黃華

摘 要：火力發(fā)電廠以在鍋爐燃煤為主要燃料，由于設(shè)計煤種和實際煤種有差距，現(xiàn)實中燃燒的有很多灰熔點低的煤種，特別容易結(jié)焦的煤種，這樣給鍋爐帶來很不利的安全因素，危害機組的安全。

關(guān)鍵詞：結(jié)焦;燃燒器;受熱面

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0161-02

1 概述

華潤電力（常熟）有限公司鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，固態(tài)排渣、結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。型號為HG1928/25.4-YM1。鍋爐燃燒方式為前后墻對沖燃燒，前后墻各布置4層低NOX軸向旋流燃燒器。鍋爐設(shè)計煤種為神府東勝煤、混煤及大同煤?，F(xiàn)在，由于根據(jù)市場、安全、經(jīng)濟的需要，摻燒別的煤種都有可能，帶來燃燒煤種的復雜性，這樣在燃燒方面，偏離鍋爐的設(shè)計類型，因此，要求鍋爐燃燒適應(yīng)性更廣，并且又要預防鍋爐的結(jié)焦，鍋爐的結(jié)焦不僅影響鍋爐的傳熱、安全性和經(jīng)濟性，更使得鍋爐穩(wěn)定性受到危害。

結(jié)焦的危害：（1）掉焦損傷冷灰斗掉焦時對爐底灰斗造成較大的沖擊，嚴重時砸傷水冷壁。（2）對于水力除渣，掉落的熱焦在爐底撈渣機水中?；懦鰺崃繉⑺罅科纬伤羝?，水蒸汽上行到達燃燒器下部時，引起燃燒器下部爐膛溫度降低，對燃燒的穩(wěn)定性帶來不利影響，造成爐膛壓力大幅波動，嚴重時引起鍋爐滅火。（3）結(jié)焦影響鍋爐換熱爐內(nèi)的結(jié)焦使該部位受熱面換熱量減少，引起下游受熱面入口煙氣溫度升高，改變了各級受熱面的換熱比例，引起受熱面壁溫、汽溫超限及排煙溫度升高（如圖1）。（4）鍋爐結(jié)焦發(fā)生時，鍋爐運行參數(shù)異常。如：減溫水量、主再熱汽溫、爐膛出口煙溫、各級受熱面煙溫及壓力等變化，影響鍋爐的效率和安全性。

2 結(jié)焦機理

鍋爐結(jié)焦機理可概括為：

煤粉燃燒過程中，產(chǎn)生（<30μm）細小的灰粒在受熱面表面不斷地沉積，其初期結(jié)構(gòu)松散，厚度在鍋爐運行后不久會趨于相對穩(wěn)定，形成初始積灰層，這些積灰煤灰的主要化學成份是SiO2、Ai2O3、CaO、Fe2O3、MgO、NaKO。煤灰的熔點也就決業(yè)于這些成份含量的變化，灰熔融溫度與灰份含量也有一定關(guān)系，它反映煤的結(jié)渣性高低，將影響變形溫度，軟化溫度，和流動溫度（t1、t2、t3）。同時，灰中含有酸性氧化物：SiO2、Ai2O3;堿性氧化有：CaO、Fe2O3、MgO等，試驗證明，在堿性及弱還原性兩種氛下，灰的變形溫度均隨灰中的堿性氧化物的含量增大而下降。初始積灰層含有鐵、堿金屬的氧化物或硫化物時，會形成低熔點的共熔混合物，這種沉積層的結(jié)構(gòu)致密，粘附強度大，會使沉積灰層厚度逐漸增加，導致受熱面結(jié)焦。

此外，當較大的熔融或半熔融狀顆粒，特別是邊燃燒邊打到壁面時，由于熔焦對金屬和耐火材料，以灰焦之間的相互濕潤性，粘附強度大，會使沉積層厚度增加，由于熱阻加大而灰層表面溫度升高，同時因吸熱減少而煙氣溫度升高，結(jié)焦速度加快。如此惡性循環(huán)，直到沉積層表面呈熔融狀。

結(jié)渣是一個復雜的物理、化學、動力學過程，除了和煤質(zhì)密切相關(guān)外，還與鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒器型式及布置、爐膛溫度水平、煙氣氣氛、爐內(nèi)動力工況等因素有關(guān)。

3 結(jié)焦原因影響因素

（1）不同煤種煤灰的結(jié)焦特性相差甚遠，主要與灰的化學成分及其礦巖結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，煤的灰成分對煤的潛在結(jié)焦性起決定作用。

