火电厂锅炉结焦的原因与预防措施研究

易鼎强

（国能（泉州）热电有限公司，泉州 362804）

火电厂利用可燃物燃烧获取热能，然后将热能转化为机械能，再将机械能转化为电能，最终将电能输送出去供广大居民使用。在电力企业发展过程中，确保发电厂的发电稳定性与安全性十分重要。火电厂发电的主要设备是锅炉，但是锅炉在长期使用过程中容易出现受热面结焦的问题，进而影响火电厂的发电效率。为了提高火电厂发电效率，有必要研究火电厂锅炉结焦的具体原因及其危害，并在此基础上探索火电厂锅炉结焦的预防策略。

1 火电厂锅炉结焦的原因分析

1.1 燃烧所用的煤质差

目前，我国火力发电厂的主要燃料为煤，而煤质差是导致锅炉结焦问题的关键因素。火电厂锅炉运作过程中，煤的软化温度、融化温度等指标都会受到煤质影响。如果煤的质量较差，其灰分熔融特性的变形温度可能出现问题，导致锅炉结焦的程度因煤质的不同而有所差异。尤其是富含碱性氧化物的煤，其热稳定性较差，主要是由于熔点较低，更可能引发锅炉的结焦问题。如果煤的组成成分中氧化铝、氧化硅占比大，则较少引发锅炉的结焦问题。当前，许多发电厂在采购锅炉燃料时，常常为了降低成本选择品质差的煤，很可能会造成锅炉结焦。

1.2 炉膛温度异常

在锅炉运行过程中，如果缺乏有效的炉腔温度管理，也会导致锅炉结焦。煤燃烧过程中，炉膛的温度较高，飞灰受高温影响可能呈软化或熔融状态，固体颗粒附着于飞灰表面，极易造成锅炉结焦问题。需注意，锅炉是否结焦与锅炉内氧气含量是否充足有较大关联。当锅炉内含氧量处于较低水平时，部分燃烧区域可能会形成还原性气氛，导致炉内的灰熔点降低而结焦[1]。同时，炉内氧气过少意味着锅炉送风量不足，会导致炉膛的局部温度升高，进而出现结焦问题。

1.3 吹灰不及时与高负荷运行

吹灰不及时、长期高负荷运行是锅炉结焦的原因之一。火电厂的锅炉运行时，受热面上的积灰和结渣是常见问题。积灰和结渣会降低锅炉的传热效率，影响锅炉的安全稳定运行[2]。如果吹灰不及时，会导致受热面的热阻增加，传热效率下降，进而出现锅炉结焦。当锅炉长期处于高负荷运行状态时，炉膛内的温度和压力会相应升高，灰熔点也会降低，导致受热面材料的腐蚀和磨损，更容易形成结焦和积灰问题。

2 火电厂锅炉结焦的预防措施

2.1 严格控制燃煤质量

燃煤是火电厂的主要燃料，其质量直接影响锅炉的运行和结焦的可能性。为预防锅炉结焦，需要从燃煤的采购和管理入手，严格控制其质量和成分。

在燃煤采购方面，应根据锅炉设计煤种的主要特性（灰分、灰熔点、水分、挥发分），组织燃料采购。灰分、灰熔点和水分是影响燃煤结渣性能的重要因素[3]。其中：灰分含量过高会导致火焰中心温度升高，促进结渣；灰熔点低容易形成液态渣，液态渣黏附在受热面上形成结渣；水分含量高则会导致烟气中水蒸气含量增加，加剧受热面的腐蚀和结渣。因此，在采购燃煤时，应尽量选购与锅炉设计煤种相近的煤种，以确保其灰分、灰熔点和水分含量等符合要求。若无法满足，应尽可能选用成分比较稳定、含灰量和含水量少的煤种，以降低结焦的可能性。

