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摘要：锅炉结焦即锅炉结渣，是指灰渣在高温下熔化后粘结在炉墙、受热面、炉排上的现象。由于设备、煤质等的缺陷和运行调整等原因，煤粉锅炉在运行过程中的结焦是客观存在和不可避免的。炉膛结焦的治理一直是煤电企业锅炉运行管理中的重要课题。本文结合妈湾电厂#2炉因摆角缺陷导致的水冷壁严重结焦事件，从炉膛结焦的机理、原因、危害以及预防措施几个方面来逐一分析和阐述。
关键词：结焦 灰熔点 燃烧调整 还原性气氛
妈湾电厂6x300MW的机组锅炉型式均为HG-1025/18.2-YM6型，亚临界压力、一次中间再热、控制循环、平衡通风、固态排渣汽包炉，燃烧器采用锅炉为四角切向布置摆动式直流燃烧器。
炉膛结焦的机理
熔化状态下的灰粘结在受热面上形成焦渣。锅炉炉膛内部的温度越高，灰熔点越低，灰就越容易熔化，形成焦渣的几率就越大。电站锅炉炉内中心温度约为1500℃～1700℃，煤粒燃烧时其本身温度要比炉内温度高200℃～300℃，因而煤灰在炉膛中心几乎全部熔化，在正常情况下，灰粒离开燃烧中心碰到受热面以前应当已冷却成固体状态，这样与受热面碰撞后仍被烟气带走，只会引起磨损，不致酿成结焦，若灰粒在到达水冷壁时，仍保持熔融状态，熔融的灰颗粒极易粘附，碰到冷的物体就会粘附在上面，粘附的灰粒板结并不断长大，最后演变为焦层。则粘附在管壁上，形成结焦。
炉膛结焦的原因
由结焦的机理可见，可从灰熔点、温度水平和灰粒向受热面的运动分析炉膛结焦的原因。
1、灰的熔点是结焦的关键。灰熔点越低，锅炉受热面越容易结焦。灰的熔点不仅与灰的化学成分有关，还与灰周围的介质性质及灰分浓度有关。
灰的化学成分以及各成分含量比例决定灰熔点的高低。灰熔点比其混合物中最低熔点还要低。灰中铁和碱类的含量增加时会使灰的熔点降低，当灰中FeS的含量较多时，炉膛的结焦现象最为严重。
同一煤种的灰渣，在弱还原性气氛中，其灰熔点最低，在氧化性气氛中则较高。当烟气中有CO、H2等还原性气体存在时，灰熔点降低大约200℃。这是因为还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO的缘故，二者熔化温度相差200～300℃。而且FeO极易与灰渣中的SiO2形成熔点很低的2FeO?SiO2，其灰熔点仅为1065℃。如果在燃煤燃烧过程中氧量不足，煤粉燃烧不完全而产生CO，烟气中的CO会使灰的熔点明显降低。虽然炉壁的温度不会太高，但是由于CO这种还原性气体大量存在，将使结焦现象剧烈产生。即使氧量足够，但不能把燃料和空气充分的混合，局部区域燃烧不完全，也会导致CO的产生，局部的还原性气氛造成局部结焦。
灰熔点也还与烟气中灰的浓度有关。在其他条件相同的情况下，煤中含灰量不同，灰熔点也会发生变化。这是因为灰分中各成分在加热过程中，相互接触越频繁，则产生化合、分解、助熔的机会也越多，则熔点降低的可能性也越大。
2、当锅炉高负荷连续运行，特别是超负荷运行时，炉膛热负荷增加，温度升高，灰粒在向水冷壁运动过程中得不到冷却，易形成结焦。特别是在煤粉喷燃器区域，由于断面热负荷过高，喷燃器出口很容易结焦，严重时会引起喷燃器喷口堵塞。燃煤的发热量高于设计值太多时，炉膛温度及出口烟温骤升，还会使受热面结焦扩散到过热器的大屏、后屏区域。
3、燃烧调整不当，配风不合理或者燃烧器安装角度有偏斜、燃烧器本身存在缺陷导致燃烧器切圆过大、火焰中心偏斜和贴边，煤灰颗粒向水冷壁的运动撞击大幅增加，往往会导致锅炉严重结焦。妈湾电厂#2炉水冷壁严重结焦就是因摆角缺陷长时间未处理导致的。
4、另外灰渣本身具有粘性，捕捉飞灰，因此一旦发生结渣，如不及时处理，其程度将会越来越严重。
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锅炉结焦的危害
1、结焦会引起过热汽温升高，管壁长期超温会导致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机消耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结渣会对锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响。
2、结焦易成灰渣大块，使捞渣机、碎渣机过载，严重时捞渣机无法运行，锅炉不得不降负荷运行，甚至需要停炉处理。
3、大块焦掉落易砸坏冷灰斗，低负荷会因掉大块焦会引起燃烧不稳甚至熄火。
