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1、发电厂动力部分结课论文 锅炉防治结焦改造技术研究及在我国火力发电应用发展 学生姓名： 学 号： 班 级： 指导教师： 2012年 10月25日目 录一、前言3二、锅炉结焦的原因分析42.1煤质影响42.2运行因素的影响42.3其他因素的影响4三、结焦的危害53.1 锅炉效率下降53.2 影响锅炉出力53.3 影响锅炉运行的安全性5四、防止锅炉结焦的对策54.1煤粉细度应合适54.2适当提高一次风速64.3炉膛出口温度场应尽可能均匀64.4组织合理而良好的炉内空气动力场64.5控制燃烧中心温度64.6从炉内旋转气流对燃烧器射流的冲击力和作用点入手64.7四角煤粉浓度及各燃烧器配风应尽量均匀64.
2、8合理控制炉内过量空气系数a74.9保证空气和燃料的良好混合74.10应用各种运行措施控制炉内温度水平7五、改造措施及防治结焦的新技术75.1优化卫燃带布75.2改进燃烧器设计7六、新技术在我国的应用发展及前景展望8七、结论9参考文献10煤粉锅炉结焦原因分析及新技术的应用机械工程学院 机械设计制造及其自动化专业 姓名： 指导教师： 摘 要: 煤粉炉结焦问题普遍存在，是目前危机锅炉安全经济运行的一大难题。在我国,电站锅炉燃用煤质较差，且煤质多变，由于结焦而降低出力和热效率达20%和2.5%,它的存在不仅影响了锅炉的经济性，并且对锅炉的安全运行也造成一定的影响。因此，采取相应合理的综合治理措施及使
3、用新技术是保证火电厂安全运行和提高经济性的关键课题之一。 本文通过对锅炉炉膛受热面结焦过程与原因的深入分析， 探讨了运行中防止炉膛结焦的方法，可采取一些相应对策及考虑新技术，例如煤中添加除焦剂、卫燃带使用隔热涂料等。通过优化调整，锅炉的各项参数都趋于稳定，锅炉运行工况得到改善，锅炉运行效率也大幅提高。关键词: 锅炉炉膛；结焦；原因分析；防治技术；运行效率Abstract:Pulverized coal boiler coking problem exists, the current crisis is safe and economic operation of boilers is the
4、 one big difficult problem.In our country, power station boilers burning coal quality is poorer, and various coal quality, due to coking and reduce output and thermal efficiency of 20% and 2.5%, its existence is not only influence the boiler efficiency and the safe operation of boiler, also cause ce
5、rtain effect.Therefore, to take corresponding reasonable comprehensive management measures and the use of new technology is to ensure safety operation of the thermal power plant and improve the economy one of the key topics.Based on the heating surface of boiler furnace coking process and reasons fo
6、r in-depth analysis, discusses the operation prevent furnace slagging method, can take some corresponding countermeasures and consideration of new technologies, such as coal adding coke removing agent, fire-resistant insulation coatings using.Through the optimization and adjustment of boiler, the pa
