摘要：在企业的运行设备中，煤粉锅炉是重要的组成部分，在经济发展和人们生活水平不断提升的背景下，对企业安全稳定运行提出了一定要求，随之也对煤粉锅炉质量提出了更高的要求。在面对新的机遇和挑战面前，要确保设备的安全运行，需要对其结焦问题具备更全面、深刻的理解，采取必要的措施预防结焦现象的发生，为其安全经济运行提供保障。本文主要对煤粉锅炉结焦问题进行分析研究，并在此基础上提出一些合理的预防措施。
关键词：煤粉锅炉；结焦；产生原因；预防对策
在生产过程中，所使用的煤粉会在燃烧后产生灰烬，并在炉膛内受热面产生结焦，这种情况在煤粉锅炉运行中是比较普遍的，会降低受热面的传热能力和锅炉热效率。而一旦其中大的焦块坠落，就会引发炉膛的负压波动而产生灭火事故，对机组的安全经济运行形成大的威胁。因此，要极大对煤粉锅炉运行的重视，对其结焦产生的原因进行研究和了解，根据其产生原因进一步提出预防对策。
1.锅炉结焦机理和危害
1.1煤粉锅炉的结焦机理
在固态排渣煤粉锅炉中，火焰中心的温度会达到1400~1600℃，在炉膛中煤粉的燃烧会形成灰渣粒，高温环境下则呈现熔化或者半熔化的状态。一般情况下，水冷壁屋内的比较低，在灰渣粒接近水冷壁管之前会以辐射换热的形式来将热量释放出来，降低其温度并产生凝固，并在水冷壁管上形成疏松的积灰，在煤粉锅炉运行的过程中，积灰会自动脱落或者被吹灰器垂落，是不至于发展成为焦块的。如果灰渣粒到达受热面之前没有经过足够的冷却，没有成为凝固状态，但其具备较强的粘结能力时，会比较容易粘附到受烟气火焰冲刷的受热面或者炉墙上，进而产生结焦。如果结焦发生，受焦层的热阻影响，其传热会不断恶化，在得不到充分冷却的情况下，焦层的表面会因温度过高和比较粗糙，而更容易使灰渣粒粘附上去，进一步加快结焦发展而形成更大的焦块。
1.2煤粉锅炉结焦危害
如果锅炉的炉膛产生了较大面积的结焦，会减少炉膛的吸热量，而其出口的烟气温度比较高，会恶化过热器的传热，出现过热蒸汽温度过高的情况，而使过热器的管壁温度超出一定范围。炉膛在产生局部结焦问题之后，其产生结焦的部位会减少水冷壁吸热量，降低循环流速，严重情况下则会使循环停滞而造成水冷壁爆管。结焦现象会升高炉膛出口的温度，使排烟温度升高而加大排烟热损失，使锅炉的热效率降低。同时，炉膛结焦还会损害到锅炉的出力，喷燃气出口结焦会影响到煤粉气流的正常喷射，引发气流偏移，对水冷壁管会产生过磨损而形成局部高温，进一步加剧水冷壁结焦，严重的情况下会使喷燃气被烧坏，或者导致喷口因结焦而被堵死。在炉膛出现大面掉焦情况时，炉膛的负压会被扰动，在扰动严重的情况下产生灭火，可能砸坏水冷壁和除渣设备。受高温烟气作用影响，灰渣黏结在水冷壁会与管壁产生复杂的化学反应，最终引发高温腐蚀。
2.煤粉锅炉结焦原因分析
2.1燃煤灰分的熔融特性
首先是灰分中一些氧化物的熔点，在灰分中主要的氧化物为SO₂、AL₂O₃、CaO和Fe₂O₃等，其中的Fe₂O₃、FeO等碱类的熔点在1560℃以下，其中的SO₂、AL₂O₃等主要氧化物的熔点在2000℃以上，一般不容易熔化。结焦现象的产生与燃煤灰分的化学成分有一定关系，也与其所处气体介质性质、温度相关。因此，在一定的气体和温度下，灰分中的氧化物会生成低熔点渣；
其次是低熔点渣的产生，在不同的温度下，燃料灰分出现不一样的变化，比如温度在500℃以下时，其中的H₂O、SO₂、AL₂O₃等会失去结晶水，在900℃以下MgCO₃和CaCO₃会分解，而在1000℃以上时硅酸盐类会与其它的氧化物出现化学变化。灰分会在温度不断升高的过程中，由软化状态转变为熔化状态，因为其熔点低于其中一些纯氧化物，因此在整个熔化温度区中灰分的各组分间反应会生成熔点更低的共晶体。一些共晶体在受热状态下分解为难以熔化的化合物，或者业态共晶体会成为固态矿物质。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在高温加热下，灰分各成分相互反应，会产生共熔体混合物，含铁的化合物在燃烧时生成FeO，在高温下其进一步熔化，并与高熔点氧化物发生反应，生成低熔点的盐类等，在与灰分结渣的情况下会粘结到炉墙形成大块的结焦。