（2）燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置對運行性能有直接影響，為防止爐內(nèi)受熱面結(jié)焦，應(yīng)組織良好的爐內(nèi)空氣動力場，不良的空氣動力場會出現(xiàn)火焰偏斜，不僅燃燒不完全，而且會出現(xiàn)局部還原性氣氛、氣流刷墻和局部高溫等現(xiàn)象，往往引起結(jié)焦。

（3）爐內(nèi)燃燒的氣氛條件對灰熔點有較大影響，當爐內(nèi)氣氛為還原性時，灰熔點溫度會有較大幅度的降低。原來抵達壁面時灰可能已冷卻到熔點溫度以下變成了固態(tài)，灰熔點下降后，可能在抵達壁面時仍呈液態(tài)，造成爐內(nèi)結(jié)焦。

（4）在鍋爐運行方面，鍋爐負荷、風量大?。ㄒ?、二次風）、煤粉細度、燃燒器之間風粉分布的均勻性、吹灰方式等因素都可能會引起鍋爐結(jié)焦。

4 煤種結(jié)焦的特點

煤種結(jié)焦特性判別首先應(yīng)掌握煤灰熔點指標和灰成分結(jié)果，而后根據(jù)化驗結(jié)果結(jié)合常用的判別準則對煤種的結(jié)焦特性進行判斷，用以指導燃煤摻配工作。常用灰軟化溫度ST、堿/酸比及結(jié)焦綜合判別指數(shù)Rz來作為結(jié)焦判據(jù)：

（1）ST（℃）>1470為低、1470～1380為中、1380～1290為高和<1290為嚴重。

（2）酸堿比判據(jù)B/A：B/A=（Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+ K2O）/（SiO2+Al2O3+TiO2）<0.5為低、0.5～1.0為中、>1.0～1.75為高～嚴重。

（3）綜合結(jié)焦判別指數(shù)Rz判據(jù)：Rz=1.24（B/A）+0.28（SiO2/Al2O3）-0.0023ST-0.019G+5.4。

G=（100SiO2）/（SiO2+CaO+MgO+Fe2O3）<1.5為輕微、1.5～1.75為中偏輕、1.75～2.25為中等、2.25～2.5為中偏重、>2.5為嚴重。

不同煤種煤灰的結(jié)焦特性相差甚遠，主要與灰的化學成分及其礦巖結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，煤的灰成分對煤的潛在結(jié)焦性起決定作用。煤的灰成分主要由十種氧化物組成，包括：二氧化硅（SiO2）、三氧化二鋁（Al2O3）、三氧化二鐵（Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na2O）、氧化鉀（K2O）、二氧化鈦（TiO2）、三氧化硫（SO3）、二氧化錳（MnO2）、氧化磷（Pi2O5），這些純凈氧化物的熔化溫度一般都較高，基本都在1500℃以上，有的甚至高達2800℃，不易結(jié)焦。但是，由于煤灰是各組成成分的復合化合物和混合物，故其熔化溫度并不是各組成成分熔化溫度的算術(shù)平均值?；业娜刍瘻囟戎饕Q于灰的成分及各成分含量的比例，由于灰中各成分的占比不同，使灰的熔融特性溫度不同，由此呈現(xiàn)不同的潛在結(jié)焦特性。結(jié)焦特性判別準則主要包括灰的熔融溫度、灰焦粘溫特性和灰成分。灰成分中CaO、MgO、Na2O、K2O與Fe2O3含量高的結(jié)焦性強，其中Na2O、K2O含量高者灰沾污性強;一般，煤灰中的SiO2和A12O3的含量愈高，則灰的熔化溫度就愈高。Al2O3和SiO2的含量高的結(jié)焦性就弱;Al2O3是增高灰熔點的主要成分，當其含量>20%時，一般ST>1250℃，當其含量>30%時，ST>1350℃，當>45%時，ST>1400℃;SiO2也是增高灰熔點的主要成分，但它能與灰中其他組分共熔使熔點降低，SiO2在40-60%之間，SiO2的增減對ST無明顯影響。當SiO2的含量與A1203的含量之比大于1.18時，自由SiO2易于與CaO、MgO、FeO等形成共晶體，這些共晶體的熔化溫度較低，降低了灰的熔化溫度，容易結(jié)焦。

一般情況下，根據(jù)設(shè)計煤種可磨系數(shù)確定的煤粉細度R90降低2～6%。燃用易結(jié)焦煤種時，適當降低燃盡風量，改善主燃燒區(qū)還原性氛圍，促使燃料更快燃盡。建議控制燃盡風率不高于25%。

