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1、燃煤锅炉炉内结渣影响因素分析燃煤电厂炉内结渣是很多电厂常常遇到的难题之一，也是确保火力电厂平安经济平稳运行必需解决的重大课题之一。几十年来，国内燃煤电厂由于炉内结渣引起的各种设施、人身事故不计其数，轻则导致锅炉低负荷运行或停炉清渣，产生巨大经济损失，重则导致设施损坏，甚至引发人身事故。结渣的本质就是熔化的固体杂质与锅炉内粘结的灰尘在高温条件下凝固在炉壁上而产生的一种现象，详细地说就是当炉内温度高于灰尘熔点并受到烟气的不断冲刷时就会使得灰渣凝聚在炉壁上而造成结渣，由上述描述可推知产生结渣有以下几方面的缘由：（1）炉内温度要高于灰尘熔点，使灰尘熔化；（2）气流要不断冲刷受热面，使熔灰有机会到达壁面
2、并粘结在上面；（3）炉壁要有利于灰尘的凝固，即水冷壁对熔灰的冷却性差，煤灰未在炉膛出口处凝固而是粘黏在炉壁上形成炉渣。下面将分别从这几个方面对炉内结渣的影响因素进行详细分析，指出炉内结渣的危害及防治措施。一、影响因素1 .煤灰特性和化学组成煤灰成分与组成是产生锅炉结渣的根源。一般灰熔点低的煤简单结渣，与此同时，低熔点灰分通常粘性也强，因而增加了结渣的可能性。1.1 .灰的熔化温度灰熔温度同灰的成分有关，灰中的酸性氧化物，如SiO2,A12O3和Tio2等都是聚合物的构成者，因此会提高灰的熔化温度；碱性氧化物则相反，如CaO,MgO和Na20等都是聚合物的破坏者，会降低灰的熔化温度。但这种解释对
3、含有大量碱性物的灰来说不适用，所谓“褐煤型灰”就会有大量CaO和MgO,其量比Fe2O3多得多，这些灰中的SiC）2、Fe2O3、Na20和K20都会降低软化温度，而AI2O3、Cao和Mgo却提高软化温度。灰中铁的作用，要视其氧化状态而定，三价铁是聚合物的构成者，提高灰熔温度；二价铁则是聚合物的破坏者，降低灰熔温度。灰的熔化温度在氧化氛围与还原氛围中是不同的，两者的差异是随着灰中CaO和MgO成分的增加而变小。1.2 渣的粘度焦渣的粘度随温度而变化，温度提升，粘度变小，超过某一临界值时，焦渣便成液相，可在水冷壁表面形成一薄层而自由流淌，焦渣粘度温度曲线是预示煤粉炉结渣倾向的重要指标。讨论表明
4、，焦渣粘度与煤灰化学成分有关，当烟煤焦渣温度超过其临界粘度相对应的温度Tcv后，焦渣粘度就与灰分中的硅比Si02(Si02+Fe2O3+CaO+MgO)有肯定的关系。英国依据(SiO2/A12O3)、Fe2O3.CaO.Mgc)来确定与临界粘度相对应的温度。从临界粘度(约1020Pas到约104PaS范围内的焦渣呈塑性状态液固两相混合)，可依据其所对应的温度区域考虑吹灰器的型式和位置。2 .炉膛温度水平2.1 炉内温度影响结渣的因素很多，从炉膛结构来考虑，主要是温度的影响，尤其是燃烧器区域的温度水平。着火稳定性强的炉膛结构，结渣的可能性也越大。2.1.1 炉膛截面热负荷qAqA值过大，简单引起
5、结渣。炉膛截面热负荷qA的意义是指在单位时间内、单位炉膛横截面积上，燃料燃烧放出的热量。qA值过大，就表明炉膛周界过小，所能布置的水冷壁管子根数就少。在燃烧器区域，由于燃烧放热比较集中，假如没有足够的水冷壁汲取燃烧释放的热量，就会导致火焰温度很高，以至于当烟气中的灰渣靠近炉壁时，未能得到充分冷却，而引起结渣。相反，qA过小，就表明炉膛周界过大，所能布置的水冷壁管子根数增加，这时有利于减轻结渣，削减污染物的生成量。2.1.2 燃烧器区域的壁面热负荷QRqR值越大，越简单引起结渣。燃烧器区域的壁面热负荷qR的意义是指在单位时间内、燃烧器区域的单位炉壁面积上，燃料燃烧放出的热量。qR值越大，说明火焰
6、越集中，燃烧器区域的温度水平就越高，炉内温度易高于灰熔点，简单造成燃烧器区域的壁面结渣。2.1.3 炉膛容积热负荷qvqR值过大，简单引起炉膛上部受热面结渣。炉膛容积热负荷qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料燃烧放出的热量。qv一般用来代表燃料在炉内的停留时间，也可以说明炉内的温度水平。qv过大，说明在单位时间，单位炉膛容积内烧了过多的燃料，产生的烟气量随着增多，烟气流速过高，一部分燃料来不及完全燃烧就被排出炉外，即燃料在炉内停留时间减短。这表明炉膛容积过小。此时由于炉内所能布置的水冷壁受热面太少，烟气到达炉膛出口时得不到充分冷却，炉膛出口烟温提升，会使炉膛上部受热面结渣。2.1.
