王文忠

摘 要：鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象是最為普遍且影響電廠安全運(yùn)行的不利因素，媽灣電廠四臺(tái)4×330兩臺(tái)2×320MW機(jī)組相繼進(jìn)行了低Nox燃燒器改造，依據(jù)近兩年的運(yùn)行狀態(tài)，鍋爐結(jié)焦情況經(jīng)常發(fā)生，問題較為明顯。文章對其發(fā)生的原因及危害進(jìn)行分析，探討一些針對性預(yù)防措施和解決辦法。

關(guān)鍵詞：結(jié)焦；原因；危害；措施

中圖分類號：TK224.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0104-03

2017年3月21日#2爐嚴(yán)重結(jié)焦，造成減溫水量明顯增加，在減溫水全部投入的情況下仍無法維持主汽及再熱蒸汽溫度。因鍋爐結(jié)焦，干渣機(jī)一級鋼帶黏連嚴(yán)重，卡澀跳閘，被迫降負(fù)荷運(yùn)行。停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，冷灰斗、水冷壁、燃燒器附近結(jié)焦非常嚴(yán)重，清焦量約達(dá)400立方。鍋爐結(jié)焦不但影響鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時(shí)嚴(yán)重威脅鍋爐運(yùn)作和人身安全。

1 鍋爐結(jié)焦原因分析

鍋爐燃燒過程是將燃料化學(xué)能換成熱能的過程。正在運(yùn)行的鍋爐，火焰溫度高，特別是中心部分的溫度能夠達(dá)到1400℃-1600℃。在高溫條件下，經(jīng)過燃燒產(chǎn)生的灰粒大多會(huì)以融化狀態(tài)出現(xiàn)。一般情況下，爐內(nèi)水冷壁有吸熱作用，煙氣溫度因此逐步下降，融化狀態(tài)的灰粒在煙氣接近水冷壁時(shí)，凝固附著其上形成灰層，此層疏松易脫落，稱為積灰。如若調(diào)整不當(dāng)或配風(fēng)不太合理，造成火焰中心偏斜沖刷水冷壁、燃燒器附近火焰卷吸、水冷壁及燃燒器附近還原氣氛增強(qiáng)及熱負(fù)荷過高等因素，導(dǎo)致熔融灰粒不能凝固，碰到水冷壁或燃燒器就會(huì)結(jié)焦，當(dāng)結(jié)焦形成時(shí)，水冷壁吸熱減少、燃燒器冷卻降低，使得水冷壁及燃燒器附近溫度升高加劇，結(jié)焦?fàn)顩r加重。

結(jié)合對媽灣電廠2#機(jī)組及其他機(jī)組結(jié)焦情況，經(jīng)過較長時(shí)間的觀察、對比，分析認(rèn)為結(jié)焦原因有以下幾個(gè)方面。

1.1 煤質(zhì)因素

煤粉燃燒后是否在水冷壁、燃燒器或鍋爐管屏上發(fā)生附著，并形成結(jié)焦，灰熔點(diǎn)是相關(guān)考量因素?；胰埸c(diǎn)的溫度值內(nèi)容根據(jù)灰分產(chǎn)生的狀態(tài)分別有：變形、軟化以及熔化對應(yīng)的溫度DT，ST和FT。其中軟化溫度ST與結(jié)焦現(xiàn)象關(guān)系密切，作為煤質(zhì)的主要參考指標(biāo)。媽灣燃燒煤種以神混1及少部分印尼高熱質(zhì)煤為主，各臺(tái)機(jī)組煤質(zhì)資料見表1。

灰渣軟化溫度ST的影響因素眾多，不僅灰分的融溶特性與之相關(guān)，灰分密度、組分、發(fā)熱值、灰渣流變特性以及灰的粘度均對其有影響。一般而言，軟化溫度ST≥1350℃的話結(jié)焦不會(huì)發(fā)生。從上表可以看出，媽灣電廠燃用煤種屬低位發(fā)熱量較高、灰熔點(diǎn)軟化溫度ST較低的煤種，屬易結(jié)焦煤。

