蒲江

摘要：指出了鍋爐結焦問題是鍋爐運行中的普遍的問題，以超臨界直流鍋爐為模型，從燃燒工況的改變、適燃煤質的變化、周圍介質成份的變化等幾方面系統(tǒng)地分析了鍋爐的結焦原理及危害，并依據(jù)分析結果提出了相應的措施，從而減輕鍋爐的結焦程度，甚至是避免結焦，提高機組運行的穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟性。

關鍵詞：超臨界直流鍋爐;結焦;受熱面

中圖分類號：TM621.2

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0218-04

1 引言

結焦是鍋爐運行中普遍存在的問題，根據(jù)結焦部位可以分為受熱面區(qū)域結焦、煙道走廊區(qū)域結焦、尾部煙道區(qū)域結焦、空預器區(qū)域積灰等[1～4]，水冷壁區(qū)域結焦會使爐膛出口煙氣溫度升高，使得過熱器、再熱器換熱增強，引起過熱、再熱汽溫升高，過熱、再熱蒸汽管壁溫度升高，甚至超過管壁溫度允許的限制，管材產生極大的熱應力，從而可能會導致汽水管路爆破，不得不使得鍋爐出力降低，嚴重時造成被迫停爐，甚至縮短鍋爐設備的使用壽命，同時隨著排煙損失增大，鍋爐效率相應的降低、過熱器、再熱器本身區(qū)域結焦，會使受熱面換熱效率效下降，過熱、再熱汽溫降低;在燃燒器噴口及其附近區(qū)域結焦，極易擋住油、煤火檢探頭，讓一個甚至多個火檢的開關量和模擬量消失，有可能導致鍋爐MFT保護誤動作（給煤機運行數(shù)量為N，當運行油、煤火檢數(shù)≤4N-1時，保護動作）;其它區(qū)域結焦使得通風阻力增加，引、送風機動葉開度隨之增加，風機電耗變大，經(jīng)濟性變差[5，6]。

結焦易行成大塊灰渣，使鋼帶、碎渣機運行困難，會在干除渣一、二級鋼帶爬坡段和碎渣機處堆積灰渣，會使干除渣系統(tǒng)下渣不暢，甚至堵塞下渣口，嚴重時會造成一、二級鋼帶過載跳閘，不得不降低機組負荷運行[7，8]。

若灰渣熔合行成大焦塊時，從受熱面（屏過、高過、頂棚、水冷壁）上部結渣處落下因重力作用會砸壞水冷壁管材，并且有可能在低負荷時會因掉下大焦塊引起爐內燃燒工況劇烈波動從而引起燃燒不穩(wěn)甚至造成鍋爐MFT（熄火）。

鍋爐結焦的危害是顯而易見，輕則影響鍋爐的效率和正常運行，重者危害鍋爐的使用壽命，運行中必須采取相應的措施，以減少和防止鍋爐的結焦情況的產生，以免因結焦造成十分嚴重的后果。本文就平頂山1000MW發(fā)電機組的結焦情況進行了分析，并給出相應的措施。

2 1000 MW鍋爐裝置

平頂山發(fā)電分公司是華中電網(wǎng)首臺百萬機組，是華中電網(wǎng)節(jié)點的重要支撐之一，鍋爐是超臨界參數(shù)、變壓直流爐、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天島式布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構、對沖燃燒方式，Ⅱ型鍋爐，鍋爐型式：DG3000/26.15—Ⅱ1。制粉系統(tǒng)為ZGM133N型中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺磨煤機，BMCR工況下5臺運行，一臺備用，并配備6臺與之相適的電子稱重式給煤機。風煙系統(tǒng)按平衡通風方式設計，空氣預熱器采用容克式三分倉空氣預熱器。風煙系統(tǒng)分為一次風、二次風和煙氣三部分。油槍是機械霧化式，鍋爐點火方式采用微油點火，由高能點火器點燃輕柴油，再點燃煤粉的二級點火系統(tǒng)，大油槍（A/B/D/E/F）的處理是650 kg/h，小油槍（C層微油）出力是80～120 kg/h。