7、4 燃料的发热量和锅炉负荷燃用发热量较高或较低的煤都会加剧结渣。实际用煤发热量高于设计发热量是，炉膛温度及出口烟温提升幅度大，熔融状态的灰粒只要碰撞在水冷壁上就会造成结渣；燃用低发热量煤时，灰含量增加，局部热负荷过高而引起结渣。锅炉负荷越高，送入炉内的热量也越多，结渣的可能性也越大。3 .火焰中心上移和火焰贴墙3.1 火焰中心上移若火焰中心上移，炉膛出口烟温提升，会导致炉膛出口处的受热面结渣。导致火焰中心上移的缘由：（1）煤粉细度粗煤粉燃烧时间比较长，当煤粉中粗煤粉比例增加时，简单引起火焰延长，导致炉膛出口处的受热面结渣；但对于高挥发份的煤,如煤粉太细,则会因着火点前移,使喷嘴出口及其四周区域
8、结渣。（2）炉膛负压太大时，炉内气流会明显上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温提升，引起过热器结渣。3.2 火焰贴墙3.2.1 直流燃烧器次风气流偏斜采纳四角燃烧方式的锅炉，运行中简单发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣。引起燃烧器出口气流偏斜的主要缘由是：（1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要缘由。射流自燃烧器喷口射出后,由于受上游邻角气流的直接撞击，撞击点越接近喷口，射流偏斜就越大；撞击动量越大，气流偏斜就越严峻。（2）射流偏斜还受射流两侧补气条件的影响。假如射流两侧补气条件不同，就会在射流两侧形成压差，向火面的一侧收到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；而背火面的一侧补气条件差，压力较低。这样
9、，射流两侧就形成了压力差,在压力差的作用下射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。（3）气流刚性小时，气流简单发生偏斜，更易引起火焰贴墙。气流刚度与一次风速度有关，一次风速度过小，会导致气流刚度下降；燃烧器的高宽比对射流弯曲变形影响较大，高宽比越大，射流外形越宽而薄，刚性就越差。炉内四股气流的相互作用，不仅影响到气流的偏斜程度，也会影响假想切圆直径。切圆直径过大时，火焰简单贴墙，引起结渣；火焰旋转剧烈时，产生的旋转动量矩大，同时由于高温火焰粘度很大，到达炉膛出处，旋转残余较大，这将使炉膛出口烟温分布不匀称程度加大，引起将较大热偏差，导致过热器结渣或超温。3.2.2 旋流燃烧器旋流强度对
10、于布置旋流燃烧器的炉膛，当旋流强度过大时，会形成飞边火焰，引起结渣；若旋流强度过小，气流长度太长时，可能使气流直冲对面炉墙或顶撞对面的火焰而导致结渣。4 .壁面对熔灰冷却性差卫燃带和结渣壁面已结渣时，会降低炉膛的冷却力量，引起进一步的结渣，如此循环作用，炉渣就会越积越多。卫燃带是通过提高燃烧器四周烟气温度来改善稳燃性能的。实践证明：卫燃带可有效提高燃烧器区域四周的烟气温度，提高幅度可达200左右，是解决低值煤在低负荷时稳定、高效燃烧的一种有效途径。然而，当水冷壁表面敷设卫燃带后，其表面温度显著提升。由于卫燃带是敷设在水冷壁的表面而与炉膛火焰直接接触，其必定受到炉膛内高温烟气流的冲刷；因此其外表
11、面极易与高温熔融的煤灰颗粒发生反应，使灰在其表面附着、沉积，直至与其致密结合而侵蚀卫燃带，即结渣。由于目前在炉内敷设的卫燃带其位置与面积在运行中不能转变且表面比较粗糙的问题，因而运行中当煤质变化较大时，卫燃带表面简单引起结渣，或使炉膛出口烟温过高而消失过热器超温等现象。5 .过度空气系数当炉内局部区域过度空气过小且煤粉与空气混合不匀称时，可能产生还原性气氛，而煤粉在还原性气氛中不能充分氧化，灰分中Fe2O3被还原成FeO,Feo与SiOz形成共晶体，其熔点温度就会降低，有时会使熔点下降150-200C,结渣倾向随之增加。采纳高煤粉浓度燃烧方式时，由于燃烧放热过于集中，使局部区域温度提升且处于还
