摘 要: 华电国际邹县发电厂 1 000 MW 机组锅炉经常发生结焦、落渣现象, 造成渣斗事故放渣门被鼓坏, 锅炉水 封失去, 夜间降负荷后, 经常听到锅炉炉膛有跌落大焦块的声音, 集控室发 生明显振动, 严重 影响了机组 的安全稳定 运行。结合 实际情况, 分析了 1 000 MW 机 组锅炉结焦的原因并提出了具体的预防措施。

1 锅炉结焦概述

华电国际邹县发电 厂( 以下简称邹县电厂)1 00 0MW 机组锅炉为 DG3 000 /26. 15 - II 1 型高效 超超临界参数变 压直流炉, 为单炉膛、一次中间再 热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢 构架、全悬吊结构 口 型锅炉。设计煤种、校核煤种 为兖矿煤和济北煤矿的混煤。制粉系统采用正压直 吹式, 2 台 5 0% 容量的动叶可调轴流式一次风机提 供一次热、冷风输送煤粉。采用 2 台静叶可调吸风 机和 2 台动叶可调送风机。喷燃器共 4 8台, 采用油 枪与煤粉燃烧器一体的旋流筒体式结构, 分 3层前、 后墙对冲布置。每台锅炉配有 6 台双进双出、单电 动机驱动钢球磨煤机。

结渣是锅炉运行中较普遍的现象, 尤其当烧劣 质煤时, 结渣更严重, 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。水冷壁、过热器受热 面结焦会导致炉膛出口烟温、蒸汽温度及排烟温度 升高, 严重时会引起管壁过热、超温, 损害受热面的 安全。结焦往往是不均匀的, 会使过热器热偏差增 大。锅炉上部结焦焦块跌落时, 可能砸坏水冷壁, 影 响燃烧的稳定, 也可能造成灭火。若燃烧器喷口结 焦, 会影响气流的正常喷射, 破坏炉内的空气动力工 况, 严重时会引起锅炉灭火。如果结焦严重, 将会迫 使锅炉停止运行进行除焦。除焦时间较长时, 炉膛 底部漏入冷风过 多, 降低 燃烧室温度, 使燃烧不稳 定, 甚至灭火。除焦工作是劳动强度很大且危险性 较高的劳动, 除焦增加了运行人员的劳动强度, 而且 增加了安全隐患。过热器处结焦, 使锅炉通风阻力 增大, 厂用电量上升。结焦会引起受热面超温、锅炉 通风不足、蒸发量不足等, 可能会限制锅炉出力, 使机组被迫减负荷。因此, 针对邹县电厂燃料情况和机组特性, 结合笔者的工作经验, 对 1 000 MW 锅炉 结焦问题进行了探讨和分析。

2 焦渣的形成

煤中灰开 始熔化, 如 果积聚在一 起, 就形 成焦 渣。灰的熔化分为软化、变形和熔融 (即流动 ) 3 个 阶段。炉膛温度愈高灰就愈容易熔化, 形成结渣的 机会就愈多。

灰的熔点低的煤种很容易结渣, 灰的熔点决定于灰的化学成分。灰分一般都是由氧化硅、氧化铝 和碱类等杂质组成的, 不同的煤种, 所含的杂质也不 同。灰的熔化温度, 在很大程度上是随着其化学成 分而改变的, 特别是灰中的含铁量和碱类的增加将 使灰的熔点大大降低。当煤含有较多的硫化铁时, 结渣最为严重。灰中各成分熔点温度见表 1。

表 1 灰中各成分熔点温度

含有杂质不一样的灰, 其灰的熔点就会有很大 差别, 有的煤不易结渣, 而有的煤很容易结渣。灰熔 化了以后, 就产生了黏结性, 碰到冷的物体, 就会黏 附在上边。锅炉燃烧过程十分迅速, 煤粉从燃烧器 喷出经 过加热、干 燥、着火到 燃尽的时间仅 为 2 ~3 s。当灰粒通过 1 4 50 ~ 1 650 C 的火焰中心时, 灰 粒都会被熔化而形成胶态物质, 但这时的灰粒还在 空间悬浮着, 当灰升至炉膛出口的时候, 由于出口温度比火焰中心温度低, 胶质状态的灰粒将被冷却凝固, 这样, 就不会产生结渣。当燃烧不完全时, 灰熔点温度降低至 300 ~ 350 C , 会使胶质状态的灰粒得 不到凝固而结渣。管壁上黏结一层焦渣, 而焦渣之 间黏附性很强, 所以, 灰渣粒更容易被黏附住, 形成 焦渣层后, 使管子受热差, 表面温度升高, 更便于焦 渣黏附, 因此, 结渣过程是一个自动加剧的恶性循环 过程。