設計煤種為平煤集網(wǎng)六礦煤，校核煤種為平煤集團一礦煤，均為中高灰、低硫、中發(fā)熱量、高揮發(fā)份煙煤（設計煤種足平頂山煙煤，校核煤種是平頂山煙煤），燃煤報表及工業(yè)分析如表1和表2所示。

采用的燃燒方式為前后墻對沖旋流燃燒，每臺鍋爐配6層燃燒器，前后墻各3層，每層各8只，共48只燃燒器，燃燒器布置如圖1所示。1000 MW鍋爐受熱面結焦如圖2所示。

3 引起鍋爐結焦的原因分析

（1）灰分的性質?；业闹饕煞质荢i02、Al2 03、Fe203、Ca0、Mg0、Na20、K20、Ti0，、S03、Mri02等，其成分分析見表3。鍋爐結焦的情況與燃燒產生的灰分性質關系極大，一般來說，兩者成反比例關系，灰分熔點越低，鍋爐的結焦可能性增加;反之灰分熔點越高，鍋爐結焦的可能性隨之減少。

判斷灰分結焦的依據(jù)一般采用灰分中的硅鋁比、鐵鈣比等方法，根據(jù)表3計算如下。

（2）硅鋁比。2Si02//Al2 03=2×64. 08，/27.15=4.72 >1.18（結焦臨界值），Sio2可能與Ca0、Mg0等生成結晶體，煤灰的熔化溫度下降，有可能造成結焦。

（3）鐵鈣比。Fe203/Ca0=3.57/1.06=3.36>3為結渣煤。鐵鈣比越大結焦的可能性也越大（鐵鈣比<0.3時，為不結渣煤;0.3<鐵鈣比<3時，為中等結渣煤;鐵鈣比>3時，為結渣煤）。

（4）煤、油混燒時間過長，極易造成鍋爐燃燒器噴口和水冷壁結焦。在機組啟動、停止過程中或鍋爐燃燒工況不穩(wěn)投油助燃時，尤其是在機組啟動過程巾鍋爐投油時間，油煤混燒時間過長，調整不當、配風不合理，極易造成結焦。煤油混燒階段，由于油比煤更易著火，燃油燃燒需要大量的空氣造成大量的煤投到爐內不能完全燃燒，而在燃燒的過程中形成大量的還原氣體，如CO等氣體的產生，還很容易和完全霧化的油粘在一起形成局部結焦。

（5）煤粉過粗，火焰中心上移，過熱器受熱面結焦。煤粉在燃燒過程中，煤粉細度（R90﹤22%），煤粉過粗，煤粉加熱到著火熱的時間變長，火焰遠離噴口，火焰中心上移，屏過局部熱負荷增加，爐膛出口煙溫過高，灰渣到達受熱面時，還未完全冷卻，在過熱器受熱面處結焦。

（6）周圍介質成分對結焦的影響。燃燒過程中，由于送風量不足或煤粉與二次風的混合不良，使燃料不能完全燃燒，未完全燃燒將產生C0等還原性氣體（局部還原性氣體過濃），灰的熔點相應會大大降低，鍋爐結焦可能性增加。

（7）磨煤機出口溫度過高>100℃（出口溫度設計值60～100℃）、一次風量過低<22m/s（一次風速設計值22～28 m/s）、煤粉調整過細R90<22%，可能造成著火點提前，火焰貼近或就在燃燒器噴口燃燒，燃燒器噴口區(qū)域熱負荷大，造成燃燒器噴口結焦。

（8）爐膛熱負荷及爐溫過高。鍋爐超負荷運行或設計不合理，造成爐膛熱負荷過大，灰渣到達爐膛出口時，溫度還很高，未完全冷卻，成熔融態(tài)吸附于在過熱器受熱面，從而造成該處結焦，不同煤質燃燒生成灰的熔融性如表4所示。

