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大方电厂核相仪结焦的原因及对策

  1、前言
大方发电有限公司＃1炉系东方锅炉厂生产的DG1025/18.2－II15型亚临界、一次中间再热、自然循环固态排渣、“W”火焰燃烧汽包炉。设计参数为：过热蒸汽流量：1025t∕h；过热蒸汽出口压力17.35MPa；过热蒸汽出口温度540℃。再热蒸汽流量：844.16 t∕h；再热蒸汽入口压力3.91MPa；再热蒸汽入口温度327.5℃；再热蒸汽出口温度540℃，给水温度279.5℃。汽包工作压力18.7MPa。锅炉额定蒸发量947.5 t∕h。过热器系统共设置两级喷水减温，再热器系统共设置**事故喷水减温。
大方发电有限公司＃1机组于2006年7月11日22：45点火,进入168小时试运行，于2006年7月22日4：40分顺利通过168小时试运行，进入商业运行阶段。

2、机组投产后存在的问题：
机组投产后，在运行中出现*多、*麻烦的问题是锅炉结焦比较严重，特别是四角翼墙及左右墙；垮焦次数特别多，仅8月份一个月內大的垮焦次数就达7次，其中1次导致锅炉熄火，6次导致捞渣机卡死，需投油助燃的小的垮焦次数几乎每天都有。 8月份一个月的助燃用油高达106吨，飞灰含碳率12-15%，排烟温度170℃以上。

