的变化煤种问题是产生结渣的主要原因之一，因此要根据锅炉设计煤种进行燃煤的组织和选用，确保煤质的相对稳定，力争能达到煤种的变化范围保持在设计允许的范围内，煤质是要满足锅炉不结焦为前提，如果实际运行中，燃煤煤质发生较大的变化，应进行必要的燃烧特性评价，同时要做好运行调整，并确定一种合理的掺烧比例，以达到提高灰熔点，降低灰粘度的目的，避免锅炉出现大面积结焦。

4.2适当提高一次风速、降低磨煤机出口温度适当提高一次风速可以推迟着火点的位置，有利于切圆的形成和防止煤粉气流贴墙，对防止燃烧器喷口和水冷壁结焦有利。

4.3控制炉内空气量控制炉内氧量值不低于4%，使炉内处于富氧燃烧，抑制还原气氛的产生，对防止结焦有利，另外增大炉内送风量，在燃料量不变的情况下，会使理论燃烧温度降低，炉膛平均温度会降低，对防止结焦有利。

4.4控制锅炉最大负荷和单台磨煤机的最大出力应该重新核实锅炉的最大出力，避免锅炉长期超负荷运行，对于单台磨煤机的最大出力，同样要进行技术标定，在锅炉大负荷运行时，磨煤机的出力最好不要超过40T/h，一方面磨煤机超出力会使磨煤机磨出力的煤粉较粗，均匀性较差，增加结焦倾向。