4、若造成水冷壁大面积结焦时，只能停炉进行人工清焦，如果停机时间赶上保电和发电高峰，更会严重影响供电安全和机组的盈利水平。
炉膛结焦的预防和治理措施
结合结焦的机理，我们可以从灰熔点、温度水平和飞灰向受热面的运动过程总结出炉膛结焦的预防和治理措施：
1、加强燃煤管理、保证燃煤的质量以及合适的煤粉细度和均匀度。
加强入炉煤质管理。煤种掺烧能在一定程度上调节入炉煤种的灰焦特性。低灰熔点煤灰分易在受热面上沉积，高熔点固态灰对受热面有一定的冲刷作用，使沉积量降低。
及时准确地提供入炉煤的工业分析和灰熔点数据，供运行人员参考，以利锅炉燃烧调整。在运行过程中根据煤的特性选取合适的掺烧方案和必要的预防措施。
此外，在运行过程中还要注意保证煤粉具有合理的细度和均匀度，防止煤粉细度过粗会使烟气中混入未完全燃烧的煤粒，从而造成结焦。煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多，熔化比例高，冲墙后容易引起结焦。但是，煤粉太细也会带来问题，一是电耗高，制粉出力受到影响，二是炉膛出口烟温升高，易引起结焦。
2、适当提高锅炉运行氧量。
适当提高锅炉运行氧量，避免炉内出现还原性气氛，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部缺氧造成的还原性气氛。
定期进行燃烧试验，校验氧量等测点的可靠性和准确性，请专业机构对不同负荷段的氧量调节值进行修订。在我厂现在的机组运行方式下，送风机自动方式运行主调炉内运行氧量，氧量测点的可靠性和准确性至关重要。
3、加强燃烧调整。
均匀分配煤粉喷口煤粉量，调整四角风粉分配的均匀性。防止局部缺氧和负荷分配不均匀，在燃烧空气不足的情况下，炉膛结焦状况恶化。
组织合理而良好的炉内空气动力场，保持燃烧中心适中，适当减小炉内气流切圆直径，防止火焰中心偏斜和贴边。
合理调整配风，使炉膛内煤粉与空气的混合均匀，避免火焰中心偏斜，防止局部温度高和燃烧不完全。
适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦，提高一次风速可推迟煤粉的着火，使火焰高温区也相应推移到炉膛中心，避免喷口附近结焦。提高一次风速还可以增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风直接冲刷壁面而产生结焦。注意一次风速的提高受煤粉着火条件的限制。
炉膛出口温度场应尽可能均匀。降低炉膛出口残余旋转，均匀的温度分布可使密排对流管束中烟气温度低于开始结焦温度，可用二次风反切来减少残余旋转。
4、应用各种运行措施控制炉内温度水平，选择合理的炉膛出口温度。
锅炉进行优化燃烧调整试验，对炉膛出口烟温（或高温受热面管壁温度）进行在线监视，在保证主参数合格的前提下，建立在线的优化运行指导系统；通过合理调配各一次风和二次风的运行风门开度以及运行氧量，保证主参数合格和炉膛出口烟温低于燃煤灰熔点的同时来保证蒸汽品质，防止炉膛出口结焦；通过对炉膛出口烟温、过热汽温、壁温、锅炉负荷、燃烧氧量、炉膛排烟温度等各种运行参数的在线监测，及时掌握燃用不同煤种时炉膛结焦情况。
5、加强管理。
坚持定期吹灰，保持受热面的清洁，当水冷壁表面有积灰时，水冷壁附近温度升高，降低了冲向水冷壁的飞灰的冷却程度。
定期对燃烧器相关设备进行检查，防止类似出现保险销断裂而导致燃烧器的指令和反馈与实际位置不一致的情况发生。
定期对捞渣机、过热器以及燃烧器等的观察孔进行检查，及时掌握锅炉的结焦情况，并根据具体情况及时处理。
在结焦发生时及时上报，保障将结焦的影响限制在最低的范围内。
结束语
炉膛结焦治理是锅炉运行管理的一个重要课题，在煤电企业生存环境越来越不利的形势下，机组安全高效运行显得比任何时候都更加重要。因此我们要加大宣传和培训力度，从燃煤管理到设备整治和运行调整多个方面减少炉膛结焦对机组安全运行的影响。
参考文献:
[1].辛国华.《深圳妈湾电厂2x300MW机组培训教材之二锅炉部分》
[2].高庆坤，丁立波.《锅炉运行及事故处理》.化学工业出版社
[3].王永国.《电厂锅炉结焦原因及防治措施研究》.科技传播出版社
[4].张晓梅.《300MW火力发电机组丛书第二册燃煤锅炉机组》.第二版.中国电力出版社.2014-06-01
论文作者:杜武林
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/22
标签：结焦论文; 炉膛论文; 熔点论文; 锅炉论文; 温度论文; 水冷论文; 煤粉论文; 《防护工程》2018年第1期论文;