3、结焦的原因分析：
3.1结焦的机理
结焦，是指在煤粉炉的炉膛中，熔融的灰渣粘结在受热面上的现象，粘结物硬度大、密度大；积渣，是指熔融的灰渣不断积聚在受热面上的现象，积聚物松软。结焦、积渣形成有两个条件，一是温度过高，二是灰熔点过低。锅炉结焦是个很复杂的物理化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、煤质的结焦特性、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等过程。结焦的形成主要有以下几个过程：
3.1.1煤粉在燃烧过程中形态的变化
3.1.2灰粒向水冷壁的输运过程
3.1.3灰渣在管壁上的粘接和结聚长大
3.2造成我厂#1炉结焦严重的原因
造成我厂#1炉结焦严重的原因很多，现分析如下：
3.2.1设计方面核相仪
1）设计煤种与实际燃用煤种的特性参数相差较大，设计煤种的灰份为25.66%，而实际燃用煤种的灰份都在40%以上，有时高达47%。设计煤种的低位发热量为22.486MJ/kg,而实际燃用煤种的低位发热量仅有17MJ/kg左右，设计炉膛热负荷过高；辐射受热面布置较少，水冷壁管间距过大，吸热量小；炉膛出口烟气温度选得太高；炉膛出口流通截面狭窄，火焰中心位置太高。
2）卫燃带、耐火砖敷设过多。由于我厂所燃用的是极难着火和燃烧的无烟煤，为了稳燃，在下炉膛水冷壁大面积敷设耐火砖，使得燃烧区域炉膛热负荷偏高，炉膛温度高，熔融的煤粉极易粘附在耐火砖上结焦、积渣。停炉后检查发现主要是耐火砖上和敷设耐火水泥的部位结焦、积渣严重，尤其是四个小角部*为严重。
3.2.2燃烧调整方面
1）燃烧中空气量不足。燃烧过程中，若空气量不足，其燃烧时就不易达到完全燃烧，未完全燃烧将产生一氧化碳及氢等还原性气体。在烟气中存在还原性气体，使灰中熔点较高的三氧化二铁还原成熔点很低的氧化铁，大大降低了灰熔点(可能降低300～350℃)，会形成严重的结焦。燃用挥发核相仪分较大的煤，如果空气量不足，也会使结焦加剧。我厂#1炉刚投产，运行人员之前都是在200MW及以下的锅炉机组中工作，且都是四角切园的锅炉，对于300MW的“W”燃烧炉，都没有运行经验，在操作时，比较保守，怕熄火，风量用得小，所以空气量不足，常常缺氧燃烧。
2）燃料与空气混合**，搅拌**
锅炉运行的配风方式也是影核相仪响结渣或积灰的主要因素。由于燃料与空气混合不好，即使供给了正常所需要的空气量，也会出现空气量不足的问题。因为混合搅拌**的时候，某些部分空气多一些，则燃烧就完全，有的地方空气少一些则燃烧就不完全。从而造成煤在炉内燃烧**、烟气温度不均匀。在烟气温度高的地方，管壁温度高，未燃尽的煤粉颗粒一旦粘结在上面继续燃烧，将形成灰粒的粘附。在燃烧不完全,产生大量的CO,使灰熔点降低,导致结渣。
混合**是由于风量调配不恰当（例如一、二次风的比例不当），燃料及二次风调整不好所造成的。故喷燃器的结构对风粉的混合有着很大的影响，喷燃器的布置不当和结构上有缺点，往往会使结焦加剧。此外,由于炉膛内的烟气处于剧烈的运动中,烟气成分不断变化,同一煤种的煤灰在不同部位的灰熔点可能不同,也促进了结渣。由于我厂#1炉刚投产，运行人员经验不足，对设备的特性尚未完全吃透，这一问题就显得特别突出。
3）燃料和空气散布不均，造成火焰偏斜
火焰的偏斜是燃料和空气散布不均所造成的。在正常运行中炉膛中心温度应该*高，由于火焰的偏斜将使*高火焰层移到边侧，这样灰就得不到足够的冷却，而灼热的灰粒与水冷壁受热面接触的时候，就很快的粘了上去，形成焦。燃料与空气散布不均，往往是由于运行调整不及时或调整不当所致。从我厂停炉后检查左右两侧墙及四角结焦较严重的结果来看，就充分说明了这一问题。
3.2.3运行管理方面核相仪
1）吹灰打焦不及时
在锅炉的某些受热面上积灰后，受热面变得粗糙，一有粘性的灰碰上去，就很容易附在上面。因为它是一个自动加剧的过程。若不及时清焦，结焦加剧，将会使锅炉出力受到限制。
2）煤粉细度不均匀核相仪
煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响，煤粉过细、过粗均可能引起结渣。煤粉细度视煤种与具体的锅炉的结构而定，应通过试验来确定。对于直吹式制粉系统，当磨煤机出现故障时，煤粉颗粒变粗，进入锅炉的煤粉燃烧不完全，且燃烧后的灰粒容易产生离析，撞击炉膛受热面而产生结渣。由于垮焦，使燃烧不稳而投油助燃，使火焰温度升高，并促进灰熔融软化。此外，由于煤油的燃烧速度不同，会造成局部燃烧不全、还原性气体增多，灰熔点降低，甚至还会造成煤粉和空气在炉膛中分布不均匀，导致火焰偏斜，*高焰层边移，而使燃烧后的灰渣得不到足够的冷却，进而使灰粒与炉膛内的水冷壁管接触时，粘结在上面而形成结渣。
3）磨煤机运行方式的影响
对于直吹式制粉系统，当投入炉膛两边磨煤机对应的火嘴时，因其边界空气量的不足，会造成严重的结焦。尤其是四角火嘴，B1、B4、C1、C4的长期投用。
3.2.4煤质方面
1）燃料质量低劣
煤内杂质偏多，灰熔点核相仪低，灰分大，都容易产生结焦。灰中的含铁量和碱类的增加将灰的熔点大大降低,当煤含有较多量硫化铁的时候,结焦*为严重。
灰分杂质的熔点温度由表1-1可核相仪以清楚看到，含有的杂质不一样而灰的熔点就会有很大的差别。灰熔化了以后，就产生了粘结性，碰到较冷的物体，就粘附在上边。锅炉的燃烧过程是很快的，煤粉从喷燃器喷出经过加热、烘干、着火到燃尽的时间仅为2～3秒，当灰粒通过很高的火焰中心时，灰粒都会被熔化而成胶质状态。但是这时的灰粒还是在空间悬浮着，当灰粒上升至炉膛出口处的时候，由于出口烟温比火焰中心温度低，胶质状态的灰粒将被冷却凝固，这样就不会产生结焦。但当燃烧不完全时，就会产生一氧化碳半还原气体，这样使灰熔点温度降低大约300～350℃促使胶质状态的灰粒得不到凝固而结焦。管上粘结一层灰焦之后，焦与焦的粘附力强，所以灰焦粒更容易被粘住，形成一层焦，从而使管子受热差，表面温度升高，更便于焦块粘附，结焦过程是一个自动加剧的恶性循环过程。
    表1-1各成分熔点温度：
名      称熔点温度（℃）名      称熔点温度（℃）
氧化硅 1625 四氧化三铁 1580
三氧化二铝 2050 氧化亚铁 1421
氧化钙（石灰） 2570 碱类 800－1000
氧化镁 2800 硅酸盐 1000－1100
由于我厂在投产初期，与我厂配套的大煤矿未投产，主要煤源为小窑煤，致使入厂煤的灰份极大，设计煤种的灰份为25.66%，而实际燃用煤种的灰份都在40%以上，有时高达47%。且煤中的石头、矸石极多，更加大了结焦的严重性。
2）煤质发热量过低核相仪
我厂设计煤种的低位发热量为22.4核相仪86MJ/kg,而实际燃用煤种的低位发热量仅有17MJ/kg左右，这就使使燃料消耗量大大增加，相应的灰份也会大大增加。从而更加大了结焦的严重性。

