燃煤电站超临界锅炉结焦的形成机理及防治措施

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[摘 要]锅炉的结焦问题是燃煤电厂普遍存在问题，结焦对锅炉运行的经济性与安全性均带来不利影响。目前，国内采用墙式切圆燃烧方式的锅炉较多，但是多数燃用烟煤。就燃煤电站超临界锅炉结焦的形成机理及防治措施，本文作了浅析。

[关键词]燃煤电站超临界锅炉 结焦 形成机理 防治措施

中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0064-01

国华呼伦贝尔发电有限公司2×600 MW超临界机组锅炉是为数不多的燃用褐煤的锅炉。自机组投产以来，2台锅炉结焦严重，焦量多，最大焦块直径达1500 mm以上，大块焦渣经常将干除渣系统压死，甚至造成机组被迫降低出力运行，影响机组的安全稳定运行。在锅炉停运时，检查2台锅炉受热面结焦情况，发现分割屏和炉膛出口末级过热器处无结渣现象，而在标高30～60 m区域内一段水冷壁部位有明显的挂焦痕迹，初步确定锅炉是因为熔融状的煤灰冲刷侧墙水冷壁而发生了结焦。织得不好或因设计上存在缺陷，火焰直接冲刷水冷壁时，如果熔融状的小渣滴在撞击受热面之前得不到充分冷却，就不断黏附在受热面上形成结渣。

一、 锅炉结焦的形成机理

（一） 煤质原因

燃煤的成份，燃用煤种的煤质对电厂锅炉的结焦有着根本的影响。结焦的内因受灰质的组成成分和熔化温度影响，温度高于灰熔点时才会产生熔融的渣。锅炉燃煤的灰熔点最低在1150℃左右，极易结焦。

（二） 煤粉细度

煤粉细度过粗使火焰中心上移，出口烟温升高，造成出口受热面结焦，所以要有合适的煤粉细度。煤粉过粗，燃烧时间和燃烧距离增长，煤粉因惯性作用会直接冲刷炉膛受热面。再者，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。

（三） 气流冲刷受热面

气流携带溶渣冲刷到受热面上，这与火焰中心位置、二次风漩流强度、一次风速以及运行调整都有关系。在大修后，在不同磨煤机组合时经常出现主再热汽温偏差大的现象，这和煤粉细度、燃烧调整和炉膛火焰偏斜有直接原因。

（四） 氧量控制

氧量不足，产生一氧化碳形成还原性气氛，使灰熔点大大降低，某些工况下，特别是升降负荷时氧量控制偏低，造成过剩空气系数小是结焦的主要原因。

（五） 火焰钢性

过小的一次风速度气流易偏斜，着火离喷口过近，易喷口附近结渣。提高火焰刚性，提高水冷壁附近氧化性气氛，燃用高挥发份的煤种，可选用较高的一次风速度。低负荷时为了稳定燃烧，高热值烟煤掺烧过多，一次风速过低是燃烧器出结焦的另一原因。

（六）燃烧器外二次风旋流强度过大，煤粉在燃烧器附近燃烧，也易引起燃烧器处结焦。此外，锅炉超负荷运行，炉温升高，烟气流速加快，灰颗粒冷却不够，也易结焦。

二、燃煤电站超临界锅炉结焦的防治措施

（一）来煤煤质尽量接近设计煤种

从锅炉运行的实际情况看，当锅炉来煤发热量低于设计煤种发热量420 kJ以下时，锅炉不会发生结焦；当来煤发热量比设计煤种低420 kJ以上且灰熔点也比设计煤种低时，锅炉开始产生结焦，并随着偏差的增大结焦会越来越严重。因此，锅炉来煤煤质是保证锅炉不结焦的前提，应选用尽量接近设计煤质的燃煤。尽量减少低灰熔点煤种的掺配比例。在目前燃用的煤种中，新疆/德隆等煤种灰熔点只有1150℃，属于极易结焦煤种，应尽量减少此类煤种的掺烧比例；优化配煤方式，低灰熔点煤种在D层燃烧器上燃用；低灰熔点煤种搭配高灰熔点无烟煤在同一层燃烧器上燃用。

