葉繼蘇+李輝

【摘 要】本文通過實例闡述了火力發(fā)電廠結焦對鍋爐的熱效率、鍋爐本體設備、經濟、安全運行等方面產生一定的不利影響或危害，同時從理論和實踐經驗出發(fā)，剖析了火電廠煤粉爐在燃燒過程中出現(xiàn)結焦問題的產生原因。分析得出，結焦問題并非不可避免，完全可以通過設計、運行、管理等方面采取合理的措施及調整來得到解決或緩解。

【關鍵詞】煤粉爐；結焦；氮氧化物；SOFA，ROFA

0 前言

煤在燃燒過程中，通常會在燃燒器周圍、水冷壁、水冷屏等設備上產生結焦。目前國內大部分的煤粉爐由于煤質摻燒比較復雜且不穩(wěn)定，同時為了滿足煤粒的燃盡而不產生燃煤的浪費和過度追求生產指標等方面考慮，鍋爐的運行溫度普遍都比較高，尤其是在燃燒器和火焰中心，局部燃燒溫度往往達到1400-1600℃左右，在這么高的溫度下，燃料中的灰通常大多會熔化為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)，最終形成結焦。而結焦塊的存在不僅嚴重影響到燃燒器的安全穩(wěn)定運行，同時也大大降低鍋爐水冷系統(tǒng)的換熱效果，降低鍋爐效率，提高煙氣溫度，增加設備維護及更換成本。因此對煤粉爐結焦的原因進行分析并找到預防結焦的處理措施，從而不斷提高煤粉爐燃燒的穩(wěn)定性和安全性是本文的主要目的。

1 鍋爐概況及煤灰特性

某石化熱電廠4#爐鍋爐型號為WGZ410/100-11型，系武漢鍋爐廠生產制造的高壓、自然循環(huán)、固態(tài)排渣、燃煤汽包鍋爐，燃燒系統(tǒng)為四角布置切圓燃燒，在主燃燒器上部設置SOFA分級燃燒系統(tǒng)，配有鋼球磨中間儲倉，熱風送粉系統(tǒng)。額定蒸發(fā)量為410 t/h，實際燃煤資料及灰熔點如下：

2 鍋爐結焦現(xiàn)狀

根據電廠反饋，目前4#爐實際運行過程中，結焦現(xiàn)象比較嚴重，尤其是摻燒煤質較差時，爐內燃燒器區(qū)域存在結焦掉焦狀況比較嚴重，導致燃燒器不能穩(wěn)定運行，煙溫升高，鍋爐負荷無法達到設計負荷，爐內負壓波動較大，甚至導致鍋爐滅火停運情況時有發(fā)生。

3 結焦危害

根據筆者多年研究經驗和工作實踐，鍋爐結焦產生的危害主要體現(xiàn)如下：

1）結焦會引起過熱氣溫升高，減溫水加大，排煙損失增加，進而影響鍋爐熱效率。

2）結焦會引起煙風阻力加大，影響引風機出力，增加設備磨損，增加電耗，甚至不得不進行更換整套設備，增加投資成本。

3）結焦焦塊當達到一定體積時，由于受重力影響而掉落，砸壞冷灰斗水冷壁，掉入撈渣機或低負荷的情況下會引起燃燒波動造成鍋爐滅火。

4）清焦增加了電廠運行維護人員的勞動強度，而停爐處理給電廠帶來了更大的經濟損失。

4 結焦原因分析

根據電廠運行人員反饋，燃燒器周圍結焦比較嚴重，經常造成爐內負壓大幅度波動，甚至熄火，影響鍋爐安全運行。

通過現(xiàn)場收集的部分資料、信息及運行狀況，初步總結分析4#爐燃燒器附近結焦主要與煤質的變化、燃燒器配風狀況、主燃區(qū)氣氛、燃燒器噴射角度等有關。

首先，煤灰特性對結焦有較大的影響，特別是摻燒灰熔點較低的煤種時結焦現(xiàn)象更加嚴重。通過現(xiàn)場實際煤質資料分析，電廠大部分摻燒煤在弱還原氣氛下其軟化溫度才1320℃，屬于易結焦煤質，而煤粉爐在燃燒區(qū)域溫度一般在1400℃以上，燃燒區(qū)的溫度高于灰熔點，勢必造成燃燒器區(qū)域結焦。而目前4#爐采用的是SOFA空氣分級燃燒系統(tǒng)，將24%～28%的空氣從主燃區(qū)域抽走，造成該區(qū)域處于還原性氣氛下，進一步降低了灰熔點；同時由于該系統(tǒng)的局限性，在燃燒區(qū)域無法形成較好的空氣動力場氛圍，噴口的風量風速均受此影響，為結焦提供有利的環(huán)境。

