锅炉结焦浅析

锅炉结焦浅析

【摘要】：锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力,降低锅炉的出力和效率，还会使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性。大渣块突然落下，引起锅炉灭火，甚至砸坏后水冷壁管子，影响锅炉的安全运行,严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。如何有效控制锅炉结焦、积灰成为提高锅炉效率的重要课题。

关键词 锅炉 结焦 控制 分析

一、锅炉结焦的概念

锅炉结焦是指灰渣在高温下熔化后粘结在炉墙、受热面上的现象。在炉膛中，燃烧火焰中心温度在1500~1700℃之间。燃料中的灰分在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热，从火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下，随着温度的降低，灰分将从液态变为软化状态进一步变成固态。如果灰分碰到受热面时还保持着软化状态，就会由于受到冷却而粘结在受热面上，形成结焦。

二、锅炉结焦的形态

1、熔渣：

水冷壁及其它辐射受热面上的积灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的碱性金属氧化物和硫酸盐，在高温下发生升华或形成易熔的共晶体，遇到较冷的受热面管壁即冷凝下来形成内灰层。其外表温度随灰厚度的增加而不断增加，使灰层达到熔化状态，覆盖在管壁且具有粘性，进一步捕捉飞灰而不断加厚，这种熔渣的一个重要特点是它能够随时间无限增长。

2、高温积灰：

在高温烟气环境中飞灰沉积在管束外表面的现象叫高温积灰。过热器与在热器管外的积灰既属于高温积灰。高熔灰的熔点超过了炉膛火焰区的温度，当它通过燃烧区时不发生状态变化。高温过热器与再热器布置在烟温高于700-800℃的烟道里，管子的外表面积灰由两部分组成，内层灰紧密，与管子黏结牢固，不容易清除，外灰层松散，容易清除。

3、松散灰：

松散灰是物理沉积，灰粒之间呈松散状态。在烟气温度低于600-700℃的烟道内，低温受热面管子表面形成的积灰为松散灰。

三、锅炉结焦形成的影响因素

1、结焦与灰熔点有关

结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上。可见，灰的熔点是结焦的关键。可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。通常可用灰成分中的钙酸比、硅铝比、铁钙比及硅值来判断其结焦倾向，灰的熔点与灰的化学成分、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。灰熔点越低，锅炉受热面越容易结焦。灰熔点与灰周围的介质性质有关。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℃。灰熔点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、结焦与燃烧调整有关

如果送引风量太大，进行强化燃烧，炉温超过煤灰粘结温度时，会形成高温结焦。若燃烧调整不合理，一次风压过低，风速过低，煤粉过细，着火早，二次风速过大，四角风量分配不均匀，四角燃烧器粉量不均匀等原因，均会引起煤粉气流擦墙结焦。若锅炉运行中配风不合理或风量不足，氧量低，煤不完全燃烧，会产生大量一氧化碳及氢等气体，会使炉内产生还原性气氛，例如，用FE2O3较高的煤时，在没有充分氧气的情况下，C不完全燃烧生成CO，而CO有还原性，则高熔点的FE2O3被CO还原成FEO，而FEO与SIO2等进一步形成熔点更低的共晶体，有时候会使灰的熔点下降150-300oC。虽然炉膛出口烟温低于煤灰的软化温度t2，但仍会形成剧烈的结焦。沸腾燃烧锅炉比较容易出现”低温结焦”就是这个缘故。锅炉负荷升高或燃烧不合理造成局部炉温高，达到灰熔点，也会导致锅炉结焦。

3、结焦与炉膛结构有关

炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区域热负荷、炉膛几何尺寸对锅炉结焦有直接关系。炉膛容积热负荷设计偏高、卫燃带敷设过多、炉膛高度不够、水冷壁面积偏小等，都会造成炉膛温度过高，引起炉膛结渣或造成炉膛出口烟温高于煤灰熔点而引起锅炉炉膛出口结焦。特别对于灰熔点低的煤种，选取较大炉膛容积和截面积是必然的，否则炉膛上部及炉膛受热面将结焦，一般要求锅炉炉膛出口烟温比煤灰熔点低100—150度，才能防止锅炉炉膛出口结焦。

4、结焦与运行操作有关

锅炉结焦的因素是多方面的，而且各种因素互相关联，人的因素起着关键的作用，因此司炉人员在运行过程中应该严格按照规定操作。

在日常生产运行中，锅炉需要根据外界负荷变化不断地调整燃烧工况，这就需要司炉人员保持认真负责的态度，采用正确的合理的方法来调整，比如增加负荷时先加风再加粉，如果不能保持合理的配风、不能使炉膛氧含量保持在4~6%的范围内，就很容易产生结焦。

四、结焦的防止措施

1、把握源头，掌握燃料的变化。

燃煤问题是产生结渣的主要原因之一，如果燃料来源较杂，需要对各煤种进行煤质化验分析，已采取不同的措施。如果长时间存在结渣现象，可在运行中对各种不同的煤种进行混配比例。如果结渣现象较为严重，则在可能的情况下可考虑更换煤种，或在燃煤中加酥渣剂，以减轻结渣的危害。严格把握原煤质量，保证灰分、含硫量、灰熔点等各项参数符合要求。

2、在运行方面防止锅炉结焦的办法

2.1 选择合理的运行氧量。

锅炉运行氧量即炉内的氧化还原性气氛，它对锅炉的结焦有非常大的影响，如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气氛较强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就容易结焦。提高锅炉运行氧量，避免炉内出现还原性气氛。加强炉内吹灰工作，特别是重点区域要增加吹灰次数，如果运行氧量还偏低，必要时适当降低负荷。

2.2选择合理的炉膛出口温度

监视炉膛出口烟温（或高温受热面管壁温度），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质量，从而防止炉膛出口结焦，并能获得最大的锅炉效率。 当煤质有波动时，运行人员要根据实际情况进行调整，防止在燃用不同煤种时锅炉炉膛结焦，如有一部分大颗粒煤粉在炉膛出口处尚未燃尽，会导致锅炉炉膛出口烟温偏高，结焦严重。

2.3 应用各种运行措施控制炉内温度水平。

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。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强黏结性灰。可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，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。煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接黏在受热面上，产生严重结焦。

2.4 要有合适的煤粉细度和厚度

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。给煤要均匀，在负荷变化较大或煤种变化时，应及时调整煤层厚度。如链条炉燃用结焦性强的烟煤(灰分小)，煤层厚度为80～120mm，炉排取快速，送风量较小。燃用结焦性较差的烟煤(灰分大)，煤层厚度100～140℃，炉排取中速，送风量较大。

3、化学除焦是根本途径

根据国内外不同电厂锅炉结焦的情况分析，专家们得出一致结论：不管你的锅炉如何设计，运行上如何精心调整，世界上没有一台燃煤锅炉能彻底堵绝锅炉结焦这一难题！根据科技发展的现状，燃烧中配合化学除焦，应该是目前较好的唯一途径。

五、结论

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、传质、煤的潜在结渣倾向、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程。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。文中提到的各种因素都可能影响到结焦，人的因素起着关键的作用，因为一切不合理的因素都是可以通过人来调整的。只要做好各个环节的管理工作，保证入厂煤质是符合要求的，司炉操作是合理的，设备是安全可靠的就能有效地控制结焦的次数与严重程度。

参考文献：

（1）锅炉运行值班员中国电力出版社

（2）集控值班员高级工中国电力出版社

（3）锅炉运行技术讨论——电力论坛