12、原性气氛中，结渣也会倾向严峻。6 .辅机的运行辅机的运行也会对锅炉炉内结渣产生影响，磨煤机出力降低时，煤粉颗粒变粗，进入锅炉的煤粉燃烧不完全，煤粉在炉内停留时间长，影响炉膛出口烟温。同时由于惯性大，简单被甩到受热面上造成结渣；若磨煤机出力增加时，煤粉颗粒变细，易被金属吸附，使得表面温度提升，同时炉膛的出口温度将提升，也易引起结渣。给粉机运行不正常时，也会促进灰熔融软化，导致负荷波动很大；吹灰器故障或者吹灰不准时也会导致结渣。这些辅机的运行工况在很大程度上加剧了炉膛结渣。7 .其它吹灰：吹灰器长期不投，受热面积增多时，可能导致结渣。单只燃烧器功率：单只燃烧器功率过大，会使炉膛受热面局部温度过高，
13、易于结渣。二、受热面结渣的危害积灰或结渣的危害是相当严峻的，依据运行阅历，可归纳为下述几个方面：1 .使炉内传热变差，加剧水冷壁结渣过程；2 .炉膛出口的受热面结渣或超温；3 .炉膛内未结渣的受热面金属表面温度提升，腐蚀性气体增加，引起高温腐蚀；4 .排烟温度提高，锅炉效率降低；5 .结渣严峻时，大块渣落下，可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。三、防止炉内结渣的措施1 .炉膛设计中防止结渣的措施U锅炉设计的前提众所周知,锅炉必需按肯定的煤质特性来设计制造。因此,正确地选定设计煤种,以期在电站建成后,从煤的产、供、销、运等方面都得到保证,是使机组能在设计条件下正常运行,充分发挥其应有效益
14、的基本前提,必需充分重视。依据对我们国家煤质性质及燃烧效果的分析,有些锅炉结渣并非都是运行不当或设计不正确的结果,而是煤根本不适于所用的燃烧方式。例如固态排渣煤粉炉燃用灰分高、灰熔点过低的煤,就不行避开地会严峻结渣,而液态排渣煤粉炉或流化床燃烧锅炉,则恰恰适用于这种煤种。可见依据煤种性质选择正确的燃烧方式,是避开燃烧某些煤种造成锅炉结渣的根本性措施。1.2 正确设计炉膛结构,合理布置辐射受热面过去炉膛设计最重要的结构设计指标是炉膛容积热强度和炉膛断面热强度，整个炉膛设计合理的推断指标是炉膛出口烟温应低于燃料的灰熔点。然而对300MW及以上锅炉炉膛设计的讨论表明,大型锅炉炉膛结构设计的指标远不止
15、这几项。除炉膛容积热强度、炉膛断面热强度外,还有燃烧器区域的热强度、炉膛辐射受热面热强度、最上层燃烧器中心距分隔屏式过热器底部的高度、以及最下层燃烧器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指标。加设这些指标的目的是不仅要满意炉膛燃烧和传热的要求,还要保证炉膛运行平安牢靠。1.3 燃烧器的设计燃烧器功率的选择和布置大容量锅炉的特点是燃烧器数量多,必需多排布置。近年来,特殊受到NOx排放量的限制,趋向于采纳单支热功率较小的燃烧器,因此需用燃烧器区域壁面热强度反映燃烧器区域火焰集中的状况。燃烧器区域壁面热强度随锅炉容量变化不大,数值大约在1.42.0MWm2之间。对燃用灰熔点低的煤,为防止运行结渣可将高度方
16、向的距离拉开,使燃烧器区域的温度水平降低。例如盘山电厂的500MW锅炉,设计燃烧器区域壁面热强度取值只有0.9MWm2,保证了运行多年而不结渣。燃烧器高度确定后,还要校核最上排燃烧器至分隔屏过热器底部的高度,以避开火焰直接冲刷屏底和满意火焰有效燃烬高；校核最下排燃烧器至冷灰斗转角处的距离,避开火焰直接冲刷冷灰斗斜面。在受热面四周制造氧化性气氛采纳直流燃烧器可在其上下端增设防焦风室。直流燃烧器还可采纳低NOx同心燃烧系统。偏置的二次风角度可推迟风粉混合时间,抑制NOx生成,同时可使煤粉气流位于炉膛中心,水冷壁四周为氧化性气氛,其效果可避开火焰冲墙,提高灰熔点。采纳旋流燃烧器应使每个燃烧器之间尽量