（二） 选择适当的周界风速

由于墙式切圆燃烧器具有风粉喷射距离小（由常规的四角切圆28 m降至20 m）、易变形的特点，所以选择合适的煤粉燃烧器周界风速，对优化炉内燃烧至关重要。通过实际运行情况表明，燃烧器最佳周界风门开度为20%～40%（即风速保持在48 m/s左右）。合适的周界风量可以提高水冷壁附近氧量，增加其氧化性气氛，可有效防止结焦和高温腐蚀。合理的调整主燃烧器外二次风旋流强度。一方面，将主燃烧器外二次风旋流叶片角度至45～50°，确保风粉良好混合；另一方面，通过将靠近两侧墙的燃烧器旋流强度适当变弱，避免火焰冲刷侧墙，防止侧墙结焦和高温腐蚀。适当关小燃尽风。额定负荷下，燃尽风开度不大于30%，避免主燃烧区域缺风，还原气氛增强，结焦加剧，还可以补充下炉膛的风量，强化下部燃烧区域的燃烧，使火焰中心下移，延长煤粉颗粒在炉内的燃烧时间，降低飞灰含碳量，减少屏过结焦。二次风挡板开度（A/B/C/D层）分别为70/70/100/100%，停运磨二次风开度为5%。采用正塔配风方式，不但锅炉效率最高，也使火焰中心下移，减少了屏过结焦。

（三） 降低炉膛与大风箱差压

通过采用降低炉膛与大风箱差压（在BMCR工况下可由设计的1 kPa降至500 Pa），以及在保证制粉系统不发生堵煤的前提下适当降低一次风率（在BMCR工况下，可将一次风率由40%降至35%）等手段降低喷燃器出口风粉动量，即通过降低墙式切圆上游喷燃器风粉动量避免下游喷燃器风粉气流变形扫墙，从而减少贴壁燃烧现象的发生。通过调整周界风速和降低炉膛与大风箱差压，锅炉风粉扫墙现象明显减少。

（四） 适当提高主燃烧区氧气体积分数

提高主燃烧区氧气体积分数，避免因缺氧燃烧产生还原性气氛，是防止燃用褐煤锅炉结焦的有效措施。对于已投运的燃烧器，其辅助风应维持相对大的开度，以保持主燃烧区所需的足够空气。根据实际经验，在满负荷时保持省煤器出口氧体积分数不低于4%，对防止结焦的效果较明显。

（五） 定期检测煤粉细度

保持合适的煤粉细度对防止褐煤锅炉结焦具有重要意义，当煤粉细度在设计值的±5%范围内变化时，对锅炉燃烧影响不大；如超出此范围，燃烧状况将恶化，会加剧结焦。因此，应定期对煤粉细度进行检测，将其控制在规定范围内。在不影响锅炉带负荷的前提下，通过添加钢球和调整磨煤机分离器折向挡板的方式降低各磨的煤粉细度，将煤粉细度R90控制在10～12%左右。一方面，减少了粗颗粒煤粉对水冷壁的冲刷，缓解侧墙结焦；另一方面，煤粉变细后，部分原本被碳基质包裹的内在矿物颗粒转化为外在矿物颗粒，外在矿物颗粒燃烧时大都处于氧化性气氛中，减少低灰熔点化合物的生成；再者，煤粉细度变细后，着火提前，避免了因燃烧推后造成的屏过区域结焦。为保证煤粉细度，加强对磨煤机电流的控制，A、B、C、D磨煤机电流为155A、155A、160A、155A。

（六） 适当开启燃尽风挡板，实现两段燃烧

在保证主燃烧区不出现还原性气氛的前提下，适当开启燃尽风挡板，以拉长炉膛火焰，实现分级供风，降低炉膛燃烧区域热负荷，从而降低该区域的煤灰及烟气温度；但在炉膛总风量一定的情况下，如果燃尽风的开度过大，又会造成燃尽风与主燃烧区抢风现象，使主燃烧区因缺氧燃烧而发生结焦。根据实际经验，当负荷大于满负荷的60%时，开启下层燃尽风挡板；当负荷大于满负荷的80%时，开启上层燃尽风挡板，这种运行方式可起到良好的防结焦效果。

（七） 对锅炉喷燃器喷射角度进行改造

利用机组大修机会，对锅炉喷燃器喷射角度进行相应的改造，缩小切圆直径，减少风粉扫墙现象的发生。

参考文献

[1]李健陈福春.超临界机组锅炉防结焦措施探讨[J].内蒙古电力技术.2012.03期

[2]刘志强 董建军 彭望明 徐爱祥.燃煤电站锅炉折焰角积灰的原因分析及对策研究[J].锅炉技术.2009.05

[3]张东民 卢 军.邹县电厂1 000 MW超超临界锅炉结焦的原因及对策[J].电力科学与工程.2008.09

[作者简介] 刘 兴（1985―），男，内蒙古人，毕业于内蒙古工业大学，助理工程师，现从事火力发电厂运行工作。