2.2锅炉结构与喷燃器方位因素
在锅炉结构方面，由于燃烧使用的煤种会出现变更，其结构无法适应其变化，会使炉内出现局部高温形成结焦。容积较小的锅炉，结焦易出现在炉膛出口受热面；炉膛截面较小的锅炉，其燃烧器附近的受热面更易产生结焦。
喷燃器位置也会影响到结焦，比如喷嘴在前墙时，火焰会往后墙冲而使其结焦；喷嘴向上角度过大的情况下，炉膛出口受热面会形成结焦；而喷嘴向下的角度过大时，则易在冷灰斗处结焦。
2.3炉气性质影响
炉内烟气会对锅炉的结焦产生很大影响，这种烟气是属于氧化气体或者还原性气体是关键因素。如果炉气为氧化性，其铁的氧化物就是比较稳定的Fe₂O₃，其在高温下会生成Fe3O4，之后形成高熔点渣；如果炉气为半还原性，会产生还原反应，生成熔点在1065~1183℃范围内的FeO和2FeO等。所以，灰分的熔化温度在半还原性炉气中是低于氧化性炉气中的，处于氧化性气体中利于防止结焦。
2.4运行操作因素
锅炉的运行状况对结焦有很大的影响，比如在其运行中负荷加强，会使燃烧强度提高，增加共熔体熔化区域，扩大结焦的范围。煤油混烧锅炉会因为油发热量高于劣质煤，而加大燃烧中心区的温度，因此相对于单烧劣质煤，煤油混烧的结焦量更多，尤其是在超负荷运行的状态下。要从根本上解决结焦问题，需要掌握好结焦的规律和燃烧情况，及时调整炉膛的燃烧状况。
3.锅炉结焦的预防对策
3.1强化对燃煤灰分的监管
对于锅炉燃用的煤种，要对其灰分成分进行严谨和分析和熔点测试。在燃用灰分熔点较低的煤种时，要对其燃烧强度合理调整，避免温度过高。配煤过程中避免将灰分相互作用后形成的低熔点灰渣煤种配成混煤。固态排渣锅炉是以选择高熔点灰分的煤种，配煤要合理化减少结焦。
3.2燃烧设备要采用分层多喷嘴式
在被一次性带入炉膛后，煤粉会受热而析出大量的挥发物并燃烧，这时炉内气流中的氧量比较多，炉内会主要产生氧化反应或者是扩散氧化反应。随着温度升高、氧量减少，氧化反应会逐渐减弱。在温度升到一定值时，在炉内的化学过程中含有还原反应，且其速度大于氧化反应速度，在这一温度值以下灰分中的Fe₂O₃比较温度且不会生产低熔点渣；而在这一数值之上则处于不稳定状态中，容易生成易熔共熔体，并产生结焦。而采用分层多嘴燃烧器布置方式，由于喷嘴较小，可以充分燃烧煤粉，且其火焰较短不会对水冷壁造成冲刷，火焰可以均匀充满炉膛，减少了飞灰可燃物。
3.3合理调整锅炉燃烧强度
对锅炉燃烧强度的调整，需要根据燃用煤种的灰分熔点、燃烧室四壁附近烟气温度测量情况来进行，使其四壁温度等于或小于煤灰分的软化温度。实际运行中，要注意不可随意将燃烧强度提高，避免炉膛热负荷增强会产生结焦。此外，可适当加大燃烧送风量，避免产生还原性或者半还原性炉气，但要注意风量不要太大，否则会加大热损失，而影响到煤粉燃烧的稳定性。
结束语：
在煤粉锅炉运行中，要重视其结焦问题，避免锅炉热效率降低、锅炉设备损坏等问题。出现严重结焦需停炉处理，最重要的是要明确产生结焦的原因，在日常运行中科学预防，保证锅炉的安全经济运行。
参考文献：
[1]成宏伟，柳永兵，刘超.煤粉锅炉掺烧含氧化合物结焦原因分析及应对措施[J].中氮肥，2017.
[2]于乐乐，冯伟忠.煤粉锅炉低负荷水冷壁结焦问题研究[J].上海电力学院学报，2017.
论文作者:武建勇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：结焦论文; 锅炉论文; 灰分论文; 炉膛论文; 熔点论文; 温度论文; 煤粉论文; 《基层建设》2019年第1期论文;