7、rameters are stable, the running condition of the boiler is improved, the operation efficiency of the boiler is also greatly improved.Keywords:Boiler furnace; Coking; Cause analysis; Prevention and control technology; Operating efficiency一、前言煤粉锅炉的结焦现象是锅炉运行中最常见的问题之一，根据结焦机理，结焦分高温结焦和低温结焦。高温结焦是由于运行中温度过高
8、，床料燃烧异常猛烈，温度急剧上升，当温度超过灰的熔化温度时就会发生高温结焦。低温结焦是因为流化不良使局部达到着火温度，但此时的风量足以使物料迅速燃烧，致使该处物料温度超过灰熔点，如不及时处理就会发生结焦。所以，温度超过灰分熔点时易产生结焦。温度高和温度低都可能结焦。锅炉结焦将对机组运行的安全性和经济性产生不良的影响,锅炉结焦直接影响炉膛内气流的正常流动状态和炉内的燃烧过程，造成结焦处水冷壁吸热量减少，循环速率下降。大面积结焦时，炉膛内吸热量大大减少，炉膛出口烟气升高，过热器管壁超温。严重时甚至会使水冷壁发生爆管的事故。在高温作用下，结焦也容易与管壁发生反应造成高温腐蚀。由于结焦使炉膛内受热下降
9、，出口温度升高，造成排烟温度升高，从而增加了排烟热损失，降低了锅炉效率。当焦块掉落时，还很有可能砸坏水冷壁、除渣设备等。因此防止锅炉结焦是至关重要的，具体对策有如优化燃烧调整及加强管理；保证锅炉氧量均衡；定期吹灰；控制煤粉细度；控制炉膛温度等等。也可依据锅炉的结焦要因，主要改造措施围绕优化卫燃带布置、改进燃烧器设计进行，并在运行中辅以煤质达标管理来减轻煤质结焦性的影响。相信随着锅炉防治结焦新技术的开发应用，结焦问题将会得到更好的解决。二、锅炉结焦的原因分析2.1煤质影响由于结焦主要是煤矿物质，则在加热过程中易形成低熔点的共熔体。为判断不同煤种在燃烧时的结渣性能，目前运行中普遍使用的是测定飞灰的
10、熔融特性。易结渣煤种的灰分含量越高，对锅炉运行越不利，就越容易结焦。锅炉正式移交生产后，燃用煤质变化很大（调试期间，同一天采集的两个煤样的发热量一个为10680kj/kg，另一个为19160kj/kg）,灰熔点低（采样分析ST=1180度），经常因炉膛结渣，限制锅炉负荷。锅炉仅带160t/h负荷。结渣的规律一般是从炉膛2、4号角的水冷壁上开始，并很快发展到整个炉膛，其结果是过热器减温水门全开，汽温仍然控制不住，最后被迫降负荷。2.2运行因素的影响各一次风喷口速度不一，差别最高约38m/s，最低约21m/s。二次风因风门实际开度与控制室内表盘指示不一致，二次风速差别较大，个别的二次风口挡板甚至全
11、关。造成炉膛内气流动力场紊乱，一次风粉刷墙，使水泠壁结渣。煤粉粗。煤粉取样筛分的结果为1号粉仓的煤粉细度为R90=36%，2号粉仓为R90=41%。设计值R90=20%25%通过对炉膛内的燃烧状态观察分析，发现一次风从喷口喷出后，被炉膛内旋转气流甩到冷壁上，因煤粉粗，煤粉颗粒粘在水壁上继续燃烧，即在水冷壁上结渣生根，并形成恶性循环，逐渐发展大面积结渣。一次风速高，一次风速平均在34m/s36m/s。一次风设计值为30m/s。在球磨机运行时，磨煤机通风量增大，煤粉变粗。同时，炉内旋转气流量加大，由于离心力的作用，煤粉粗颗粒更加容易甩到水冷壁上。各一次风喷口间粉量不均。一方面，给粉机实际转数与控制
12、室表盘指示不一致；另一方面，给粉机实际转数相同时，由于落粉管在煤粉仓的位置差别，粉量也不一样，捞渣机渣量经常差别很大。炉内实际切圆较大，造成含粉气流贴壁结渣。该炉的假想切圆直径为d800mm虽然在燃烧器设计时,采取了将燃烧器分组,改善燃烧器两侧补气条件等技术措施,但相对于易结渣性煤,假想切圆直径还是偏大,实际切圆直径达d2650mm,试验也表明一次风处气流存在贴边现象，这种气流贴边极易造成炉内结渣。2.3其他因素的影响容积热负荷、截面热负荷的影响。炉膛容积热负荷是衡量煤粉在炉内停留时间的尺度，也表征了整个炉膛的燃烧和吸热强度。如其数值过高，则意味着炉膛出口烟温趋高，炉膛及其出口部位易结渣，燃尽