17、不相互影响,尤其是靠近侧墙的燃烧器应与侧墙有足够的距离,以免侧墙结渣及发生高温腐蚀。此外还可在炉膛下部设计边界屏幕风系统,使下炉膛的炉墙表面形成一层氧化性的屏幕风,提高灰熔点防止结渣。1.4有关炉膛的其它细节设计（1）吹灰器是防止炉膛严峻结渣所必需的设施,同时它还可提高锅炉效率,是节能的重要手段。因此炉膛必需配置吹灰器,并要保证吹灰器的制造和安装质量。（2）在炉膛简单结渣的部位,如一次风喷口处,燃烧器区域的左右侧墙边上,折焰角四周,靠近冷灰斗斜坡处等,应布置观看孔、打渣孔,并便于运行人员接近作检查维护工作。（3）炉膛冷灰斗设计角度应不小于50。，冷灰斗处的水冷壁管和支撑结构应能承受大块焦渣的坠
18、落撞击和特别运行时焦渣大量积累的荷重。（4）锅炉炉底除渣设施的牢靠运行不行忽视,元宝山电厂和石洞口二厂的600MW锅炉运行初期发生炉底严峻结渣,均与除渣设施的设计错误和运行不良、排渣不畅有关,因此除渣设施的设计、制造、安装、施工质量等都应引起充分留意。2运行中防止结渣的措施2.1 加强燃料管理保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行性能的关键因素。电厂燃料供应应符合锅炉设计煤质或接近设计煤质的主要特性（灰分、灰熔点、水分、挥发分）。严峻不符合本厂锅炉燃烧要求的燃煤,电厂有权拒绝接收。煤场存煤要按不同煤质进行分堆,依据实际煤质状况配制入炉煤。有条件时,可掺烧其它不易结渣的煤种（但也要符合设计煤质要求
19、）。每天准时精确地供应入炉煤的工业分析和灰熔点,供运行人员参考,以利锅炉燃烧调整。2.2 通过燃烧调整试验建立合理的燃烧工况燃烧调整试验的目的是使锅炉在最佳工况下运行,其内容应包括：（1）制定锅炉在不同负荷下最佳工况运行的操作卡。确定不同负荷下燃烧器及磨煤机的投运方式,防止燃烧器区域热负荷过于集中；确定锅炉不投油稳燃的最低负荷,尽量避开在高负荷时油煤混烧,造成燃烧器区域局部缺氧和热负荷过高。（2）确定煤粉经济细度；保证各支燃烧器热功率尽量相等,且煤粉浓度尽量匀称。（3）确定摇摆式燃烧器允许摇摆的范围,避开火焰中心过分上移造成屏区结渣,或火焰中心下移导致炉膛底部热负荷提升和火焰直接冲刷冷灰斗。（
20、4）确定不同负荷下的最佳过剩空气系数,调整一、二次风率、风速和风煤配比,以及燃料风、帮助风的配比等,使煤粉燃烧良好而不在炉壁四周产生还原性气氛。避开火焰偏斜直接冲刷炉壁等等。锅炉的运行和操作,必需严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。2.3 加强锅炉运行工况的检查与分析运行值班人员每班必需对锅炉结渣状况进行就地检查一次,发觉有严峻结渣状况,应准时汇报、处理。专业工程师要定期分析锅炉运行工况,对易结渣的燃煤要重点分析减温水量的变化和炉膛出口温度的变化规律,以及过热器、再热器管壁温度变化的状况。锅炉在额定工况运行时,若发觉减温水量特别增大和过热器、再热器管壁超温,或喷燃器全部下倾,减温水已用
21、足,而仍有受热面管壁超温时,应适当降低负荷运行和加强吹灰,如已实行降负荷运行等措施仍无效时,应马上停炉处理。采用夜间低谷运行周期性地转变锅炉负荷是掌握大量结渣、掉渣的一种有效手段。但要防止负荷突然大幅度变化,以免有可能造成大块渣从上部掉下打坏承压部件。2.4 加强吹灰器和除渣设施的运行和修理管理锅炉受热面吹灰器必需完善投用,运行各值必需严格按运行规程对各受热面进行吹灰。运行人员要加强吹灰器的现场检查,发觉吹灰器因泄漏或卡涩故障或程控失灵,应马上手操退出,避开吹坏炉管和烧坏吹灰器。要加强吹灰器的缺陷管理和修理管理,消失问题准时消缺。常常支配少量吹灰器轮番大修,保持吹灰器高的可用率。灰控值班人员应加强对出灰状况的监视和分析,每班要检查冷灰斗观看窗,观看灰坑是否有堵渣现象。若发觉渣斗内的堆渣超过斗内的水位,实行措施无效时,应停炉处理。出渣设施发生故障应马上修复,防止水冷壁冷灰斗中产生堆渣现象。
