电站锅炉结焦原因分析及防焦措施

王小龙

【摘 要】 由于电站锅炉燃烧器附近出现结焦以及锅炉膛内的大量结焦、积灰等情况，通常会使空气的动力工况遭到一定的破坏，使锅炉膛出口的温度升高，从而引起锅炉的对流受热面壁温升高，进而破坏锅炉水循环，最终降低了锅炉的效率。本文分析了电站锅炉运行的特点，并针对电站锅炉运行中的一些特点分析结焦问题，提出如何防止电站锅炉结焦的措施。

【关键词】 电站锅炉；结焦；防焦措施

一、前言

目前我国电力行业已经步入了“大机组、大电网、高自动化、高电压”的时代，但是在电站锅炉的运行当中，很多的锅炉存在不同程度的膛壁结焦现象，大量的炉膛结焦会影响电站锅炉的经济性和安全性，缩短其使用寿命。产生电站锅炉结焦问题的原因是多样的：温度的影响、材料的选择、锅炉设计的技术等。本文就电站锅炉结焦问题及解决措施进行分析和研究。

二、锅炉结焦状况及其危害

锅炉结焦有诸多危害，大量落焦会导致排渣系统频繁跳闸，排渣系统跳闸会严重限制机组出力；炉膛内部结焦会增加受热面的传热阻力，使辐射吸热量下降，炉膛出口烟气温度升高，对流吸热量增加容易造成对流受热面超温，在减温水完全投用的条件下再热蒸汽管道仍然有可能超温；燃烧器喷口及其周围结焦，会改变流向及炉内动力工况，直接影响风粉混合及燃烧，严重时造成燃烧器损毁；结焦是一个单向不可逆的过程，若不及时采取措施，更有可能由于结焦加重导致塌焦砸坏冷灰斗等安全事故，最终被迫停炉处理。

三、结焦的具体表现

电站锅炉结焦现象是多样的，具体来说主要有：（1）炉膛负压增大，风室风压波动大；（2）氧量下降；（3）压力、汽温、负荷指标均下降；（4）排烟温度升高，减温水量增加；（5）过热器、再热器管壁超温；（6）锅炉效率下降；（7）大面积落焦时，使负压剧烈波动，锅炉灭火；（8）严重时导致底部冷灰斗堵住，影响锅炉安全运行，最终被迫停炉。

四、影响结焦的因素

1、煤质结焦特性的分析

融化温度和灰质的成分是影响结焦的主要内因。总的来说，碱性氧化物可以起到灰熔点降低的作用，而酸性氧化物能够使灰的熔点提高，碱性氧化物和酸性氧化物之间组分的多少以及互相的比例对灰熔点有较大的影响。如，灰质中的碱性氧化物Na2O、K2O、Fe2O3、CaO、MgO，会呈现出一定的结焦性。低熔点共熔体的主要组成部分是Fe2O3和CaO，可以说碱性氧化物对灰的沾污性有很大关系；酸性氧化物Al2O3、SiO2、TiO2，都有增高灰熔点的作用，但对灰熔点的影响程度不同。Al2O3能够阻碍熔体变形的骨架。SiO2的含量过高会使得灰的黏度增高，同时灰提早的软化。

2、炉膛结构设计特性分析

（1）炉膛内温度影响

灰的软化或融化的难易与燃烧器区域的温度有密切关系。燃烧器的温度愈高，灰就愈容易实现软化或熔融，但是其也越有可能产生结焦。第一，一些熔点中等的煤，放在一般的炉膛下并不会产生结焦，但在燃烧器区域的火焰温度特别高的情况下，同样也会结焦。这是由于煤中易挥发的物质气化与锅炉内温度成正比，这为结焦创造了条件。第二，炉膛出口处温度增高，容易在炉膛上部形成结焦。尽管有时炉膛出口温度低于煤的熔化温度，但由于成分是不均匀的，因此某些易熔颗粒仍未完全熔化，有可能粘在受热面上，形成结焦。采用较低的炉膛出口温度，能够满足低灰熔点的燃煤的需要。

（2）炉膛结构特性参数影响

炉膛断面热负荷、容积热负荷、燃烧器区域壁热负荷和炉膛的几何尺寸有着直接的关系。炉膛容积热负荷的选取燃烬有关，还与炉膛温度和炉膛出口温度有关，尤其是对燃煤灰熔点低的来说。如果过低，反映炉膛容积过大，炉膛内水冷壁的设计过多，炉膛的火焰温度偏低，容易灭火；反之，过高，表示炉膛容积过小，炉膛水冷壁布置过少，炉膛的火焰温度较高，容易产生结焦。

3、运行调整与检修安装分析

（1）火焰的影响

一次风与二次风相比，尽管一次风含粉，但其速度较低，如果选择燃用无烟煤、贫煤的燃烧器，宜选用二次风，同时可以把二次风布置在火焰的下游侧的水冷壁上，这样在不影响火的同时下，又降低了火焰下游的负压，减少火焰两侧的压差，提高了火焰的刚性；燃用高挥发成分的烟煤，可选取一次风，通过设置偏置周界风，提高火焰的刚性。