5 預防鍋爐結(jié)焦措施

（1）選擇合理的鍋爐運行氧量。鍋爐運行氧量即爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛，它對鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如果鍋爐運行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣氛較強，煤的灰熔點就會下降，鍋爐就容易結(jié)焦，因此，控制鍋爐氧量，能有效減少鍋爐結(jié)焦。對于燃用易結(jié)焦煤種時，在爐膛出口NOx不超標前提下，可適當提高鍋爐運行氧量，防止爐內(nèi)缺氧燃燒。

1）對于燃用煙煤鍋爐，建議氧量控制不小于2.0%;

2）對于燃用貧煤鍋爐，建議氧量控制不小于2.5%;

3）對于燃用無煙煤鍋爐，建議氧量控制不小于3.0%。

（2）選擇適當?shù)亩物L配風方式，必要時宜將燃燒器分成二或三段，其間拉開一定距離，改善兩側(cè)補氣條件，燃燒器射流兩側(cè)壓差減小，以避免氣流嚴重偏轉(zhuǎn)或貼壁;此外，采用墻式切圓燃燒方式也有利于避免氣流偏轉(zhuǎn)或貼壁，防止火焰直接沖墻。粉細度（R90）2～6%、采用下層磨煤機組合方式、消除爐底漏風、降低一次風風速2～4m/s（最小不低于20m/s）、采用倒寶塔配風方式等。

（3）調(diào)整燃燒器合適配風擋板位置，燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置對運行性能有直接影響，為防止爐內(nèi)受熱面結(jié)焦，應(yīng)組織良好的爐內(nèi)空氣動力場，不良的空氣動力場會出現(xiàn)火焰偏斜，不僅燃燒不完全，而且會出現(xiàn)局部還原性氣氛、氣流刷墻和局部高溫等現(xiàn)象，往往引起結(jié)焦。對旋流燃燒器應(yīng)注意出口擴展角不應(yīng)太大，旋流強度不宜過大，防止因出現(xiàn)“飛邊”或直接沖墻現(xiàn)象而造成結(jié)焦。對于燃燒器噴口發(fā)生的結(jié)焦，應(yīng)及時調(diào)整燃燒器噴口一次風風速，適當降低噴口著火強度，改善結(jié)焦?？梢韵鄬μ岣咭淮物L速2～4m/s，增加燃燒器噴口著火距離。保證良好的煤粉濃度及各燃燒器配風應(yīng)盡量均勻，煤粉噴口煤粉量分配不均勻的狀況必然造成爐膛局部缺氧和負荷分配不均勻，在燃燒空氣不足的情況下，爐膛結(jié)焦狀況惡化。

（4）加強爐膛出口煙溫在線監(jiān)視。爐膛煙溫達到620℃以上時加強爐膛結(jié)焦情況關(guān)注，尤其對于容易結(jié)焦的屏式過熱器，發(fā)現(xiàn)屏過溫升低于80℃，且在二級減溫水關(guān)閉的情況下，主汽溫度低于額定值時，聯(lián)系吹灰人員進行局部加吹。

（5）運行中發(fā)現(xiàn)撈渣機渣量較正常時的少，及時分析原因，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦時，及時聯(lián)系進行吹灰。鍋爐結(jié)焦發(fā)生時，及時優(yōu)化吹灰方式及頻率，提高受熱面清灰效果。水冷壁發(fā)生結(jié)焦時，提高爐膛短吹投入頻率，增加吹灰效果;屏過、高過、高再區(qū)域發(fā)生結(jié)焦時，提高對應(yīng)區(qū)域長吹的投入頻率，判斷吹灰效果如何。

（6）發(fā)現(xiàn)爐膛結(jié)焦時，通過同臺磨煤機兩臺給煤機煤量偏置，降低神華、褐煤等低灰熔點煤種的摻燒量，多摻燒些不易結(jié)焦的煤種。如：提高中煤、大同等煤種摻燒量，但控制兩側(cè)給煤機煤量，根據(jù)實際需要進行設(shè)定。

（7）加強鍋爐左、右側(cè)溫度偏差的監(jiān)視，出現(xiàn)偏差，及時檢查磨煤機回粉管堵塞情況及爐膛結(jié)焦情況，必要時切換磨煤機運行，優(yōu)化磨煤機的組合方式。

6 結(jié)語

一般說來，灰的熔融溫度特性中，軟化溫度越低，則結(jié)焦性越強，軟化溫度與變形溫度越接近，結(jié)焦性越強，因此，灰熔融溫度低和熔焦粘度低的煤灰易結(jié)焦，在實際運行中，多總結(jié)經(jīng)驗和分析。加強設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視。

參考文獻

[1] 周強泰.鍋爐原理[M].中國電力出版社，2013.