电力锅炉结焦机理

张家滨,程远轮,关毓雯

兰州石化公司化肥厂  甘肃 兰州  730060

摘要：本文论述了锅炉结焦的，以及影响电力锅炉经济、安全运行问题。

关键词:锅炉；结焦；燃烧；炉膛；喷燃器；过热器；灰粒；煤质；生产

1．前言

在电站锅炉运行中，锅炉结渣、积灰是个长期存在的问题。在煤粉炉中，熔融的灰粒粘结并聚积在受热面上和炉墙上的现象，叫结焦（或称结渣）。电站锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时会以各种形式沉积在受热面的表面，造成水冷壁、喷燃器、过热器等受热面的结渣和积灰

2．锅炉结焦现状

兰州石化化肥厂C锅炉为上海锅炉厂设计制造的SG­-220/9.81-M298，高压自然循环，悬吊式燃煤锅炉。该炉燃烧系统采用单台中速磨直吹式送粉系统，燃烧器四角布置，切向燃烧方式，露天布置，全钢结构，双排柱布置。平衡通风，固态排渣。

兰州石化化肥厂动力车间C锅炉主要工艺参数

名称	电负荷	额定蒸发量	出口压力	出口温度	给水压力	给水温度	汽包压力
单位	MW	t/h	Mpa	℃	Mpa	℃	Mpa
数值	50	220	6.0-9.81	480-540	11.3	150	10.9

C锅炉于1995年筹建、1998年投产，投产初期锅炉结焦现象轻微。从2006年开始，锅炉结焦较严重，结焦主要区域分布在炉膛的出口处，即屏式过热器处，有些焦块在屏底之间搭成桥，水冷壁在炉膛出口处的侧墙上也有部分结焦。炉膛上部的大量结焦不但严重影响了锅炉主参数的稳定，使汽温偏低，排烟温度升高，而且大量掉焦也危害锅炉安全运行，尤其是在2007年4月至5月间，由于锅炉结焦，严重影响锅炉正常生产。其危害如下:

2.1．炉膛内结渣会增加受热面的传热阻力,降低辐射吸热量,使炉膛出口烟温从140℃升高至180℃。这不仅影响锅炉的自然水循环,还会使对流受热面因热负荷升高、对流传热量增加而导致蒸汽温度、金属壁温超温，锅炉蒸发量由平时的180 t/h下降到160 t/h。还使回转式空予器因过热变形后电流从1.5A升高至8A,接近跳车值10 A,直接影响锅炉安全生产。.

2.2.炉膛结渣造成炉内空气动力场不均、燃烧偏斜发生的水冷壁管垢量超标；还会造成因炉膛受热不均而导致的两侧排烟温度由原来的30-40℃增加80-100℃，给锅炉稳定燃烧带来了一定的困难。

2.3. 锅炉燃烧器喷口及其附近结渣,影响到煤粉射流及改变炉内燃烧空气动力工况,直接影响风粉的混合和燃烧；同时还会影响到火检的测量，危及锅炉的安全运行。

2.4. 锅炉炉膛出口受热面结渣,则会影响受热面传热,甚至影响蒸汽温度,并增大通风阻力, 严重时甚至造成烟气通道的堵塞而使燃烧恶化。

2.5.锅炉掉焦严重时会造成锅炉出渣困难，被迫降出力运行甚至停炉出渣、打焦。

2.6.锅炉掉大焦时可能导致火焰拉断、局部爆燃等现象的发生，并引发锅炉灭火；灰渣脱落时,会划伤甚至砸坏水冷壁或冷灰斗；严重时发生锅炉水冷壁损坏并引发锅炉灭火、高温汽水伤人等事故。

3锅炉结焦原因分析

结焦是锅炉运行中比较普遍的问题，一般情况下在煤粉炉燃烧火焰中心温度在1400~1600℃之间。燃料中的灰在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。，随着烟气一起运动的灰渣颗粒，由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却，如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前，已经因为温度降低而凝固，当附着在受热面管壁上时上将形成一层疏松的灰层的运行中通过吹灰很容易除掉。当炉膛内温度较高时，部分灰颗粒在达到受热面前未得到足够冷却达到凝固状态，具有较高的粘结能力，就容易粘附在受烟气冲刷受热面或炉墙上，甚至达到熔化状态，粘附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭使结焦不断发展。在燃烧过程中，煤粉颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发，成气态进入烟气中，当温度降低时凝结，或者粘附在烟气冲刷的受热面或炉墙上。或者凝结在飞灰颗粒表面，成为熔融的碱化物膜，然后粘附在受热面上形成初始结焦层，成为结焦发展的条件。

3.1锅炉结焦的机理

由于灰粒的形成机理及输运机理不同,灰渣在管壁上沉积存在两个不同的过程：一个为初始沉积层的形成过程,初始沉积层为厚度0.2mm～0.5mm的化学活性高的薄灰层,它是由尺寸小于5μm的灰颗粒所组成。对于具有潜在结渣倾向的煤,初始沉积层主要是由挥发性灰组分在水冷壁上冷凝而形成。对于潜在结渣倾向小的煤,初始沉积层由挥发性灰组分的冷凝和微小颗粒的热迁移沉积共同作用而形成。初始沉积层中碱金属类和碱土金属类硫酸盐含量较高,这些微小的颗粒由范德瓦尔力和静电力保持在管壁上,并与管壁金属反应生成低熔点化合物,强化了微小颗粒与壁面的连接。初始沉积层具有良好的绝热性能,它的形成使管壁外表面温度升高。另一个沉积过程为较大灰粒在惯性力作用下冲击到管壁的初始沉积层上,当初始沉积层具有粘性时,它捕获惯性力输运的的灰颗粒,并使渣层厚度迅速增加。

由于初始沉积层主要是由挥发分灰组分的冷凝及微小颗粒的热迁移而引起,因而从工程角度考虑,很难防止初始沉积层的形成,不过好在初始沉积层的厚度较薄。它并不会对锅炉的安全运行构成威胁。造成炉内结渣迅速增加,并对锅炉安全运行构成威胁的主要因素是惯性沉积。

由惯性输送的灰粒在初始沉积层上的粘接除与初始层的性质有关外,还与撞击灰粒的温度水平有关,当撞击灰粒的温度很高,呈溶融状液态时,很容易发生粘接,使结渣过程加剧。

所以在水冷壁和过热器壁面的灰层处于熔化状态或者炉内飞灰在迁移到水冷和过热器壁面时本身处于熔化状态时,水冷壁和过热器壁面就发生结渣现象。

因此，可以得出以下接论：

4.1电站锅炉炉膛结渣、积灰与煤灰性质、锅炉设计及锅炉运行状况等因素有关

4.2锅炉结渣、积灰有多种预测方式

4.3锅炉结渣、积灰应以预防为主。锅炉运行时，一旦发现有结渣、积灰就应及时清除；定期定时清除渣（灰），力争保持水冷壁管受热面的光滑

总之锅炉的结焦机理是十分复杂的物理化学过程，与煤质、锅炉结构及锅炉燃烧调整等因素有密切关系，通过具体分析锅炉结焦原因并采取有效对策，可以抑制锅炉结焦，改善锅炉运行工况，提高锅炉效率。