（9）一、二次風門安裝的位置、風速、風量設計不合理時或一、二次配風不合理，爐膛火焰偏斜沖刷爐墻或燃燒器熱負荷分配不合理，旋流強度過大，溫度場分布不均造成偏向側受熱面熱負荷溫度很高，灰渣到達水冷壁受熱面時，還未完全冷卻，從而造成水冷壁受熱面處結焦。燃煤與空氣混合不良，盡管爐內總空氣量大，過?？諝庀禂?shù)很大，但仍會出現(xiàn)局部區(qū)域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛，灰熔點大大降低，從而造成結焦。

（10）吹灰器故障或長期沒有進行吹灰。吹灰器未嚴格執(zhí)行有關規(guī)定進行定期吹灰或某局部吹灰器故障，而未進行吹灰，造成受熱面處灰渣聚集，從而造成積灰。

以上系統(tǒng)的分析可能造成受熱面結焦的原因，下面將根據(jù)以上的原因提出相關的措施，以減少甚至避免受熱面結焦。

4 避免鍋爐結焦的措施

（1）鍋爐運行過程中，嚴格執(zhí)行阿安設計院給出的氧量曲線（圖3），以維持相應負荷對應的風量。這是因為灰渣的熔點不僅與灰渣中含鐵量多少有關，還與鐵的氧化物存在形態(tài)有關，當以Fe203形態(tài)存在時灰渣的熔點下降很少，甚至不變;但鐵以Fe0的形態(tài)存在時，灰渣的熔點很快下降并且還與Si02形成熔點更低的2 Fe0·Sio2，灰渣的結焦性大大增加，所以在運行過程中必須選擇合理的氧量運行（《中小企業(yè)管理與科技》2009年10月下旬刊供稿鍋爐結焦的原因分析及對策）。

（2）機組大修后或燃燒器更換后，必須進行爐膛動力場試驗。首先對燃燒器及其內、外二次風門和層二次風門檢查，確認擋板開度就地與DCS顯示一致，燃燒器擴錐和穩(wěn)燃環(huán)是否完好;通過對磨煤機出口煤粉管縮孔的調節(jié)進行一次風管風速的標定，將同層燃燒器噴口出力偏差不超過5%，其次將調整燃燒器中心、內外及層二次風門配合，內二次風旋流器為固定式，不作調節(jié)，葉片傾角為60°，中心風門的開度一般為100%，一般也不著調節(jié)，外二次風門采用“U”型配風（90/75/60/50/50/65/75/90的形式），組織合理而良好的爐內空氣動力場，這樣就可以保持燃燒中心適中，防止火焰中心偏斜。

（3）根據(jù)空預器平時運行情況，除正常投入連續(xù)空預器聲波吹灰和每天6次蒸汽吹灰外，根據(jù)煙氣側和空氣側（一、二次風側）壓差的變化，如壓差長時間超過1.8kPa時，利用鍋爐停爐冷卻過程中，空預器入口煙氣溫度到達130℃～150℃時，對空氣預熱器進行水沖洗或在機組檢修時，利用壓縮空氣對其進行吹掃，吹掃壓力≥0.65 MPa，保持空預器受熱面清潔，降低風、煙道的阻力，降低風機電耗和通風損失。

（4）保證風量和燃料的良好濕合，使煤粉充分燃燒，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止水冷壁局部嚴重積灰、結焦。我廠采用的是HT - NR。型旋流噴燃器，層二次風風門隨著磨煤機煤量的增加而增加（10t煤對應開度為12.5%），相應的旋流強度減少使著火推遲，適當增加磨煤機風量（一次風速為22～28 m/s）也使的著火推遲。煤、油混燒時保持全開中心二次風門，燃油壓力≥2.9MPa，微油壓力≥1.3 MPa，保證油穩(wěn)定燃燒所需氧氣和油槍霧化并使油火焰延長，既節(jié)約燃油耗量又降低了爐膛溫度，還避免了水冷壁區(qū)域的結焦;

