锅炉炉膛结焦的原因及预防措施

锅炉炉膛结焦的原因及预防措施

摘要:火电机组是我国的主要电源,火电机组的安全运行对我国的经济发展具有重要作用。电厂锅炉炉膛结焦是影响机组稳定运行的主要因素,本文分析了炉膛结焦的过程、原因及其危害,给出了预防炉膛结焦的措施,并从改进锅炉的设计方案和加强锅炉的日常运行管理两个方面提出了落实炉膛结焦预防措施的方法。

关键词:炉膛结焦原因分析预防措施

我国是世界的煤炭生产大国,因此煤炭成为我国发电的主要燃料,以煤炭为燃料的火电机组是我国的主要电源,人们的生活质量和我国经济的健康发展与火电机组的安全运行关系密切。锅炉炉膛结焦是影响火电机组安全运行的重要因素,长期困扰着企业,虽然生产企业在分析结焦原因的基础上取得了一些成果,但是效果大多不尽如人意,因此急需深入探究锅炉炉膛结焦的原因,对机组运行过程中实际采取的技术手段予以总结,形成行之有效的解决策略和对策。

1、锅炉炉膛结焦的原因和危害

1.1 炉膛结焦过程

燃煤中的灰融化之后如果聚积在一起,就会形成焦渣。灰的熔化需要软化、变形和熔融3个阶段,锅炉炉膛内部的温度越高,灰就越容易熔化,形成焦渣的几率就越大。熔点低的灰容易造成结焦,而灰的熔点由灰的化学成分决定。灰中一般包含氧化铝、氧化硅和碱类等杂质,具体杂质的含量因煤种的不同而不同。灰中铁和碱类的含量增加时会使灰的熔点降低,当灰中FeS的含量较多时,炉膛的结焦现象最为严重。灰熔化之后具有了一定的粘着性,碰到冷的物体就会粘附在上面。在锅炉内部,灰粒在火焰中心熔化,如果燃煤燃烧不完全,灰的熔点会因为FeS含量的升高而降低,此时经过中心火焰的灰粒在接触到炉壁或者出口管时仍然处于胶质状态,就会粘结在炉壁或者管壁,产生结焦。管壁上出现结焦之后,由于焦渣之间粘附性强,将导致灰渣更容易粘结,进而形成结焦层。可见结焦过程是一个恶性循环的过程。

1.2 结焦的原因

尽管造成结焦的原因很多,但是从锅炉炉膛结焦的过程可以看出,结焦的直接原因在于接触炉壁的灰仍然处于胶质状态,导致这一现象出现的原因主要有以下几点:

(1)燃煤燃烧不充分。如果在燃煤燃烧过程中氧气量不足,就会使煤粉得不到完全燃烧而产生CO,烟气中的CO会使灰的熔点明显降低。虽然炉壁的温度不会太高,但是由于CO这种还原性气体大量存在,将使结焦现象剧烈产生。如果向锅炉内注入了足量的氧气,却不能把燃料和空气充分的混合,有的区域燃烧完全,有的区域燃烧不完全,也会导致CO的产生。混合不完全往往是因风量调配不当、燃料和二次风调整不好引起的,可见不合理的燃烧器结构会加剧结焦的产生。(2)锅炉内部火焰不正。当燃料和空气分布不均匀时,会出现火焰偏斜的现象。在正常的运行过程中,火焰位于炉膛的中心,因而炉膛内中心的温度最高,当火焰偏斜时,火焰的中心移动到边侧,最高火焰层接触到水冷壁时,处于胶质状态的灰很快就会粘附其上形成焦渣。燃料和空气分布不均匀一般是由于锅炉运行调整不及时或者调整不恰当导致的。此时未燃尽的煤粉也会黏着在受热面上,而且一次、二次风比例不当将会使未充分燃烧的煤粉粘结在受热面上并继续燃烧,使此块炉壁温度升高,它具有强力的粘着性,将会加剧结焦。(3)煤粉质量的影响。炉膛结焦的