其次，燃燒器一、二次風配風比例失衡，燃燒區(qū)域空氣動力場組織情況差，二次風剛性減弱，形成“粉包風”，煤粉刷墻，導致結焦。從現(xiàn)場了解到，4#爐的送風系統(tǒng)是由2臺送風機分別從鍋爐兩側送風，經空預器加熱后，分成一、二次風分別進一次送粉系統(tǒng)和二次風系統(tǒng)。由于電廠實際燃煤粒徑較粗，如4#爐燃燒器的設計煤粉細度為R90=15%，而實際運行過程中煤粉細度R90在21%以上，造成煤粒越粗，所需要的一次風量越大，一次風率占比越大，二次風率減少，一次風速越大，二次風速越??；從電廠運行畫面上也可看出，實際一次風速最高為31m/s，平均28m/s，高于燃燒器設計一次風速，二次風風速平均在20m/s左右；加上4#爐一次風量又沒有有效的調節(jié)手段；導致一次風射流剛性過強，二次風的剛性太弱，形成“粉包風”狀態(tài)，火焰更靠近射流根部，煤粉容易在噴口處沉積燃燒，進而在燃燒器附近形成結焦。

另外，低過量空氣系數(shù)運行也是造成配風比例失衡的一個原因。根據電廠提供的“4#爐各段煙溫情況”來看，為了控制爐膛出口NOx的排放，鍋爐處于低過量空氣系數(shù)（2.3%-2.8%氧量）下運行，送入爐膛的總風量低于燃燒器的設計風量。而一次風率又取決于制粉系統(tǒng)，其風量在同等負荷運行下基本保持不變，因此，這部分減少的風量只能從二次風上減少，進一步導致二次風率的降低，影響到二次風射流剛性，不利于主燃區(qū)燃燒組織，這也是造成結焦的又一原因。

最后，由于燃燒器安裝時角度偏斜、切圓偏大導致煤粉氣流噴射時歪斜而出現(xiàn)擦墻現(xiàn)象，都會在不同程度上致使鍋爐出現(xiàn)嚴重結焦現(xiàn)象。

5 處理措施

針對上述現(xiàn)狀的分析，可以通過以下幾個措施來對結焦掉焦狀況進行改進：

1）改進現(xiàn)有SOFA系統(tǒng)

采用目前世界上更先進的低氮分級燃燒技術，如摩博泰科公司的ROFA技術，既能從空氣分級燃燒的燃燒機理上降低NOx的排放，也能從鍋爐優(yōu)化燃燒方面大大改善爐內的煙氣溫度分布、物料分布、熱量的吸收、CO的氧化和爐膛上部燃料的燃燼，從而大大降低鍋爐的結焦可能性。

2）控制鍋爐氧量

在控制NOx排放的基礎上，將鍋爐出口氧量控制在3.0%-3.5%左右，避免鍋爐低過量空氣系數(shù)下運行時影響到主燃區(qū)燃燒組織；endprint

3）嚴格控制入爐煤質

摻燒的煤種盡量穩(wěn)定，尤其是低灰熔點的煤盡量少用；入爐前對收集的煤種的各項性能指標（尤其是灰的各項指標），混煤的不同比例等進行研究，分析結焦/結渣指數(shù)，為運行提供充足的依據。嚴格配煤管理，實現(xiàn)合理的燃煤混合，避免入爐煤的突變。