（5）保持合適的煤粉細度。煤粉過粗，火焰長度拉長，粗煤粉因慣性作用能直接沖刷對側水冷壁受熱面上，煤粉不能完全燃燒而是在熔融態(tài)下附著丁受熱面上繼續(xù)燃燒引起鍋爐結焦;煤粉過細，煤粉總面積增加，有利于揮發(fā)分盡快析出，有利于煤粉的著火和燃燒，降低機械不完全燃燒熱損失、降低飛灰可燃物含碳量，提高鍋爐效率，但是隨著煤粉細度提高，煤粉著火提前，易在燃燒器噴口及附近區(qū)域內結焦，同時制粉系統(tǒng)的電耗增加，磨煤機研磨部件磨損加劇，增加設備損耗。所以對經(jīng)濟煤粉細度是排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失、制粉系統(tǒng)電耗、金屬消耗的最小值。本廠的煤粉細度R90經(jīng)過經(jīng)濟性計算選擇為22%，除裝有在線煤粉細度測量裝置實時在DCS畫面顯示外，還聯(lián)系化學定期測量煤粉細度的數(shù)值（每班3次），以確保經(jīng)濟燃燒和防止鍋爐結焦。

（6）選擇較高的一次風速町以避免燃燒器附近區(qū)域的結焦。適當提高一次風速將煤粉著火熱提高、推遲煤粉的著火、保持合遙的著火距離，盡量將火焰保持在爐膛中心區(qū)域，控制合適的火焰中心，可以避免燃燒器噴口附近區(qū)域結焦;同時提高一次風速還可以增加一次風射流的剛性，防止火焰偏斜和減少由于射流兩側靜壓作用而產生的偏轉，避免一次風直接沖刷左右墻壁面產生結焦。但是一次風速過高，火焰過長，大大遠離噴口而使火焰中斷，本廠一次風速根據(jù)試驗院和鍋爐廠家的設計選擇的范圍在22～28 m/s之間，一般最優(yōu)風速選擇在25 m/s，ⅡJ以有效地避免鍋爐受熱面結焦（注意一次風速的提高受煤粉著火條件的限制）。

（7）合理摻燒不同煤種。根據(jù)現(xiàn)有煤種情況（單煤標價過高和煤種來源復雜），進行燃煤摻燒勢在必然。在綜合考慮各種煤種的燃燒特性和灰焦的特性進行摻燒，一是將摻燒煤種的揮發(fā)分和熱值接近或等于設計煤種，二是可以利用其中高熔點固態(tài)灰對受熱面有一定的沖刷作用，將低熔點部分沉積灰沖刷掉，使沉積量降低，減少受熱面結焦。

（8）高負荷時采用“正寶塔△”方式配風，即開大底層燃燒器層二次風門，關小上層燃燒器層二次風門，風門的開度比例分別為1：1.25：1.5，增加煤粉在爐膛內的停留時間，使其更加的充分燃燒，減少水冷壁下部結焦和干除渣的渣量，還使得飛灰可燃含碳量減少。

通過以上結焦因素的分析和采取的措施，有效地避免了1000 MW超臨界機組結焦的可能性，保證了鍋爐的安全經(jīng)濟運行，減少了運行人員的工作量。

參考文獻：

洪森，郭金城，胡楨，某電廠350 MW鍋爐燃燒試驗調整和防結焦試驗研究[J].華電技術，201 7，39（7）：28～31，35，78.

[2]焦璐.350MW超臨界鍋爐混煤摻燒試驗研究[D].長春：吉林大學，2017.

[3]周慶峰.鍋爐燃燒器結焦原因分析及解決方案研究[D].天津;天津大學，2016.

[4]趙曉義，電廠鍋爐結焦原因分析與對策[J].能源與節(jié)能，2016（9）：133～134，136.

[5]Changxin Liu， Zhihui Xic， Fcngrui Sun，et al. Excrgy analysisand optimlzation of coking process[J]. Energy， 2017， 139（15）：694～705，

[6]朱家英.東鍋622 MW"W”火焰鍋爐結焦原因分析及對策[J].應用能源技術.2017（9）;23～26.

[7]許賀.燃用準東高鈉煤鍋爐結焦問題分析與改進研究[D]，長春：東北電力大學，2015.

[8]鄭國，龍新峰.300 MW機組鍋爐改燒煙煤改造及防結焦措施[J].熱力發(fā)電，2015，44（11）：118～123.