2.2 严格控制锅炉温度

针对锅炉炉膛温度异常导致的结焦问题，火电厂可以采取一系列措施来控制炉内温度。例如，实施24 h 监控，根据不同的结焦情况及时调节锅炉内部的温差，以控制煤灰的堆积量，避免产生焦状物质。此外，相关人员需要定期检查每个粉管的出料量，以确保其处于正常范围，避免粉量过大而产生还原性气氛，进而导致燃烧器喷口的结焦。在调整锅炉的热态燃烧时，需要坚持合理性原则，合理组织燃烧工况，确保每一个燃烧器配风均衡，风率、风速与风煤配比合理，有效控制锅炉温度。通过精细的设计，确保最佳的过量空气系数，从而使煤粉充分燃烧，避免在炉壁附近出现还原性气氛。

2.3 合理掺烧

合理掺烧是通过科学搭配不同煤种，调整入炉煤配比和上煤方式，实现充分燃烧并防止结焦的目标。实践中，应根据入场煤化验数据掌握各种煤的主要特性，再针对性进行掺烧和调整。例如，根据不同煤种的灰分、灰熔点、水分以及挥发分等特性，选择适合锅炉燃烧要求的煤种进行掺烧。另外，煤的粒度大小会影响其燃烧和结渣性能。一般来说，煤的粒度越小，燃烧越充分，更容易形成积灰和结渣，因此需要根据锅炉设计和实际运行情况选择合适的煤粒度[4]。煤的水分含量过高会导致不易燃烧，还会加剧受热面的腐蚀和结渣，因此在掺烧过程中应尽量选择干燥的煤种进行掺烧。

2.4 合理调整燃烧工况

调整燃烧工况是锅炉运行的重要保障，能够有效预防锅炉结焦，需要调整的具体内容包括5 个部分。第一，调节三次风。三次风是是制粉系统排出的干燥风，其作用是提供燃料燃烧所需的空气。在运行中，应根据实际情况合理调节三次风的风量，使火焰不贴壁，避免在下炉膛形成扩散燃烧。第二，调节二次风。二次风是从空气预热器后、燃料燃烧器前进入炉膛的空气。调节二次风的风量，可以提供充足的氧量，保证煤粉的充分燃烧，有助于控制火焰的形状和长度。调节二次风的风量时应注意风速不能过高，以防吹散煤粉。第三，调节一次风。一次风是携带煤粉进入燃烧器的空气，风量和风速的调节需要注意火焰长度合适，保证煤粉在炉膛内得到充分燃烧。同时，根据挥发分的情况控制磨煤机出口温度不超过60 ℃，防止烧坏喷燃器和附近结焦。第四，调节吸风机。吸风机的作用是吸入空气，使炉膛保持负压，保证空气和燃料充分混合和燃烧。通过调节吸风机的风量，可以保持炉膛负压在-70 Pa 左右，从而控制炉内空气和燃料混合的比例，达到充分燃烧的目的[5]。第五，控制氧量。在锅炉运行中，需要控制炉膛内氧气的质量分数为4%～6%。同时，密切关注煤质情况和负荷变化，及时调整燃烧工况。缺氧燃烧会导致燃料燃烧不完全，产生一氧化碳等有害气体。氧量过高会导致炉膛温度过高，引起结渣和腐蚀等问题。

3 火电厂锅炉严重结焦解决案例分析

某火电厂一期工程安装1 台2×350 MW 热电联产机组，并配装2 台超临界直流锅炉，属于单炉膛、一回路中间重新加热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构的Π 型锅炉。设计煤种为70%华亭烟煤和30%郑州贫煤的混煤，锅炉为前后墙（前墙3层、后墙2 层）对冲燃烧，正压直吹式制粉系统。