1.2 爐膛結(jié)構(gòu)因素

媽灣6臺(tái)機(jī)組全部完成超低排放改造，其中低Nox燃燒器改造、干渣機(jī)改造、點(diǎn)火系統(tǒng)改造，爐膛容積熱強(qiáng)度、斷面熱強(qiáng)度、燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度、火焰中心及切圓直徑也有相應(yīng)變化（見圖1）。鍋爐本身結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)條件的一部分，無法減弱。

爐膛容積熱強(qiáng)度的增大會(huì)帶來爐內(nèi)溫度升高，結(jié)焦因此也較為容易的發(fā)生在燃燒器附近水冷壁上。若斷面熱強(qiáng)度過高，釋放的熱量由于缺少足夠水冷壁吸收，致使燃燒器區(qū)域溫度過高，也易引起燃燒器附近水冷和燃燒器噴嘴發(fā)生結(jié)焦。燃燒器區(qū)域（見圖2）壁面熱強(qiáng)度越大，火焰則越集中，燃燒器區(qū)域的溫度因之也越高，雖有利于著火和穩(wěn)燃，但過高也意味著燃燒器區(qū)域釋放的能量過度集中，一旦水冷壁吸熱不足，燃燒器區(qū)域水冷壁及燃燒器噴嘴附近結(jié)焦也較易出現(xiàn)。

爐膛實(shí)際切圓直徑是四角切圓燃燒的最重要參數(shù)，它對爐內(nèi)結(jié)焦、穩(wěn)燃、爐膛出口煙溫偏差，都有重要影響。

1.3 燃燒工況因素

（1）煤粉細(xì)度。煤粉的粗細(xì)程度直接影響結(jié)焦情況的程度，過粗或者過細(xì)均會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦的產(chǎn)生。如若過粗，在慣性作用下火焰被拖長，對于受熱面的沖刷較為直接，由于燃燒的粗煤粉較煙溫溫度高，熔化程度也比較大，在直接沖刷受熱面后極易發(fā)生結(jié)焦；但是過細(xì)的情況下，耗電則增加，制粉出力波及；另外煙溫的升高也會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）一次風(fēng)速。風(fēng)速的提高推遲了煤粉的著火，著火的位置與燃燒器相間離，從而火焰中部高溫區(qū)移至中間，回避了噴口鄰近因?yàn)闇囟鹊牟顒e而產(chǎn)生結(jié)焦。風(fēng)速的提高也帶來了風(fēng)射流的剛性提升，降低了靜壓作用導(dǎo)致的偏轉(zhuǎn)。

（3）爐內(nèi)空氣動(dòng)力場。合理配置爐內(nèi)空氣動(dòng)力場是預(yù)防結(jié)焦的保障。燃燒中心溫度高達(dá)1400～1600度。當(dāng)灰渣撞擊爐壁時(shí)，若仍保持軟化或熔化狀態(tài)，較易形成結(jié)焦現(xiàn)象，尤其是針對存在衛(wèi)燃帶的爐膛內(nèi)壁，表面溫度既高且粗糙，給結(jié)焦?fàn)I造了有利環(huán)境，成為大片焦渣。所以必需維持燃燒中央適中，預(yù)防火焰中央貼邊偏斜。

（4）爐內(nèi)過量空氣系數(shù)a。隨著系數(shù)a升高，積灰結(jié)焦現(xiàn)象減弱，主要由于出口煙溫下降。過量空氣系數(shù)若過低，易造成缺氧，爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氛圍，F(xiàn)e2O3還原為FeO，灰熔點(diǎn)大大下降，結(jié)焦的可能性大大增加。

