锅炉运行过程中结焦原因及预防措施

孙传晖

摘要：锅炉的结焦问题是比较普遍存在的，严重的结焦会导致锅炉被迫停炉，极大地影响锅炉的安全性和经济性。锅炉结焦的原因是多方面的，涉及到锅炉的设计、燃烧器的设计布置、设计煤种以及实际运行煤种的特性及其差异、炉内气流的空气动力场状况等等。本文针对锅炉运行过程中结焦的原因进行分析，进而提出预防措施，以保证锅炉的正常运行。

关键词：锅炉；结焦虑；原因；措施

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，运行中通过吹灰很容易除掉。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。

1 锅炉结焦的原因分析

1.1 选择合理的炉膛出口温度。

根据经济技术比较，对煤粉炉最经济的炉膛出口温度在1200~1400度之间，但实际上，为了防止对流受热面结渣，炉膛出口温度不能过高。在炉膛出口布置屏式受热面的锅炉，对一般性结渣性煤应小于1200度。

1.2 控制合理的炉内过量空气系数a。

过量空气系数a增加，受热面的积灰、结渣趋势减弱。主要归因于炉膛出口烟温降低，炉膛壁面处的烟温降低。A过低容易造成氧量不足，在炉内出现还原性气氛，熔点较高的Fe2O3还原为熔点较低的FeO，从而使灰熔点大大降低，这样就增加了结渣的可能性。

1.3 保证空气和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结渣。

当一、二次风的位置、风速、风量设计不合理时，尽管炉内总空气量大，但仍会出现局部区域的炽热焦碳和挥发分得不到氧量而出现局部还原性气氛。当煤粉炉烟气含氧量低于3时，由于局部缺氧，将会使CO含量急剧增加。

1.4 在影响结焦的因素中，煤质特性起这主要的作用。煤粉在燃烧时，其灰份熔融特性用变

形温度t1，软化温度t2和熔化温度t3来表示，软化温度t2的高低是评价煤灰是否容易结焦的主要指标。飞灰的成分决定着其熔点，当煤粉中碱性氧化物含量大时，灰熔点低，容易结焦；当煤粉中氧化硅，氧化铝含量大时，灰熔点高，就不容易结焦。

1.5 应用各种运行措施控制炉内温度水平。

第一，炉内温度水平高，将使煤中一些易挥发碱性氧化物汽化或升华（1400度以上），使碱金属化合物在受热面上凝结（1000~1100度）。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强黏结性灰。第二，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，还会使含有碱性化合物的积灰外表层黏结性增强，加速积灰过程的发展。第三，煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接黏在受热面上，产生严重结渣。

2 防止锅炉结焦的措施：

2.1 加大运行中过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛，调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。

燃烧中心温度高达1400~1600度。当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，易黏结附于炉壁上形成结渣，尤其是在有卫燃带的炉膛内壁，表面温度很高，又很粗糙，更易结渣，而且易成为大片焦渣的策源地。因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边。

2.1.1 炉内旋转气流对燃烧器射流的冲击力和作用点。旋转强度大，射流偏转加剧，实际切圆增大。

2.1.2 一次风射流刚性。

2.1.3 射流两侧补气条件差异。

2.1.4 燃烧器组长宽比及燃烧器喷口间隙。当燃烧器组高宽比越大时，燃烧器组中间部分从上下两侧获取补气的条件越差，射流偏转加剧。

2.2 四角煤粉浓度及各燃烧器配风应尽量均匀。

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，炉膛结渣状况恶化。当燃烧器配风不均匀或者锅炉降负荷，燃烧器缺角或缺对角运行时，炉内火焰中心会发生偏斜。运行时要尽量调平四角风量，避免缺角情况。

2.3 要有合适的煤粉细度。

煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多，熔化比例高，冲墙后容易引起结渣。但是，煤粉太细也会带来问题，一是电耗高，制粉出力受到影响，二是炉膛出口烟温升高，易引起结渣。

2.4 燃料上煤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。司炉应根据煤质的化验分析报告调整燃烧。

2.5 适当提高一次风速可以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，可以避免喷口附加结渣。

提高一次风速还可以增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风气流直接冲刷壁面而产生结渣。

注意一次风速的提高受煤粉着火条件的限制。

2.6 炉膛出口温度场应尽可能均匀。

降低炉膛出口残余旋转，均匀的温度分布可使密排对流管束中烟气温度低于开始结渣温度。

应用三次风、二次风反切来减少残余旋转，必须能够很准确地计算出主旋气流和反切气流的动量矩以及合成气流的动量矩，而且通过运行调试来观察是否满足运行要求。

2.7 掺烧不同煤种。

煤种掺烧能在一定程度上综合所掺煤种的灰渣特性。低灰熔点煤灰分仍在受热面上沉积，但高熔点固态灰对受热面有一定的冲刷作用，使沉积量降低

2.8 司炉人员认真操作，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，气粉贴墙；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，鉴于锅炉氧量测量装置安装在竖直烟道，系统负压较大，漏风较大，测量结果与实际氧量误差大，建议在负压较小的水平烟道加装氧量测点，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。

2.9 锅炉受热面应定期吹灰，防止受热面积灰后影响传热，运行人员发现结焦及时清除，防止继续恶化。

通过燃烧监视，锅炉的热负荷，燃烧工况，氧量等数据通过仪表可以监测到，发现有不良情况，及时调整，有结焦及时清除，是防止结焦的有效手段

3 总结：锅炉的结焦问题是比较普遍存在的，严重的结焦会导致锅炉被迫停炉，极大地影响锅炉的安全性和经济性。通过以上分析，只要我们在设计及实际运行过程中不断地总结经验，加强运行人员操作管理就可以避免锅炉结焦问题的出现，以确保锅炉的安全运行。