锅炉结焦原因分析、打焦措施及方法

2015-12-01李军安王强徐立力周菲凡

中国科技纵横 2015年9期

关键词：结焦水冷壁燃烧器

李军安王强徐立力周菲凡

(广西柳州发电有限责任公司,广西柳州 545002)

锅炉结焦原因分析、打焦措施及方法

李军安王强徐立力周菲凡

(广西柳州发电有限责任公司,广西柳州 545002)

锅炉结焦是电站锅炉经常遇到的问题,它的发生发展对锅炉安全运行带来很大危害,结焦会破坏正常燃烧工况,引起掉焦灭火事故、降低锅炉出力、破坏正常水循环、造成爆管事故、严重时还会使炉膛排渣口堵塞而被迫停炉。广西柳州发电有限责任公司锅炉曾出现过严重结焦的现象,结焦部位主要分布在与燃烧器同高度的水冷壁区域和“V”形冷灰斗的水冷壁部位。由于发现及时,采取措施得当,经过一个多星期的连续排班打焦,将积存的焦渣全部打下,避免了一次机组非计划停运事故的发生,保障了机组的安全运行。

锅炉结焦危害打焦保障安全

1　前言

广西柳州发电有限责任公司锅炉为武汉锅炉厂生产的WGZ670／13.7—3型，超高压、一次中间再热、自然循环、单汽包、固态排渣煤粉炉，配套220MW汽轮发电机组。炉膛宽度11920 mm、深度均为10800 mm，锅炉采用直流式煤粉燃烧器，四角呈单切圆布置，切圆直径Ф600mm逆时针旋转，A层一次风为微油节能点火燃烧器; B、C、D层一次风为带波形扩流锥的水平浓淡燃烧器。锅炉配两套低速钢球磨煤机的中间储仓式热风送粉制粉系统，制粉系统乏气作为三次风送入炉膛燃烧。

2004年开始我公司锅炉改烧无烟煤，煤质主要特性见表1。

2　锅炉结焦的危害

锅炉结焦是燃煤电厂运行中常见的一种现象，结焦的发生对机组运行的安全性和经济性产生不同程度的影响。

从安全性角度分析，水冷壁处结焦对自然循环锅炉的水循环安全性造成不利的影响，严重时有可能造成水冷壁管爆漏;炉膛“V”形冷灰斗的水冷壁结焦会影响锅炉排渣功能，严重时使排渣口堵塞而被迫停炉打焦，这无疑增加了机组非计划停机的事故隐患;炉膛上部结焦掉大焦可能砸坏水冷壁造成爆管事故，影响燃烧的稳定性造成锅炉灭火事故;若燃烧器喷口结焦，会影响气流的正常喷射，破坏炉内的空气动力工况，直流燃烧器顶部结焦掉焦会破坏煤粉气流着火引发锅炉灭火事故。

从经济性角度分析，水冷壁、过热器受热面结焦导致炉膛出口烟温、排烟温度升高，降低锅炉效率;过热器处结焦，使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升，锅炉通风不足、蒸发量不足等，都有可能会限制锅炉出力，使机组被迫降负荷运行。

3　锅炉结焦原因分析

3.1结焦的机理

锅炉结焦是个复杂的过程，它涉及到煤质特性、煤的燃烧、传热、灰粒运动等过程。而在我们煤粉锅炉的炉膛中，熔融或软化状态的灰粘结在受热面上形成了积灰，由于灰的导热性差，使积灰的外表面温度升高，且积灰使管壁面粗糙度增大，使软化状态的灰更容易粘附，灰渣外表面的温度越来越高，就会形成越来越厚的焦渣。结焦的原因主要有几个方面，一是炉膛温度过高，二是灰熔点过低，三是燃烧调整不及时。

3.2造成我公司锅炉严重结焦的原因

3.2.1灰熔点过低是结焦的主要原因

煤炭在我国能源产业中占据基础地位，近70%的能源需求依赖于煤炭，近年来，发电用煤需求量更是迅猛增长，供需矛盾日益突出，动力煤形成了卖方市场格局已是不争的事实，包括我公司在内的锅炉机组在燃料的采购选择方面没有太多的回旋余地，选择性也相当有限，基本上是来什么煤就烧什么煤。