（5）爐內(nèi)還原性氣氛。由于煤灰熔點(diǎn)在還原性氣氛中較之氧化性氣氛中低，確?？諝馊剂匣旌媳壤己?，避免還原性氣氛的形成。在保證總空氣量的前提下，結(jié)焦情況也常常因?yàn)橐恍┮蛩夭豢苫乇?。例如：由于噴口煤粉配置不合理，引起局部的缺氧產(chǎn)生，熱負(fù)荷的分配也失衡。加之一、二次風(fēng)的位點(diǎn)，容量及速度的設(shè)置不盡合理時(shí)，在局部區(qū)域焦炭揮發(fā)分在缺氧狀態(tài)下會(huì)引發(fā)還原性氣體氛圍。如若還原性較強(qiáng)時(shí)，結(jié)焦如惡性循環(huán)一般更容易出現(xiàn)。

2 鍋爐結(jié)焦的危害

鍋爐的結(jié)焦最為本質(zhì)的影響和危害是由于結(jié)焦部分的結(jié)構(gòu)變化，爐內(nèi)燃燒工況加劇惡化，繼而導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性的下降，甚至造成較大的人身設(shè)備安全事故。

2.1 對經(jīng)濟(jì)性的危害

結(jié)焦現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，鍋爐結(jié)焦部位的吸熱量下降，爐膛出口溫度則提升，繼而過熱蒸汽溫度、再熱氣溫提升，致使過熱器及再熱器減溫水量增添，汽鍋著力降低；由于結(jié)焦形成后，焦塊溫度下調(diào)，焦塊內(nèi)的碳沒能夠充裕的燃燒，導(dǎo)致不充分燃燒虧損加重；由于結(jié)焦使?fàn)t膛出口溫度升高，造成排煙溫度提升，繼而加劇了排煙熱的損耗，下降了鍋爐效率；結(jié)焦會(huì)受熱面、燃燒器局部過熱，燃燒器卡死，造成設(shè)備使用壽縮短，增加運(yùn)行維護(hù)成本。endprint

2.2 對安全性的危害

鍋爐結(jié)焦在機(jī)械以及人身安全性上的危害十分明顯且后果嚴(yán)重。大體積塊狀的渣滓雖有撈渣機(jī)和碎渣機(jī)予以清理，但是機(jī)械的處理能力是存在一定限度的，如若灰渣的體積過大，尤其是結(jié)焦的發(fā)生，灰渣體積增大的可能性提高，其對撈渣機(jī)和碎渣機(jī)的運(yùn)行有一定程度的損耗，甚至是過載跳閘，受堵，繼而機(jī)器通過自我降負(fù)荷來保證運(yùn)行的進(jìn)行；大塊掉入撈渣機(jī)，瞬時(shí)大容量的水蒸氣會(huì)危害人身安全；不僅如此，灰渣體積增大必然帶來質(zhì)量的增大，在重力作用下可能砸壞冷灰斗水冷壁。加之機(jī)器本身的低負(fù)荷狀態(tài)，產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)，甚至熄火；水冷壁如若發(fā)生結(jié)焦，吸熱量則打折扣，循環(huán)流速隨之下降，甚至引起爆管危險(xiǎn)；完全結(jié)焦出現(xiàn)只能通過人工手段清理，此時(shí)必然停運(yùn)，對運(yùn)行帶來影響和損失；局部高溫形成，加劇結(jié)焦的出現(xiàn)，產(chǎn)生噴口堵死或者噴燃器燒壞的情況。

3 鍋爐結(jié)焦的防止措施

對于已經(jīng)交付使用，抑或是完成改造的鍋爐而言，許多物理性能指標(biāo)均已不可調(diào)改，諸如尺寸幾何、燃燒器構(gòu)造、受熱面的分級配置、爐膛熱負(fù)荷等等。即使經(jīng)過細(xì)致的設(shè)計(jì)和制造，相應(yīng)的參數(shù)選用適宜，構(gòu)造配置也極盡合理，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，也不可避免的存在諸多的影響條件，例如：氣流波動(dòng)，每次風(fēng)里煤粉濃度的差異，煤質(zhì)的變遷，配方差異均能作用于鍋爐的實(shí)際運(yùn)行，影響到結(jié)焦情況的發(fā)生。因此，即使鍋爐定型，后續(xù)的運(yùn)行過程調(diào)整對于結(jié)焦的防治就至關(guān)重要了。