13、度也可能较差。炉膛截面热负荷作为燃烧器区水冷壁热负荷的指标，如数值偏高则意味着燃烧器中心区温度水平会较高。下炉膛结渣可能性增加，但燃烧稳定性会较好。吹灰。防止水冷壁结渣和积灰最常用的方法是吹灰。经验表明，对于结渣性严重的煤种，吹灰器经常投用（每天36次）是防止大容量锅炉恶性结渣、提高机组可用率及经济性的有效措施。燃烧中心的调整。通过燃烧调整使燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜或贴边。总之，切向燃烧煤粉炉的结渣问题，除与燃用煤质有关外，还与切圆直径大小、燃烧器型式与布置以及运行方式等因素密切相关。只有通过综合治理，才能有效地减轻或防止结焦。三、结焦的危害3.1 锅炉效率下降受热面结渣后，使传热恶化水
14、冷壁的吸热量降低烟气温度升高造成排烟温度升高，锅炉热效率下降；燃烧器出口结渣，造成气流偏斜，燃烧恶化，有可能使化学未完全燃烧热损失增大；在炉膛出口处结焦，使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升。自2007年以后，锅炉各项经济指标如飞灰由原来的78，上升到1012排烟温度由原来的132升高到145厂用电率也大幅升高，经济指标大幅下滑，使锅炉的经济性变差。3.2 影响锅炉出力水冷壁结渣后，由于大量的结渣附着在水冷壁上，受热面内汽水混合物吸热效果下降，如保持燃料量不变，则锅炉的蒸发量将下降；炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁温度升高，当结焦严重时通风阻力的增大，增大引风机出力，当引风机出力到最大时被
15、迫降低锅炉出力。3.3 影响锅炉运行的安全性结渣后过热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增大，对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏差带来不利影响；炉膛上部结渣块掉落时，可能砸坏冷灰斗水冷壁管，造成炉膛灭火或堵塞排渣口，使锅炉被迫停止运行；除渣操作时间长时，炉膛漏入冷风太多，使燃烧不稳定甚至灭火。锅炉的大焦块掉在捞渣机后，瞬间产生大量的水蒸气，破坏捞渣机的水封，同时使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火。锅炉自2007年开始炉膛温度偏差开
16、始逐渐增大，单制粉情况下偏差在70左右，在启动双制粉的情况下最大偏差能达到150，屏过壁温经常性越线。从07年到08年锅炉因大量掉焦造成燃烧波动导致的灭火3次。四、防止锅炉结焦的对策锅炉结焦原因是多方面的，防止或解决锅炉结焦问题首先应找出结焦的原因，从多方面入手，加以解决。防止和减少锅炉结焦的具体措施如下：4.1煤粉细度应合适煤粉粗，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，冲墙后容易引起结渣。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，易引起结渣。 4.2适当提高一次风速适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结渣
17、，提高一次风速可推迟煤粉的着火，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附加结渣。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，避免一次风气流直接冲刷壁面而产生结渣。 4.3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渣温度。应用三次风、二次风反切来减少残余旋转，必须能够很准确地计算出主旋气流和反切气流的动量矩以及合成气流的动量矩，而且通过运行调试来观察是否满足运行要求。 4.4组织合理而良好的炉内空气动力场组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。 4.5控制燃烧中心温度使