我公司#1锅炉发生结焦后，我们联合燃料采购部门、燃料储运部门和发电运行部门核实来煤的主要方向，一些单一方向的煤种在没有经过充分的混煤配煤就集中送入锅炉燃烧，经取样化验分析这部分燃煤灰熔融特性温度是: ST≈1066∽1120℃，这个温度远低于炉膛水冷壁附近区域烟气温度，因此结焦是必然结果。可见，灰熔点过低是结焦的关键，灰的熔点与灰的化学成分以及各成分含量比例有直接关系，灰熔点越低，锅炉受热面越容易结焦。另外煤中含硫量的增高，也会促使灰熔点降低，导致锅炉结渣或加重结焦的恶化程度。

3.2.2锅炉机组长时间处于高负荷、高炉温状态运行

随着国内经济形势的好转，广西区内用电需求也有了明显增长，而广西水电企业由于气候原因水量严重偏少使得发电负荷骤减，那么用电负荷的增长就压在了火电企业身上，我公司220MW机组平均负荷也呈现出急剧增长的态势如图(1)因此在运行方面就形成了锅炉炉膛长时间处于高负荷高炉温状态下运行(炉膛中心温度达1633℃)，这是造成锅炉结焦的一方面原因。

图1　

表1　

3.2.3卫燃带敷设问题

由于我公司220MW机组所燃用的是较难着火和燃烧的无烟煤，为了稳燃，在炉膛燃烧器区域的水冷壁敷设了大约80m2卫燃带，使得燃烧区域炉膛热负荷偏高，炉膛温度高，熔融的飞灰极易粘附在耐火泥上形成结焦。若燃烧器安装角度有偏斜或燃烧器经长期运行后存在烧坏等缺陷，使煤粉气流发生偏斜擦墙，往往会导致锅炉严重结焦。当卫燃带结焦厚度达到一定程度后就象岩浆状往下流，积存在炉膛“V”形冷灰斗的水冷壁上。

3.2.4结焦与燃烧调整有关

由于我公司锅炉改烧无烟煤，近年来灭火事故频发，为了控制锅炉灭火事故的发生，在燃烧用风方面采取了相对保守的策略，正常运行时控制较小的总风量，使烟气含氧量保持在2%～3%左右，燃料在炉膛燃烧过程中有可能出现局部缺氧的现象，烟气中有CO、H2等还原性气体存在，这些还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO，据资料分析这两种物质的熔化温度相差200～300℃，也就是说经还原反应后灰熔点降低约200℃，这无疑加速了结焦的过程。

四角切圆燃烧锅炉在正常运行中炉膛中心温度应该最高，如果四个角风量分配不均匀，四个角燃烧器给粉量不均匀，将会引起炉膛火焰中心偏移，使最高火焰层偏移靠近水冷壁炉墙，这样，高温熔融状态的灰粒就得不到足够的冷却而很快的粘到水冷壁上去形成焦。从我公司#1锅炉结焦部位分析，显然是炉膛B侧风量偏弱造成火焰中心偏移使#3、#4角的部位首先结焦。在我们的四角切圆燃烧锅炉中，二次风风量大、风速高，在组织炉内旋转气流方面起着主要动力矩的作用，二次风配风的优劣直接决定了燃烧状况的好坏。而造成锅炉配风不均衡的原因主要是二次风采用四角大风箱的配风设计不够合理，由于风箱和燃烧器之间的距离短，在布置分风门挡板和风速测点存在较大的冲突，因此造成风速测量误差很大，风门挡板的调节特性不理想，运行人员只能通过DCS风速显示、挡板开度、炉膛出口烟温和观察炉膛火焰情况等几个方面来综合进行配风调节，如果忽视某个环节极有可能造成炉膛火焰中心偏移的现象发生。

另外一次风压低风速小，煤粉过细，着火早等都有可能造成燃烧器部位结焦。因为本锅炉改烧无烟煤后，设计的一次风量为20%总风量，一次风速控制在25～30m/s之间，运行中当煤质变化时没有及时进行配风调整有可能造成一次风偏离刷墙，从而使燃烧器背火侧的炉墙结焦。

4　打焦方法

4.1根据结焦成因和结焦部位采取如下运行调整措施

首先分析结焦前、后入炉煤种的变化，主要是灰熔点指标的变化情况，协调燃料部、燃灰分场摸清是什么方向的来煤造成锅炉严重结焦，立即采取措施停止该煤种进入锅炉燃烧，选择灰熔点较高的煤种或采取混煤配煤措施上煤。