形成与煤粉的质量有着直接的关系,质量差的煤粉灰分较大,容易形成结焦。(4)炉膛热负荷的影响。如果炉膛的热负荷比较大,炉膛的容积就会相应较小,同时炉膛内部的温度就会升高,当炉膛燃烧中心的温度达到1450摄氏度时,结焦几率就会增加。(5)此外,清灰、清焦不及时也是造成结焦的原因。

1.3 结焦的危害

锅炉炉膛结焦会产生一系列的危害,严重影响生产效率和火电机组的正常安全运行。首先,炉膛结焦会使锅炉的出力能力降低。炉膛口温度升高时,蒸汽出口和管壁温度较高的情况下,锅炉的出力能力会明显受到抑制。如果水冷壁结焦,将使蒸汽的蒸发量受到影响。其次,炉膛结焦会使锅炉的热效率降低。当炉膛内严重结焦时,导热性能就会降低,排烟温度将会升高,导致锅炉整体热效率的降低。最后,炉膛结焦会降低锅炉的安全系数。炉膛结焦后将使设备的热度差变大,会威胁到炉内水循环的安全;如果结焦掉落,可能堵塞排渣口甚至砸坏水冷壁管,使锅炉的正常工作受到影响。

2、炉膛结焦的预防措施

从前文的分析可以看出,锅炉炉膛结焦不利于火电机组的安全高效运行,必须采取措施进行预防。首先要针对炉膛结焦的影响因素,采取措施预防和避免结焦,然后要在机组的运行过程中采取必要的手段贯彻这些措施,一方面可以通过改进锅炉的设计使其不再是焦渣产生的温床,另一方面可以加强锅炉日常运行的管理,通过人力降低结焦的危害程度。

2.1 预防结焦的方法

(1)使燃煤充分燃烧。要想使煤粉充分燃烧,首先要保证炉膛内氧气量充足,使煤粉具备充分燃烧的条件。除此之外,还应该合理调整风量、燃料投放量和投放速度、合理使用二次风,以保证煤粉与空气能够混合均匀,使每一部分的燃料都得到充分燃烧,从而最大限度的避免CO的产生。

(2)防止火焰中心偏斜。火焰中心偏斜是造成炉膛结焦的重要原因。在炉膛内,火焰燃烧中心的温度可达1400摄氏度到1700摄氏度,灰分在该温度范围内大部分处于熔化或者软化的状态,若灰粒撞击炉壁时仍然处于熔化或者软化状态,就容易粘结在炉壁上形成结焦。因此必须在炉膛内组织良好的空气动力场,以保持火焰燃烧中心适中,防止火焰中心偏斜。

(3)降低炉膛出口烟气的温度。在炉膛内氧气充足的情况下,炉膛出口烟气的温度是炉膛是否结焦的决定性因素。要使灰粒不会粘结在炉膛出口附近,就需要将烟气温度保持在灰软化温度以下的50到100摄氏度。保持烟气温度不升高的方法很多,通过合理使用一次风、降低火焰的中心位置、减少炉膛的热强度和在炉膛内保持适当过剩的空气量等方法可以有效地防止炉膛出口烟气温度的升高。

(4)保证燃煤的质量以及合适的煤粉细度和均匀度。不同的燃煤种类需要不同的配置参数,工作人员要在化验的基础上掌握燃煤的参数数据,在运行过程中根据煤的特性选取合适的调整方案和必要的预防措施。此外,在运行过程中还要注意保证煤粉具有合理的粒度和均匀度,煤粉细度过粗会使烟气中混入未完全燃烧的煤粒,也会造成结焦。(5)及时清灰清焦,使受热面保持清洁。如果有积灰或者结焦的现象出现,在早期进行清理比较容易,因此应加强监视力度,及时清灰清焦,保持受热面的清洁。清灰清焦工作进行的越晚,所需要的工作量就越大。

2.2 改进锅炉的设计方案

炉膛是煤粉燃烧的场所,也是结焦产生的场所,因此炉膛的设计既要保证煤粉的完全燃烧,又要控制炉膛内不出现结焦或者尽量降低结焦的可能性。根据上文