（2）炉内空气动力场影响

以整个炉膛来进行燃烧的切向燃烧方式，与炉内空气动力息息相关。在进行切向燃烧时，会在炉中形成一个火球。如果炉内气流旋转的直径增大，会使射流根部和上邻角过来的火焰靠的更近。如此对炉膛充满度有好处、对混合也有好处、对着火也有利。但事实上，假想切圆直径总是小于切圆直径的：切圆直径过大，一次风所带来的煤粉气流可能会发生偏转贴壁，进而引起结焦，这是我们必须要避免的。因此，减少气流偏离的重要措施是较小假想切圆直径。

五、运行防范措施及其效果

1、加强吹灰

研究表明，无论炉内受热面的松散积灰还是粘结性的积灰，受热面上的沉积都需要经历一段时间。受热面结焦出现堆积和硬化亦是如此。从结焦形成过程以及影响结焦强度等方面，我们也可看到时间长度和结焦程度成正比。

锅炉吹灰是一种常规防范和减轻结焦的手段，其可操作性和安全性强，方式正确可能会达到理想的预防结焦的效果。

如何有效发挥吹灰作用？一是频率，要求二次吹灰间隔周期的长短应服从于是否有效，即根据结渣积灰的速度及时调整吹灰器使用频率，吹灰间隔周期的长短取决于灰渣特性，易结焦煤周期短，不易结焦煤周期可长些；二是各部位都能吹到，在机组改造时在炉膛受热面布置足够数量的除灰器，尤其是将容易结渣的部位处在吹灰器的有效半径内；三是吹灰蒸汽压力，压力必须达到除焦的目的，根据除焦效果调整吹灰蒸汽压力。

锅炉受热面吹灰器必须有效利用，在对各受热面进行吹灰时，要加强现场巡检，当发现吹灰器因泄漏、卡涩故障或程控失灵等故障时，立即手操退出，避免爐管和坏吹灰器损坏，加强吹灰器的缺陷管理和维修管理，出现故障及时消缺。

经过上述实践，结焦现象得到控制和减轻，尤其是在连续高负荷运行时，提高吹灰频率效果明显，可以有效防止结焦的加剧。此外，因为吹灰后积灰较少的水冷壁可更有效地吸收炉内辐射热，所以炉膛出口处火焰及烟气温度极大地降低，从根本上降低炉膛出口处受热面上结焦的可能性。

2、控制机组负荷

锅炉负荷的增加是通过增大炉内的燃料量和受热面的净热流来实现，燃料量增大可以提高炉内整体温度，这意味着受热面壁温的提高，炉内结焦的可能性增加。对于发现结焦剧增的锅炉，应通过减负荷来降低炉内温度水平，使结焦脱落。

利用昼夜间锅炉负荷的波动，可使炉膛水冷壁及分隔屏上的松散型渣在炉膛温度降低时冷缩掉落，从而避免出现结焦的堆积硬化。

如果在连续高负荷运行24h后能有6h的低负荷运行，则可能不会出现严重的结焦。所以，合理控制锅炉负荷，利用负荷波动来防止炉内严重结焦，也是可以控制结焦的措施之一。建议锅炉BMCR负荷下的连续运行時间控制在24h之内。

减负荷运行，降低炉膛温度虽然是控制结焦有效的方法，但是受制于电网负荷需求限制，而且会使发电量减少，因此仅能作为特殊情况下的应急措施使用。

3、控制煤粉细度

煤粉细度对炉膛结焦有不同的影响。煤粉太粗，粗重颗粒容易从气流中分离出来与壁面发生碰撞，且不易得到充分冷却，不仅不利于着火和煤粒的燃烬，而且易造成炉膛上部和过热器部位结焦。煤粉太细，着火速度快，不仅会增加制粉电耗，而且会增加燃烧器区域结焦的可能性，尤其在燃用挥发份高的煤种时，更容易出现结焦现象。因此，要控制好煤粉细度，保证煤粉细度的均匀性，合理的煤粉细度应通过试验确定。中速磨出口煤粉细度的设计值R90/R200为18.3/0.6，通过对磨煤机磨辊与磨盘间隙和旋转分离器调整试验，并在同负荷同煤种下比较结焦现象，我们暂将煤粉细度控制在16.3/0.6的水平，更为合理的煤粉细度须通过大量数据进一步分析摸索。

4、适当降低磨煤机出口温度

中速碗磨或者钢球磨都是通过热风送粉，通过热风对煤的干燥，煤粉的碾制过程中更易于研磨，同时预热煤粉。通过降低磨煤机出口温度可以推迟其入炉后的着火点，增加其在炉内的吸热量，降低炉内热负荷，对缓解结焦有积极作用。因此，我厂根据煤的挥发份，将磨煤机出口温度降低至设计工况允许范围内的最低值65℃。

六、结束语

通过采取上述几个方面的运行防范措施，结焦现象取得了明显控制，对机组安全运行及节能降耗产生积极作用。

参考文献：

[1]容銮恩等主编.锅炉原理.中国电力出版社，1997.

[2]付华，电站锅炉结焦特性分析及防止结焦的措施[J].电站系统工程，2001，17（1）：33-35.

[3]刘建华托克托电厂一号炉燃烧调整试验方案华北电力科学研究院锅炉所，2004.