适当降低锅炉负荷，因结焦部位处于炉膛下部区域，所以降低负荷是以停运A层一次风为调整目标，目的是降低炉膛下部温度，防止结焦的进一步扩大。并适当增加B、C、D层一次风给粉转速，尽可能保证锅炉出力满足机组负荷需要，避免大幅度降负荷造成对电网、用户限电。

针对炉膛燃烧火焰中心出现整体偏斜向B侧(炉膛左侧)的现象，在燃烧配风方式上采取加大B侧#3、#4角的二次风速风量，将火焰稍压向A侧保持火焰中心不偏斜，减小高温气流刷墙的可能，从而减缓炉墙结焦。

提高锅炉总风量，保持烟气含氧量平均不低于4%，减小炉膛内还原性气体产生，特别要提高中下部的二次风速风量，适当抬高火焰中心，目的是减弱燃烧器区域(即卫燃带区域)的烟气温度。

适当提高煤粉细度，由R75≈10%提高到14%左右，适当降低一次风温，提高一次风速，这样避免了煤粉气流着火过早，减缓火嘴部位结焦。

4.2我公司＃1锅炉打焦除渣方法

在采取以上运行调整措施的基础上，结焦发展的势头基本得到了控制，与此同时在公司领导的指挥、协调下，组织了检修、运行、燃灰、供水、工业编组站等部门以及青年突击队人员等投入了打焦的奋战，不分昼夜24小时排班打焦。

首先要根据结焦部位寻找打焦口，除了10米层原设计安装的看火孔和人孔外，还找到5米层排渣口左右两侧还设计有水冷壁让管

图2　

图3　

图4　

············缺口，从冷灰斗下部对结焦情况进行观察和打焦。

其次要寻找打焦的方法，前期由检修人员用高温耐热钢管制作了长短不等的打焦工具，完全依靠人力捅焦的方法效果不明显，打焦进度很慢。经查找相关资料发现，在大型电厂锅炉中利用水力吹灰器除焦这项技术已经广泛应用，它的工作原理是利用布置在锅炉水冷壁四周的水力吹灰器，使高压水枪(压力约2.5MPa)的冷水流冲击到炉墙的焦块上，产生很大的温度应力，使积附在炉墙上的焦渣产生龟裂，同时水流渗透到焦渣的裂缝中迅速受热蒸发，由于汽化速度很快，相当于一个微型爆炸，从而使附着在水冷壁的焦块松动脱落。

接下来我们借鉴了这项技术应用在我们的打焦方法上，制作了一根6米长的高压消防水喷管，利用高压消防水(0.95MPa)在喷头形成高速水流喷射到炙热的焦块上产生温度应力龟裂，每喷射2～3分钟后组织人力用打焦棍捅焦，在间断地采用喷水、人力打焦方法的基础上，打焦工作取得重大突破，前墙冷灰斗水冷壁上的一块大焦在受到喷水时交替温度应力、人工捅焦机械冲击力和焦块自重力的共同作用下开始垮塌(如图2);我们又如法炮制又将另一块大焦打下(如图3)。

此时我们面临着一个重大问题，由于炉膛喷水打焦形成大量的水蒸汽，在流经锅炉尾部烟道后温度逐渐降低引起飞灰粘结，并沉积在管式空气预热器的管壁上造成堵塞，导致空预器阻力异常增大，机组带满负荷运行时引风机出力呈现不足。为此公司领导果断做出决定停止采用喷水打焦方法，否则即使把焦打下而机组出力受到长期降负荷限制，对公司来说这也是一项重大损失。

因此，对于侧墙上最后一块大焦的清理我们只有另辟他径。经过分析我们发现这块焦渣在前后炉墙上已经连成一片，象楔子一样形成搭桥状卡在“V”形冷灰斗水冷壁上，唯一的办法只有先将焦块从中部把它打断(如图4)，让两侧的焦渣在没有支撑的情况下把它清理干净。我们着手打开10米层的观察孔从上部人工打焦挖出一个缺口，同时找来风镐并制作了加长的打焦杆从5米层的水冷壁让管口对焦块进行振打清理，又经过几个昼夜的连续奋战，最后一块焦渣在机组频繁调峰升降负荷(150MW～220MW)焦块受到变负荷温度应力，机械振打力和自重力的作用下全部垮塌。至此，我公司＃1锅炉打焦工作宣告胜利结束，顺利完成保电保安全的艰巨任务。