3.1 锅炉的结焦情况

由于煤炭资源市场的冲击，电厂对烟煤和贫煤的掺烧进行了不断摸索。特别是超低排放改造结束后，燃煤灰分和硫分都有了进一步提高。2022 年2 月7 日，1#锅炉运行时，A 磨煤机使用80%华亭烟煤和20%贫瘦煤混合燃烧，混煤化验灰熔点为1 304 ℃。B 磨煤机和D 磨煤机使用70%陶勒盖烟煤和30%贫瘦煤混合燃烧，混煤化验灰熔点为1 294 ℃。C 磨煤机使用70%华亭烟煤和30%贫瘦煤混合燃烧，混煤化验灰的熔点为1 326 ℃。E 磨煤机使用60%陶勒盖烟煤和40%贫瘦煤混合燃烧，混煤化验灰的熔点为1 321 ℃。研究发现，锅炉渣井存在熔融状态的焦流，渣井冷却凝固时质地变硬，持续运行到2 月28 日时焦块积存，落渣口被堵，造成强制停炉治理。

3.2 结焦原因分析

燃用煤质与设计偏差大，配煤成分比较复杂，导致混煤时灰熔点较低。对煤质指标的分析表明，燃用煤种较多，配煤以下层燃烧器烧烟煤为主，中、上层掺贫煤为辅。燃用烟煤方面，陶勒盖等烟煤灰熔点低于1 250 ℃，属于易结焦煤。多种煤种混合燃烧时，混煤灰熔点并不是各煤种熔点的算术或加权平均值，而是会产生复杂的变化。此外，使用的各种煤中硫含量均在2.00%以上，高达3.42%，属于高硫分煤。煤中硫含量高将进一步降低混煤灰熔点，增加结焦。燃煤灰分大会加重灰渣产生，设计煤种灰分为17.67%，但实际入炉煤煤质灰分多在20.00%以上，提高了灰渣产量。

另外，掺烧比例不够稳定会导致结焦。在混烧各种煤时，料场混匀有实际困难，而锅炉又在同一条皮带分仓内分烧各种煤种，多种煤种上料配比控制不准确，导致原煤仓实际仓煤种和计算掺烧配比失准。锅炉配煤中，掺烧配比不断摸索和调整使得燃烧更加复杂，锅炉结焦加重。

3.3 解决措施

第一，采取替换合理的配煤掺烧、提高燃煤灰熔点、调整各层燃烧器的配煤方式等措施。A ～E 磨煤机替换原煤种，提高灰熔点。A 层燃烧器（主力燃烧器）换成灰熔点较高的烟煤，B、D、E 调节负荷层燃烧器，在增加混煤后灰熔点的情况下燃用同一种煤。

第二，尽量减小燃煤灰分。在混煤过程中最大限度降低灰分高的煤种比例，确实无法避免的情况下，采取加大底层二次风量的操作模式，以确保整个燃烧区域的稳定性，降低灰渣在渣井中直接下落的概率。

第三，控制配煤掺烧稳定比例。在没有寻找到最佳配煤比例的情况下，每种混煤方式都要平稳运行一定时间，并对各区管道壁温、锅炉结焦等进行细致追踪，以确定观测到配煤掺烧的影响，直到摸索出能满足该锅炉使用要求的配煤比例。

第四，锅炉结焦前期，各层燃烧器的倒换操作干扰了燃烧和脱焦。锅炉在运行过程中，一般C 层燃烧器处于备用状态，在检测到结焦现象的前提下，针对前后墙部分结焦的初始阶段，采用灵活倒换不同层燃烧器的运行模式，实现主燃烧区和温度场的偏移，并扰动脱焦。

第五，定期优化调整燃烧。定期开展燃烧器维护检修和风门挡板检修校准工作，并在此基础上邀请研究院的技术人员开展锅炉燃烧调整实验，依据实验情况，得出结论并提出建议，制定合理的燃烧调整配风标准以保证锅炉燃烧平稳、主燃烧器不发生偏移、配风合理。

4 结语

由当前研究成果和实践案例可以看出，深入探讨火电厂锅炉结焦的原因及相关预防与控制技术对于保障火电厂稳定运行至关重要。对此，火电厂应从全局角度出发，从以往案例中汲取经验教训，制定出可靠的预防与控制方案，以便在未来的发电过程中减少锅炉结焦带来的损失，从而提高整个火电厂的运营管理水平。