18、燃烧中心温度高达14001600度当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，易黏结附于炉壁上形成结渣，尤其是在有卫燃带的炉膛内壁，表面温度很高，又很粗糙，更易结渣，而且易成为大片焦渣的策源地。因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边。4.6从炉内旋转气流对燃烧器射流的冲击力和作用点入手旋转强度大，射流偏转加剧，实际切圆增大；一次风射流刚性；射流两侧补气条件差异；燃烧器组长宽比及燃烧器喷口间隙。当燃烧器组高宽比越大时，燃烧器组中间部分从上下两侧获取补气的条件越差，射流偏转加剧。4.7四角煤粉浓度及各燃烧器配风应尽量均匀煤粉喷口煤粉量分配不均匀的状况必然造成炉膛局部缺氧和负荷分配不均匀，在
19、燃烧空气不足的情况下，炉膛结渣状况恶化。当燃烧器配风不均匀或者锅炉降负荷，燃烧器缺角或缺对角运行时，炉内火焰中心会发生偏斜。运行时要尽量调平四角风量，避免选择合理的炉膛出口温度：根据经济技术比较，对煤粉炉最为经济的炉膛出口温度在12001400度之间，但实际上，为了防止对流受热面结渣，炉膛出口温度不能过高。在炉膛出口布置屏式受热面的锅炉，对一般性结渣性煤应小于1200度。4.8合理控制炉内过量空气系数a过量空气系数a增加，受热面的积灰、结渣趋势减弱。主要归因于炉膛出口烟温降低，炉膛壁面处的烟温降低。过量空气系数过低容易造成氧量不足，在炉内出现还原性气氛，熔点较高的Fe2O3还原为熔点较低的Fe
20、O，从而使灰熔点大大降低，这样就增加了结渣的可能性。4.9保证空气和燃料的良好混合避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结焦：当一、二次风的位置、风速、风量设计不合理时，尽管炉内总空气量大，但仍会出现局部区域的炽热焦碳和挥发分得不到氧量而出现局部还原性气氛。当煤粉炉烟气含氧量低于3时，由于局部缺氧，将会使CO含量急剧增加。4.10应用各种运行措施控制炉内温度水平第一，炉内温度水平高，将使煤中一些易挥发碱性氧化物汽化或升华（1400度以上），使碱金属化合物在受热面上凝结（10001100度）。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强黏结性灰。第二，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐
21、反应的条件，还会使含有碱性化合物的积灰外表层黏结性增强，加速积灰过程的发展。第三，煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接黏在受热面上，产生严重结渣。 措施：加大运行中过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气氛，调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。五、改造措施及防治结焦的新技术根据锅炉的结焦要因，主要改造措施围绕优化卫燃带布置、改进燃烧器设计进行，并在运行中辅以煤质达标管理来减轻煤质结焦性的影响。5.1优化卫燃带布主要是去除四角燃烧器向火侧和背火侧各高4.lm，宽0.5m的卫燃带，以及炉膛上部标高13.815m的卫燃带(见图1所示
22、)，占全部卫燃带面积的1/3。这样可避免燃烧器喷口附近结焦，同时防止水冷壁挂结大焦。5.2改进燃烧器设计关键技术点包括:(1)改用百叶窗式水平浓淡燃烧器。通过使用百叶窗式煤粉浓缩器来进行浓淡分离(见图2)。百叶窗式水平浓淡燃烧器综合性能较好，具有高效、低负荷稳燃和防止结焦的功能，避免因去除一部分卫燃带而导致燃烧不稳。 (2)在一次风喷口浓侧增加钝体。通过钝体产生煤粉密集和高温回流，大大增加了一次风着火性能。(3)在一次风喷口加装侧二次风。侧二次风使得在靠近水冷壁区域形成较强的氧化性气氛，防止煤粉气流刷墙结焦。(4)减小一次风燃烧切圆，由必700m减小到513mm，从而起到强化燃烧作用，并减少煤
23、灰颗粒向水冷壁的惯性迁移和挂焦现象。(5)在一次风之间增加狭窄可调的二次风。可根据运行需要投用，提高对煤质变化的适应性，以确保煤粉稳燃和燃尽。六、新技术在我国的应用发展及前景展望 改造之后的锅炉结焦情况明显好转，没有结大焦现象，没有因结大焦而导致计划外停炉。从效益上看，锅炉的连续运行确保了向氧化铝的稳定供汽，确保了汽轮机多创发电效益，减少了运行人员打焦工作量，并减少了启停炉消耗与清焦检修费用。仅节油一项，每次启停炉需要消耗约20吨轻柴油，价值20吨5000元/吨=100000元。这意味着两台炉每月可节省燃油费用20万元。两台炉改造后也有一些不足，如运行中落焦较为频繁。锅炉还暴露出了稳燃问题，燃
