煤粉锅炉结焦的预防 作者：**

　 单位：****环保设备有限公司

　摘要: 煤粉锅炉的结焦, 对锅炉的安全经济运行有很大危害。分析了造成煤粉锅炉结焦的主要原因, 提出了控制煤粉锅炉结焦的预防措施。

　 关键字：燃煤、锅炉结焦、防范措施

　0 引言 在火力发电厂的生产过程中, 煤粉燃烧后的灰烬在炉膛内受热面产生结焦是燃煤锅炉运行中比较普遍的现象, 它会造成受热面传热能力下降, 降低锅炉的热效率。当大的焦块坠落时, 容易引起炉膛负压波动, 发生火灾事故, 威胁到机组的安全经济运行。

　 1 锅炉结焦机理

　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形成的灰渣粒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 结焦原因分析

　2.1 煤质特性 对于不同煤种, 煤灰的结焦特性差别很大, 主要与灰的化学成分及其矿盐结构特性有关。大量的研究已总结出了很多的结焦特性判别准则, 主要包括灰的熔融温度、灰的粘度和灰的成分, 这些都与燃料的性质有关。灰的熔融温度越低、粘度越大, 就越容易结焦。煤粉在燃烧时, 其灰分熔融温度用变形温度t 1 、软化温度 t 2 、溶化温度 t 3 值来表示。软化温度 t 2 的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标, 软化温度越低, 则结焦性越强。灰的成分不同其熔点也不同。灰成分中 CaO 、 MgO 、 Na 2 O 、 K 2 O 、 Fe 2 O 3 、 FeS 2 的含量高时, 灰熔点低, 就容易结焦; 而 SiO 2 、 Al 2 O 3 含量高的灰分溶点高, 不容易结焦。

　2.2 炉膛结构特性 炉膛设计与燃烧器布置对炉膛受热面的结焦有着十分重要的影响。对同一煤种, 在炉膛设计与燃烧器布置不同的锅炉中, 受热面的结焦程度会有很大差别。炉膛设计时, 选用较低的断面热负荷 q F 和容积热负荷 q V 有利于防止锅炉结焦。燃烧器的结构设计与布置方式对锅炉运行性能有着直接影响。为防止受热面结焦, 应形成良好的炉内空气动力场。不良的空气动力场会导致火焰偏斜, 不仅燃烧不完全, 而且会出现火焰冲刷炉墙贴壁燃烧, 使熔渣在接触壁面前无法凝固而结焦。

　2.3 运行燃烧调整 运行调节不当, 如四角风量不均衡、燃烧器风量及风煤配比不适当、各给粉机给粉量不均衡等, 都会造成火焰偏斜使水冷壁局部温度过高引起结焦。另外, 燃烧时风量不足、锅炉超出力运行、炉膛下部漏风、送风量过大、煤粉过粗等会使火焰中心上移, 使得炉膛出口烟温升高, 从而引起炉膛出口处受热面结焦。

　2.4 煤粉细度 对于低挥发分的煤种, 如果煤粉过粗, 会造成燃烧中心上移, 使炉膛出口温度升高, 由于烟气直接冲刷受热面, 很容易在炉膛出口处结焦。对于高挥发份的煤, 如果煤粉过粗, 则会使着火点前移, 使喷嘴出口及其附近区域结焦。此时, 若一次风速偏低, 则有可能发生回火, 使喷口结焦, 甚至烧坏喷嘴。

　2.5 炉内空气动力场 影响气流偏离的重要因素是燃烧器出口气流在炉膛内所形成的假想切圆直径及炉膛形状, 切向燃烧方式是以整个炉膛为单元来组织燃烧的, 故燃烧器的燃烧工况和整个炉膛空气动力特性密切相关。切向燃烧可能造成气流的偏离, 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, 对混合也有好处, 炉膛充满度也好。实际的切圆直径总是大于假想切圆直径, 切圆直径过大, 一次风煤粉气流可能偏转贴壁, 以至引起结焦。因此, 较小假想切圆直径是减少气流偏离, 避免气流冲刷水冷壁的重要措施。

　2.6 炉内气氛条件 煤灰是多成分的复杂化合物, 同一煤种的灰渣在不同的烟气或气体介质中, 化学成分会发生变化,灰熔点也随着成分的改变而改变。同一煤种的灰渣,在弱还原性中, 其灰熔点较低, 在氧化性中则较高。这是因为在不同的气体介质下, 煤灰中的化学成分发生了氧化一还原反应。运行中操作不当, 燃烧调整不合理, 都会在炉膛内局部区域产生还原性气氛,使灰中熔 点较高的 Fe 3 O 4 被还原成熔点较低的FeO , 而 FeO 又易与 CaO 、 MgO 等低熔点灰分生成熔点仅为 1000℃～1200℃ 的低熔点共晶体, 使灰熔点大大降低, 这时炉膛温度即使不高, 也可能产生结焦。

