燃用烟煤水冷壁结焦的优化调整

阮振

摘 要：胜利发电厂二期#4机组所使用的锅炉，运行中炉内始终存在着一定的结焦问题，严重时甚至发生引起渣镜的损坏，给锅炉的安全和经济运行带来了极大隐患，同时进行人工除焦过程中也容易造成人员伤害。本文通过对#4炉水冷壁结焦原因的具体分析，详细论述了水冷壁结焦异常的原因并做出相应的实验调整，这对于同类型锅炉结焦治理具有重要的指导意义。

关键词：锅炉；水冷壁；结焦；侧边风

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.056

胜利发电厂二期#4机组使用的锅炉是上海锅炉厂生产的SG-1025/17.4-M851亚临界中间一次再热自然循环汽包炉，采用的是平衡通风，正压直吹四角切圆燃烧，共4层，分别对应A、B、C、D4台磨煤机，燃烧器四周配有周界风，在AB、CD层设置有两层机械雾化大油枪，每台炉选用4台BBD3854型双进双出钢球磨煤机，每台磨煤机对应一层煤粉喷嘴，4台共4层，四层一次风喷嘴带BMCR。燃烧器四角布置，切向燃烧。多年运行中炉内始终存在着一定的结焦问题，严重时甚至发生引起渣镜的损坏，给锅炉的安全和经济运行带来了极大隐患，而且在进行人工除焦过程中也容易造成人员伤害，对运行人员的人身安全构成威胁。

1 结焦原理及危害

锅炉结焦是指灰渣在高温下熔化后黏附于水冷壁或是炉膛出口处的屏上的现象，正常运行的锅炉中，炉膛内火焰中心的温度达到1500-1700℃，在此温度下，煤灰粒子基本处于熔化状态，由于水冷壁的吸热，从火焰中心向外，至水冷壁，越接近水冷壁温度越低。正常工况下燃烧中心的灰粒在接近水冷壁或炉膛出口处时，已经固化，不会黏附在受热面上形成渣，但如果灰分碰到受热面时还保持着软化状态，则会受到冷却黏附在受热面上，形成结焦。

锅炉炉膛结焦对锅炉的运行安全、运行经济性都会产生很大的影响。水冷壁结焦，使水冷壁的传热热阻值增大，使水冷壁吸热不足，排烟温度升高，排烟热损失增大，锅炉效率降低。同时，由于结焦产生后使局部水冷壁吸热量减少，造成水循环流速下降，严重时会导致局部水循环破坏，进而导致水冷壁爆管。锅炉在大面积结焦时，若燃烧工况发生变化，大面积掉焦会造成燃烧不稳，严重时会造成正压或负压灭火，在高温烟气的作用下，黏附在水冷壁或屏式过热器上的焦渣与管壁发生一系列复杂的化学反应，形成高温腐蚀，腐蚀严重的易引起水冷壁爆管等事故的发生。

2 结焦的原因分析

一般情况下锅炉结焦的终端因素有锅炉负荷大幅度波动、一次风刚性不足、二次风量不合适、配风不合理、煤质因素、吹灰不及时。对此，我们进行如下确认：

（1）由负荷历史曲线可看出负荷大幅度波动是结焦最大的诱因。锅炉负荷的增加是依靠向炉膛内提供更多的燃料量和风量来实现的。当进入炉膛内的燃料量增加时，水冷壁的辐射受热面没有变化，但由于燃烧更加剧烈，炉膛的温度升高，炉膛内的火焰向水冷壁的辐射热增加。

锅炉的负荷越高，炉膛内的温度越高，锅炉在高负荷时期，部分区域的水冷壁温度过高，高于煤灰的熔化温度，致使煤灰黏附在水冷壁上形成焦块。但是由于二期#4机组属于山东省统调机组，负荷严格跟踪AGC调度曲线，冬季供暖期则要根据外网温度调整锅炉负荷，也不受运行人员控制，故不是受控因素，必须提出别的解决方案。

（2）二期#4炉的一次风采用水平浓淡风煤粉燃烧技术，高浓缩比、低阻力新一代煤粉浓缩技术，确保煤粉及时着火，加强燃尽效果，同时有效缓解气温偏差过大问题，A层燃烧器采用哈工大水平浓淡微油点火燃烧器，D层燃烧器采用水平浓淡燃烧器，加大侧边风宽度至100mm，但由于在低负荷情况下出现了一次风刚性不足的问题，尤其是燃用烟煤的粉管会导致着火距离变短，使火焰发生偏斜，对水冷壁造成冲刷，使喷燃器口造成大面积结焦。

烟煤挥发分含量高、着火速度快，挥发分着火后会对未挥发部分进行强烈加热，同时挥发分析出后煤粉会变得松散多孔，增加了燃料的吸热面积，加速了燃烧过程，较早的送入二次风可保证煤粉燃烧不缺氧使燃烧更完全、更充分，同时较早混入二次风会降低火焰温度，也可防止煤粉着火离喷燃器过近。

由于灰熔点的另一个重要特点是它的数值与所处的氧化还原氛围紧密相关，当煤灰处于还原性气氛中时，灰中的Fe2O3被还原为FeO，灰熔点降低，结渣性能增强，当煤灰处于氧化性氛围中时，灰分中的FeO被氧化为Fe2O3，灰熔点升高，相对不易于结渣。

3 具体实施对策

（1）提高磨煤机分离器压力。磨煤机风速低，分离器压力低，最直接导致的结果就是火焰刚性差，特别是对于燃用烟煤的A、B层喷嘴，着火距离短，火焰易发生偏斜，并且粉中带火，易使喷燃器附近产生焦块，也不利于燃烧的稳定性，严重时造成喷燃器口烧损。

#4机组小修后，严格控制A、B磨煤机的一次风速，通过提高一次风压，增大磨煤机热风门开度来控制一次风速在18-25m/s之间，经过调整，就地从观火孔检查4角火焰的着火距离明显改善，粉中带火现象消失。

（2）侧边风试验。侧边风是在各粉管喷口周圈补入二次风，有助于减少一次风粉气流的偏转贴墙，扩大燃烧器对煤种的适应范围，在燃用烟煤时可以起到推迟着火、拖住煤粉、遏制煤粉颗粒离析，以及迅速补充燃烧所需氧气的作用，营造出炉膛内局部氧化性氛围，使灰渣熔融的温度升高，同时，对应于炉墙温度降低后，结焦性能降低。

（3）优化二次风配风。受环保指标的影响，锅炉的上层低氮燃烧层风门开度一般较大，但中间部位磨煤机负荷往往最高，这就造成锅炉中间部位缺风运行，使其可能形成还原性氛围，造成锅炉结焦。

我们在机组负荷30万工况下进行了配风调整实验，同时调取了300MW负荷工况下的配风方式进行实验，并对该工况下的炉膛温度进行测量，随后观察到：将AB1、AB2、BC1、BC2层风门开大之后，AB层炉墙温度有明显降低趋势；随着锅炉炉墙温度的降低，降低了锅炉结焦发生条件中温度条件的影响，使炉墙温度降低到煤灰的灰熔点之下，有效减少了锅炉结焦的发生。

4 结束语

经过优化调整之后，锅炉掉焦造成的异常情况明显得到好转，锅炉燃烧稳定性增强，提升了锅炉的安全运行水平，減少了锅炉掉焦的次数，环境保护工作得到改善。

参考文献：

[1]张新才 董海恩 浅析电厂锅炉结焦原因及防治措施[J].电力学报，2011（01）：81-84.

[2]朱光明，王新等.300MW机组四角切圆锅炉结焦分析[J].华电技术，201133（07）：48-51.