3 原因分析

受热面结渣过程与多种复杂因素有关, 任何原 因的结渣都有 2个基本条件: 一是火焰贴近炉墙时, 烟气中的灰仍呈熔化状态; 二是火焰直接冲刷受热 面。但是, 与这 2 个因素相关的具体原因却很复杂。

3. 1 燃烧过程中空气量不足

燃烧过程中空气量不足, 使煤粉不易完全燃烧, 未完全燃烧将产生一氧化碳。烟气中存在较多的一 氧化碳, 灰熔点就会显著降低, 这时虽然炉膛出口温 度并不高, 但因有一氧化碳等还原性气体存在, 结渣 就显得很剧烈。燃用挥发分较高的煤, 如果空气量 不足, 也会使结渣加剧。

3. 2 与空气混合不良

由于燃料与空气混合搅拌不好, 即使供给了正 常所需的空气量, 也会出现空气不足的问题。因为 混合搅拌不良, 某些部分空气多些燃烧就完全, 有的 地方空气少些燃烧就不完全。混合不良是由于风量 调配不恰当 ( 如一次、二次风比例不当等 )、燃料与 二次风调整不好造成的。所以, 燃烧器结构对风粉 的混合搅拌有很大影响, 燃烧器布置不当及其结构 上的缺陷, 往往会使结渣加剧。

3. 3 燃料和空气分布不均造成火焰偏斜

火焰偏斜是燃料和空气分布不均所造成的。正 常运行中, 炉膛中心温度应该最高, 由于火焰偏斜将 使最高火焰层移动到边侧, 当它与水冷壁接触时, 就 会很快黏附上去而形成焦渣。燃料和空气分布不均 往往是由于运行调整不及时或调整不当所致。

未燃烬的煤粉颗粒黏结到受热面上, 一次风量 过大而二次风量过小, 煤粉颗粒未完全燃烧就黏结 在受热面上而继续燃烧, 此处炉墙温度非常高, 它的 黏结性也很强, 故易结焦。

3. 4 炉膛热负荷大

炉膛热负荷大, 炉膛容积相应就小, 炉膛温度就高, 当炉膛燃烧中心温度高达 1 450 C 以上时, 灰的 表面将开始熔化使结渣性增加。炉膛出口烟温增高 与空气量过多、火焰中心位置太高、受热面内部结垢 和外部积灰等因素有关。炉膛漏风对烟温的升高亦有很大影响。

3. 5 运行操作

锅炉某些受热面上积灰后使之表面变得粗糙, 一有黏结性的灰碰上去, 就容易黏附在上面, 若稍一 疏忽大意, 清焦渣不及时, 结渣就会极为严重并导致 被迫停炉打焦渣。

3. 6 锅炉设计或检修质量不佳

如燃烧中心不正、喷口烧坏没有更换、吹灰装置 检修质量太差不能正常投用等。

3. 7 燃料质量差

燃煤灰熔点低、灰分多也是促成结焦的条件。

4 预防和消除结渣的方法

4. 1 降低炉膛出口烟气温度

当有充足的空气量时, 炉膛出口烟气温度是锅 炉受热面结渣与否的决定性因素。因此, 需要把炉 膛出口烟气温度保持在规定的数值之下, 一般应比 灰软化温度低 50 ~ 100 C 。为防 止炉膛出口烟温 过高, 应采 用调整 炉内燃 烧和 减少 炉膛 热强度 的 方式。

( 1 )合理使用一次风。使风、粉混合均匀, 燃烧 既快又完全, 炉膛出口烟温就会降低。一次风量太 大, 火焰中心就会 上移, 炉膛 出口烟温亦会 随之升 高。因此, 在运行中要适当调整一次、二次风的风速 和比例。

( 2 )减少炉膛 热强度。尽 可能提高锅炉效 率, 在同样的负荷下燃用的燃料就少, 使之在炉内停留 的时间就长一些, 燃烧就比较完全; 减少从锅炉抽出 较多的饱和蒸汽; 不允许锅炉有较大的超负荷现象; 避免剧烈地增加和减少负荷。