　 3 防止结焦的措施

　3.1 煤质特性 从煤质特性角度考虑, 锅炉结焦除了与煤灰熔融特性有关外, 还与煤的发热量和灰分大小等有关。要防止锅炉结焦, 应根据设计煤种组织燃料, 严格控制入厂煤质, 使用煤灰软化温度大于原设计煤种的煤。在无法满足此条件时, 则应尽可能选用成分稳定、含灰量少的煤。这样便可针对该煤种的结焦特性, 通过试验与运行实践, 建立起适合该煤种的运行工况, 以达到充分燃烧并防止结焦的目的。对可能造成锅炉结焦的煤种, 应进行配煤, 达到提高灰熔点、降低灰粘度的目的。

　3.2 燃烧工况调整 适当调整一、二次风的风速和比例, 使炉内火焰中心温度和炉膛出口的烟气温度不致过高, 并保持适当的过剩空气系数, 使燃烧充分、完全。保持炉膛内火焰的均匀分布, 特别是在负荷过高或过低的时候, 防止火焰偏斜, 造成贴墙燃烧。进行燃烧调整和控制, 调整煤粉和空气混合均匀, 组织良好的炉内空气动力场, 降低炉内温度水平和还原性气氛, 以达到防止或减轻结焦的目的。

　3.3 控制煤粉细度 根据实际煤种情况, 通过调整煤粉分离器及系统通风量将煤粉细度调整至合适范围内。因分离器不可能频繁调节, 当燃煤的挥发份有所变化时, 可通过改变一次风率的方法来作为防止结焦和稳燃的辅助调节手段。煤粉细度的选择, 应兼顾稳燃、炉膛及炉膛出口受热面是否结焦、机械不完全燃烧损失、制粉电耗等诸因素综合考虑。煤的发热量、灰分含量、全硫含量不宜过大, 入炉煤粉不宜过粗。

　3.4 定期吹灰 通过布置在锅炉受热面的吹灰器定期对受热面进行吹扫, 可以保持受热面的清洁, 防止灰渣大量积聚。吹灰器特点是吹灰力度较大, 见效快, 但不能根治结焦, 只能控制结焦程度。使用吹灰器存在吹灰不全面, 喷燃器区域结焦最严重处往往吹不到, 还对燃烧工况产生扰动, 较硬的焦渣也难以吹掉。因此吹灰器的布置和使用必须与燃用煤种的结焦倾向性相适应, 使受热面的积灰能及时得到清扫。

　3.5 使用除焦剂 除焦剂属于化学药剂, 它能与炉内的焦渣发生化学作用, 使焦渣疏松软化。其作用的范围较大, 从炉膛到烟道各级受热面均有效。对于不易吹扫的较硬的结焦, 加药后灰渣会变得逐渐疏松, 易于脱落。但除焦速度较慢, 需要使用较长的时间才能看出效果。

　3.6调试参数 适当调整调试参数, 防止火检频闪火焰检测器的调整是一项非常仔细的工作, 它靠调整灵敏度、频率响应范围、延时等各项参数, 使其在燃烧正常或恶化、相邻燃烧器投入或停运、锅炉负荷大小等不同运条件下能发出准确的信号。调整时, 既要考虑火焰检测器的可靠性, 又要考虑鉴别能力。在燃烧器上装设多层检测器探头, 调整时应将底层探头设定值低一些, 及主要考虑可靠性, 而顶层检测器调试可以多考虑一些鉴别能力, 因为在低负荷运行时思路往往切掉顶层燃烧器, 它的切投操作较频繁, 由火焰检测器监视切投是否成功。另外 , 为了防止火检频闪的发生可以把火检系统调试为锅炉在不投油最低稳燃负荷下进行。

　3.7定期检查

　定期检查火检系统, 及时发现火检存在的问题火检系统的工作环境比较恶劣, 经过几年的运行后, 火检系统到了一个疲劳周期, 缺陷高发期。目前主要采取定期检查、记录火检系统 PPS 值, 发现异常及时处理, 希望通过这种维护措施让火检设备达到较好的运行效果。

　 4 结束语 对于煤粉炉结焦和积灰问题, 要在理论分析的基础上, 联系锅炉具体参数和实际工况, 寻找切实可行的预防措施, 以控制结焦, 减轻危害, 提高锅炉效率。

　 参考文献  　　[1]刘通.中储式制粉系统爆炸原因分析及预防措施的探讨[J].神华科技，2010（02）.  　　[2]阚家强，张勇.蒸汽锅炉结垢危害及防治措施[J].煤炭技术，2006（09）.  　[3]王宇，苏国利.电厂锅炉结焦问题的原因分析及预防探讨[J].内蒙古石油化工，2008（17）