4、针对结焦的原因采取对策
为了解决结焦严重的问题，我厂采取了以下措施：
4.1加强燃料管理
1）从几个“W”火焰锅炉运行的经验来看，煤种的变化是导致结焦的*主要的原因，特别是燃用灰熔点低、挥发份相对较高的煤种，其在下部炉膛燃烧时着火点早，火焰相对密集，造成扩散性燃烧，下部炉膛容积热负荷较大，从而造成局部高温区壁面结焦、积渣。因此燃用设计煤种是防止炉膛结焦*重要的措施。为此我厂成立了以党委书记为组长各部门的主要领导参加的燃料管理领导小组，加强燃料管理，尤其是对入厂煤的管理。
2）制定了《关于燃煤掺烧的有关规定》，要求对入炉煤进行搭配掺烧。尤其是灰份大的煤，要与灰份小的煤掺烧，以降低入炉煤的平均灰份。
3）组织人力对入厂煤中的石头、矸石进行清理，不让其上皮带，更不让其进入煤仓。
4.2加强运行管理
1）制定了《关于吹灰的管理规定》，并严格执行，增加了吹灰的次数，尤其是炉膛，从每天吹灰1次，增加到每天吹灰3次。
2）加强清焦工作，对看火孔、检核相仪查孔的焦，要求随时**。
3）在四台磨煤机运行时，规定将四角火嘴，B1、B4、C1、C4停用，并将其对应的F挡板开至20—30%，以补充四角风量的不足。规定能换停用中部火嘴，但不关其对应的F挡板，以补充燃烧中心风量的不足。
4）制定了《防止结焦的措施》，并严格执行。
4.3加强运行调整
1）降低炉膛出口烟气温度
当有充足的空气量的时候，炉膛出口烟气温度是锅炉受热面结焦的决定性因素，因此需要把炉膛出口的烟气温度控制在规定范围内，一般应该比灰分的软化温度低50℃～100℃。
为使炉膛出口的烟气温度不致过高，应采用调整炉内燃烧和减少炉内热强度的方式进行：
①合理的使用一、二次风，使燃烧达到既快又完全，这样炉膛出口烟气温度就会下降。二次风小，燃烧就不容易完全，同时火焰中心会偏高。一次风量太大，火焰中心上移，而有的火嘴还直射后墙，引起严重的结焦。所以要调整一、二次风的风速和比例。
②减少炉膛热负荷。维持给水在较高的温度下运行，减少从锅炉抽出较多的饱和蒸汽量；不允许锅炉有较大的过负荷现象，避免剧烈的增加和减少负荷。
③加速燃煤在炉膛入口处着火。核相仪如果着火提前了，燃料在炉膛内燃烧的时间就相应的延长，这样，就有能降低炉膛出口的烟气温度。
2）保持适当的过剩空气量
当煤粉燃烧时，因为空气和煤粉不可能非常均匀的接触。因此，除了必要的空气量以外，还需要一部分过量空气来弥补。当过剩空气量太大时，烟气量要增加，炉膛出口烟温也要升高；如果空气量太小，燃烧时又会产生一氧化碳，同时飞灰可燃物也大大增加，两者都给结焦创造了条件。所以，要保持一定的过剩空气系数。
3）保持炉膛内火焰的均匀分布和磨煤机运行方式合理性
给粉要均匀，启停给粉机要对称，火焰均匀充满炉膛，两侧吸送风机出力应均匀，不使烟风偏斜。对于直吹式制粉系统，要保持磨煤机火嘴对称运行，尽量不用炉膛边角的火嘴。
4）保持合适的煤粉细度和均匀度
根据运行经验，现煤粉细度一般保持在R90=6-7%。
5）加强运行监视
运行中，可根据仪表指示和实际观察来判断是否核相仪结焦。锅炉结焦后，煤粉消耗量增加，炉膛出口烟温升高，过热汽温升高且减温水量增大，锅炉排烟温度升高。炉膛出口结焦时，炉膛的负压值还会减小，严重时甚至有正压出现。此时应及时除焦，防止结焦的加剧。另外运行中要保证能及时吹灰。
6）利用降负荷的方法
保持*低负荷20～30分钟，可使炉膛温度降低，焦块受冷却而自行掉下来。但此法对锅炉运行状态影响较大，尽量不采用。

5、结论
通过以上分析，要从根本上解决锅炉结焦、积渣问题，关键是适应负荷率和煤种变化，对炉内燃烧进行合理调节，严格控制燃煤煤种偏离设计煤种过多。我们在进行燃烧调整的同时，改善炉膛吹灰、跟踪炉内结焦、积渣情况，让结焦消失在萌芽状态。我厂通过上述措施的执行，经过一段时间的运行观察，结焦严重的问题基本得到了解决，9月份全月垮焦只有三次，均未投油助燃，捞渣机未被卡死过，排烟温度从原来的170℃以上，降到160℃以下，从目前来看，效果是很明显的。

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