24、烧工况对挥发份的变化和落焦的扰动极为敏感，运行最低负荷只能保证180t/h。分析认为是喷口处卫燃带被打掉造成煤粉着火温度不足，炉墙中心2m卫燃带被打掉造成炉膛温度水平低所致。最后被迫掺烧一部分烟煤来解决问题。这表明改造时对于着火稳燃的考虑不周。锅炉则表现为在调平四角的风速后，炉膛两侧出口烟温偏差较大，超过100；同样煤质下，锅炉飞灰可燃物、排烟温度相比4#锅炉偏高，煤耗也偏高。这反映了改造设计的百叶窗水平浓淡燃烧器气流的刚性较强，在炉膛出口有残余旋转。火焰长、后期煤粉和空气混合不好，是浓淡分离燃烧技术应用于低挥发份煤时的弊端。以上改造措施的一个特点是:主要针对炉膛结焦防治，但同时又十分注意煤粉
25、稳燃问题，毕竟无烟煤的着火和稳燃相对困难锅炉防治结焦改造取得了实效，结焦不再成为阻碍生产的关键性问题，但在煤质恶化、持续高负荷运行的情况下，对结焦问题仍不可掉以轻心，可采取如下新技术进行进一步结焦防治。1、煤中添加除焦剂除焦剂通过化学的方法有效提高煤的灰熔点，破坏煤灰的粘结性，改变焦渣的物理形态与化学反应，使焦渣变酥软易粉化，从而达到减少或防止锅炉结焦的目的。除焦剂有多种添加方法。可将溶解于水中的除焦剂连续均匀微量地加入给煤机内的入炉煤上，也可采用加药器直接喷入炉膛高温区或焦块上。目前热电厂锅炉已采取煤中添加除焦剂的方法，取得了较好效果，如炉膛不再出现结焦现象，焦渣呈粉末状并自行脱落于炉底捞渣
26、机中。2、卫满带使用热涂料用耐火材料和钩钉敷设的卫燃带是确保锅炉稳燃的重要手段，但经常又是生成大片焦渣的策源地。避免结焦与确保稳燃看似矛盾。一种新的卫燃带敷设技术是水冷壁耐高温隔热涂料的使用。这是一种能耐1800高温、并阻止水冷壁辐射吸热的涂料，其导热系数与粘土质耐火材料相仿，在lw/mK以下，能有效减少涂层下受热面的吸热，从而起到卫燃带的作用。由于喷涂上去后陶瓷化的涂层表面坚硬光滑，不容易粘贴挂焦，克服了以往卫燃带存在的挂焦问题。3、水、汽联合吹灰吹灰是防止积灰结焦加剧的常用方法，炉膛一般也都设计有蒸汽吹灰器。但对于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，而采用水力吹灰就很有效。水力除焦是用较高压力的水(最
27、高可达1.5MPa)射向焦体，由于焦块温度很高，遇水急冷而破碎，从水冷壁或卫燃带上掉下来。但要注意当锅炉负荷偏低如小于75%额定负荷时，不宜对水冷壁管进行水力除焦，防止其破坏水循环。水力除焦要勤要快，每次除焦时间不要超过23min。根据有些电厂的经验，联合使用水、汽吹灰效果更佳，即用水吹灰后接着再用蒸汽吹灰。七、结论1. 本文根据结焦机理及表现，分析了结焦的具体过程，以及带给人们经济损失和安全威胁。2.针对锅炉结焦的原因采取相应的对策，通过提高锅炉的氧量、对入炉煤进行合理调配、合理降低炉膛内温度及炉膛出口温度、控制合理的煤粉细度、加强吹灰、消除锅炉漏风、并加强对运行参数的监视及调整，使锅炉结焦
28、情况明显的减少。3.深入浅出的分析了结焦的危害，并相应的提出了防止结焦的对策及改进方法。 4.针对锅炉存在的结焦问题,分析确认了诱发结焦的因素,通过改进燃烧器设计、优化卫然带布置等技术改造,大大减轻了结焦状况。通过分析产生结焦的原因，执行各项防止结焦的技术措施，在实践中不断积累操作经验，我相信随着锅炉防治结焦新技术的开发应用，结焦问题将会得到更好的解决。参考文献1.刘德阳.锅炉高温过热器区域结焦积灰处理措施J.发电设备,2007,4.2.苏怀胜等.大唐盘山电厂锅炉燃用神木煤防止结渣的可行性分析J.电力设备,2008,1.3.刘德阳.无烟煤煤灰化学成分及其对炉膛结焦的影响J.中州铝科技,2004,4.4.徐秀清等.大容量锅炉四角切圆燃烧时烟温偏差问题J.电站系统工程,2001,1.5.黄竹青等.煤粉浓缩燃烧技术的应用及其利弊分析J.锅炉技术,2003,66.岑可法.锅炉和热交换器的积灰，结渣，磨损和腐蚀的原理和计算M.北京科学出版社，1995,3.7.罗晓,郑永利.锅炉受热面结渣的危害与预防期刊论文.石油化工腐蚀与防护,2004,3.8.蒋月美,苏艺,冯莉莉.锅炉结焦机理分析期刊论文.锅炉技术,2001,6.