3.1 嚴(yán)格燃料管理

在鍋爐實(shí)際燃燒中，煤種偏離預(yù)期設(shè)計(jì)十分普遍。為了保障鍋爐燃燒持續(xù)穩(wěn)定，防止結(jié)焦，必需從煤質(zhì)這一源頭加以把握，爐煤嚴(yán)格的特性檢測十分必要。依據(jù)具體燃煤特性設(shè)計(jì)，參照每一個(gè)鍋爐具體的配風(fēng)運(yùn)行方式，萬不可“一招鮮吃遍天下”。依據(jù)鍋爐用煤摻配要求，采取適宜的配煤方式，務(wù)必下降其結(jié)焦性和粘結(jié)性參數(shù)，確保入爐煤質(zhì)量。

3.2 優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整

（1）保證適當(dāng)?shù)囊淮物L(fēng)速度和一次風(fēng)調(diào)平

一次風(fēng)速的調(diào)整必需依據(jù)煤質(zhì)的相應(yīng)變化來實(shí)施。在進(jìn)行鍋爐冷態(tài)空氣動(dòng)力場試驗(yàn)時(shí)，須將一次風(fēng)調(diào)平并同時(shí)標(biāo)定一次風(fēng)速。熱態(tài)時(shí)依據(jù)一次風(fēng)速，通過一次風(fēng)可調(diào)縮孔對各一次風(fēng)進(jìn)行調(diào)平。熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平后固定一次風(fēng)可調(diào)縮孔。降低一次風(fēng)速度可降低一次風(fēng)射流的剛性，防止煤粉氣流沖擊對面爐墻以防止?fàn)t膛結(jié)渣，一次風(fēng)速過低，粉煤射流剛性差，將在燃燒器附近水冷壁及燃燒器噴口附近產(chǎn)生結(jié)焦。實(shí)際運(yùn)行中通過調(diào)整一次風(fēng)壓實(shí)現(xiàn)對一次風(fēng)速的調(diào)整。調(diào)整四角風(fēng)粉分配的均勻性，防止一次風(fēng)氣流直接沖刷壁面，必要時(shí)采取降負(fù)荷運(yùn)行。

（2）保證適當(dāng)?shù)呐滹L(fēng)方式

處在兩個(gè)一次風(fēng)氣流的居中位置，中部的二次風(fēng)如若動(dòng)量不大時(shí)，一次風(fēng)氣流對它產(chǎn)生的吸卷量不大，引起的負(fù)壓也比較有限。因而，來自于上角的主氣流產(chǎn)生的沖擊力也控制在一定的限度以內(nèi)，中部的一次風(fēng)氣流因而保持平穩(wěn)，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的偏轉(zhuǎn)引發(fā)結(jié)焦。在具體鍋爐的燃燒器中，二次風(fēng)在各層之間所采用的分配方式以縮腰型來配風(fēng)，上下兩層二次風(fēng)擋板開度較大，可為100%，中間二次風(fēng)則為30%-50%，在燃煤質(zhì)量較好的情況下可以上調(diào)10%-20%，此為縮腰型配風(fēng)。這樣的方式能夠促進(jìn)煤粉的著火，對于燃燒過程的穩(wěn)定度和經(jīng)濟(jì)性有所提升，結(jié)焦現(xiàn)象在這個(gè)過程中也得到了很大程度的改善。

（3）保證適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)

根據(jù)上文提到：在水冷壁附近如若出現(xiàn)還原性氣體氛圍，那么則會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的積灰和結(jié)焦。因此保證還原性氣體氛圍的削弱和不出現(xiàn)，即需要做到空氣和燃料的均勻良好混合，在此過程中適當(dāng)?shù)奶嵘^量空氣系數(shù)是行之有效的方法。有時(shí)，即使是爐內(nèi)總的空氣量較大，但是在一二次風(fēng)的方位，速度，容量的配置不盡合理時(shí)，在局部部分仍然會(huì)出現(xiàn)由于得到氧氣，熾熱焦炭和揮發(fā)物質(zhì)形成的還原性氣體氛圍。當(dāng)含氧量低至3%以下時(shí)，局部的缺氧會(huì)引起一氧化碳成分很快增加，加劇缺氧的氛圍。綜上所述：在運(yùn)行過程中提高過量空氣系數(shù)，均勻配風(fēng)，能預(yù)防局部負(fù)荷過重，預(yù)防區(qū)域性還原性氣體氛圍的產(chǎn)生，從而防治結(jié)焦。