4）優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行方式

建議電廠對制粉系統(tǒng)進行性能試驗，試驗應確定最佳風粉比、粉管風速、細粉分離器風門開度、制粉系統(tǒng)最佳通風量、磨煤機最佳轉速、鋼球磨最佳鋼球充滿度等相關運行參數(shù)，優(yōu)化磨煤機運行方式并納入鍋爐操作規(guī)程。尋求最佳制粉系統(tǒng)運行方式，提高入爐煤的煤粉細度，從而降低一次風率、三次風率以及三次風帶粉率，并降低制粉系統(tǒng)漏風，提高二次風率，避免“粉包風”現(xiàn)象，達到“風包粉”效果，這樣就可以大大降低燃燒器周圍的結焦情況。

5）減少漏風

減少爐膛和落灰口及制粉系統(tǒng)等部分的漏風，如制粉系統(tǒng)中應重點檢查給煤機的捅煤孔、磨煤機鋼球加入孔蓋及木塊分離器的檢查門等是否嚴重漏風，也要防止細粉分離器下部鎖氣器不嚴，避免因制粉系統(tǒng)大量漏風而產生爐內煙氣量增大和煙氣溫度超溫等問題，從而間接導致燃燒器區(qū)域二次風的減少及結焦產生可能。

6）增強燃燒器二次風射流剛性

對二次風噴口進行縮口改造，減小二次風噴口截面，提高二次風速；優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行方式，降低一次風率，提高二次風率；提高粗細粉分離器分離效率，降低三次風率和三次風帶粉量，提高二次風率.

7）調整燃燒器噴射角度

8）加強燃燒工況組織的管理

在煤種沒有明顯變化的情況下，但運行時發(fā)生比較明顯的結焦現(xiàn)象，則有必要進行空氣動力場試驗，尋找可能引起變化的設備原因并消除。鍋爐如果進行過比較大的改造，例如燃燒器改造等，則需進行空氣動力場試驗，避免氣流貼墻，風速和風向不合適等不利因素發(fā)生，對四角燃燒的鍋爐避免燃燒切圓的異變或偏離。選擇多種典型煤種和配煤比例，分別進行燃燒調整，實現(xiàn)燃燒優(yōu)化，減少結焦的發(fā)生，并作為運行的基本依據，運行中煤種變化后及時調整燃燒工況?？刂七m當?shù)拿悍奂毝?，防止煤粉過粗，盡可能使各燃燒區(qū)的煤粉濃度均勻，

避免高溫火焰沖刷。

9）加強運行管理

加強監(jiān)視，確保定期吹灰，并根據結焦/結渣情況及時調整吹灰頻率。必要時及時人工除渣/除焦，避免管子表面結焦多而形成半流動性，或結焦表面被燒結后難以清除。利用晝夜負荷變化的機會改變燃燒工況，促使自動掉焦。加強燃燒調整，避免燃燒工況大起大落，嚴格控制升溫升壓速度，防止出現(xiàn)煙氣溫度大偏差。

10）特殊條件下采取化學處理劑來防止結焦，或使焦疏松易于清理或自己脫落。

6 建議

▲建議電廠對鍋爐進行整體性能測試，尤其要實測一下鍋爐正常運行時一、二、三次風的分配比率；摸底試驗鍋爐在各負荷下安全運行的最小一次風量，并寫進鍋爐運行規(guī)程，同時也為優(yōu)化改造提供設計依據；

▲應改善煤質摻燒情況，摻燒高灰熔點的煤種，拒絕低灰熔點煤摻燒；

▲提高粗細粉分離器分離效率，提高煤粉細度，將R90控制在低氮燃燒器設計值范圍內；

▲增加一、二、三次風的調節(jié)和監(jiān)控手段；

7 結語

鍋爐結焦原因盡管復雜，煤質摻燒千變萬化，但只要深入研究其生成機理，不斷總結經驗，采取相應的措施和科學合理的管理，結焦問題一定能夠避免和減少。

【參考文獻】

[1]趙超.煤粉爐結焦相關問題研究[J].科技經濟導刊.2016，21：92.

[2]楊根山，周蓮風.煤粉爐結焦的預防[J].化學工業(yè)與工程技術.2007，28（增刊）：155-156

[3]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算第三版[M].北京：科學出版社，2003，124.

[4]顧英春，田慶峰，吳華棟.旋轉對沖燃盡風燃燒技術可行性分析[J].熱電技術.2012，2：10-12.endprint