（4）合理調(diào)整風(fēng)煤比

煤粉噴口處的煤和粉的比例對于后期是否出現(xiàn)結(jié)焦影響較大，分配比例不均勻的煤粉會(huì)造成爐膛的局部部分出現(xiàn)氧氣不足以及負(fù)荷不均勻的情況。由于助燃空氣不充足，爐膛結(jié)焦的情況不可避免。對于煤粉比例的調(diào)節(jié)有以下幾點(diǎn)可以注意：燃燒器在配風(fēng)過程中，做到四角風(fēng)量的調(diào)平，回避缺角的情況。當(dāng)出現(xiàn)配風(fēng)不均勻的情況時(shí)，即使燃燒器缺角運(yùn)作，爐內(nèi)的火焰中心必會(huì)發(fā)生偏斜。保證同層的燃燒器相同出力，則火焰中心自不會(huì)偏斜，爐膛內(nèi)的熱負(fù)荷不會(huì)下降，均勻分布；下層部分的給粉出力與上層部分相匹配，如若出現(xiàn)下層高于上層，爐膛出口的煙溫會(huì)下降；依據(jù)燃煤煤質(zhì)的不同調(diào)節(jié)適宜的熱風(fēng)溫度；使用的燃煤煤質(zhì)組分中揮發(fā)份比例較大時(shí)，適時(shí)打開冷一次風(fēng)門，下降一次風(fēng)溫，保證著火點(diǎn)不要太過接近。

（5）保證火焰中心位置

對于漏風(fēng)情況的發(fā)生應(yīng)予以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)排查，及時(shí)聯(lián)系處理。尤其應(yīng)該針對干渣機(jī)冷卻風(fēng)門、撈渣機(jī)爐底水封、爐膛入孔、爐膛看火孔等細(xì)節(jié)部分。

（6）嚴(yán)格吹灰操作

保持水冷壁還有受熱表面的干凈清潔，定期予以吹灰處理。尤其是在工況已經(jīng)出現(xiàn)反常，結(jié)焦情況較為嚴(yán)重的狀況下，吹灰的操作可予以頻率次數(shù)的增加，阻止結(jié)焦現(xiàn)象的繼續(xù)發(fā)展。在吹灰過程中，掉焦滅火對撈渣機(jī)會(huì)造成嚴(yán)重影響，因此需要回避。在吹灰時(shí)：維持爐膛負(fù)壓在一個(gè)較高的水平。如若出現(xiàn)掉焦，則會(huì)引起爐膛負(fù)壓急劇增高產(chǎn)生鍋爐MFT。掉大焦對干渣機(jī)的影響是會(huì)引發(fā)干渣機(jī)的卡死，繼而出現(xiàn)過負(fù)荷跳閘。

4 結(jié)束語

對于現(xiàn)階段的我國國情而言，能源結(jié)構(gòu)積重難返，改革和蛻變需要許多人和長時(shí)間的努力。也因此：燃煤電站鍋爐的應(yīng)用仍是普遍的，且不可或缺的主要能源來源方式。鍋爐結(jié)焦問題的解決也變得十分必要，需要重視。鍋爐結(jié)焦成因復(fù)雜，影響因素眾多且互相交叉，必須從各個(gè)因素入手加強(qiáng)運(yùn)維管理，尤其針對不同情況，對于燃燒過程的優(yōu)化調(diào)整，才能從根源上防治鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生，從而推動(dòng)電廠鍋爐產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)以穩(wěn)定和安全的方式正常運(yùn)行。

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