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北极星电力网技术频道 作者:齐学东 2011/4/27 3:18:40
锅炉结焦、主蒸汽超温的分析与调整
锅炉结焦是燃煤锅炉运行中比较普遍的现象。它会破坏正常燃烧工况，减少锅炉出力，破坏正常水循环，使主、再热蒸汽超温，甚至造成受热面爆管事故，严重时还会使炉膛出口堵塞而被迫停炉。
一、结焦和超温的原因分析：
1、煤质因素：
煤的灰分熔融特性温度（变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3），其中软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。
灰的成分不同，其熔点也不同。煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时，灰熔点低，就容易结焦；煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点高，就不易结焦。煤的灰熔点一般在1250～1500℃(高于锅炉炉膛受热面的设计温度)，而燃用低于该温度的煤种，就非常容易结焦。
2、炉内空气动力工况：
炉内气流组织不佳，各角一次风速标定有偏差，造成火焰中心偏移或致使实际切圆变形，使高温火焰偏离炉膛中心，冲刷水冷壁；或者一次风射流的刚性较强，致使煤粉气流冲击对面炉墙，造成炉墙结渣。
3、运行人员的操作调整：
（1）如果配风不当，煤因缺氧而不能完全燃烧，会产生大量一氧化碳及氢等气体，使灰中熔点较高的三氧化二铁还原成熔点很低的氧化铁，降低了灰熔点(可能降低300～350℃)。这时，虽然炉膛出口烟温低于煤灰的软化温度t2，但仍会形成剧烈的低温结焦。
锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，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。这是因为灰熔点随着铁量的增加而下降，铁对灰熔点的影响还与炉内气体性质有关，在炉内氧化性气氛中，铁可能以Fe2O3形态存在，这时随着含铁量的增加，其熔点的降低比较缓慢；在炉内还原性气氛中（氧量不足），Fe2O3会还原成FeO，灰熔点随之迅速降低，而且FeO最容易与灰渣中的SiO2形成熔点很低的2FeO、SiO2，其灰熔点仅为1 065 ℃。
当煤质有波动时，运行人员没办法根据实际情况进行调整，造成锅炉燃烧配风方式不是处于优化状态，特别是上层喷嘴煤粉颗粒燃尽性差，有一部分大颗粒煤粉在炉膛出口处尚未燃尽，导致锅炉炉膛出口烟温偏高，结焦严重，由于炉膛截面大，热负荷较小；当煤质变劣时，煤粉的燃尽性能适应能力不强。
（2）煤粉过粗，煤粉中的粗颗粒从煤粉气流中分离出来与水冷壁发生冲撞；此外，粗颗粒的煤粉燃尽需要相当长的时间，常常贴壁造成还原性气氛而增加了结渣的机率。
另外，燃料在炉内的停留时间过短，燃料未能完全燃烧，引起炉膛出口烟温偏高，也易造成炉膛出口过热器结渣。
（3）炉膛燃烧器区域热负荷或容积热负荷偏高，在燃烧器区域燃料燃烧放出的大量热量，而水冷壁受热面是固定的，其不能同时吸收这些热量，因此导致燃烧器区域的局部温度过高，造成燃烧器区域的结渣。
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（1000~1100度）。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。
（4）超负荷运行时，对于裕量较大的风机来说，超负荷时就要较大幅度调大风量，提高送引风和二次风风速及烟速，增加过剩空气量。这种强化燃烧的结果使火焰偏高，烟气里携带大量熔融状态的煤粒煤灰会在炉膛出口粘结，此处平均温度很快高于灰熔点，形成结焦。
（5）运行调节不当，使火焰偏斜到炉墙或水冷壁附近。
（6）吹灰或除焦不及时。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。
二、防止结焦和超温的调整：
1． 选择合理的运行氧量。
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。由于结焦的主要区域在炉膛出口处，此处容易堵塞烟道，增加烟气阻力，引风机出力更显不足，所以要防止结焦与还原性气氛恶性循环的趋势。机组检修时，对空气预热器进行重点清洗，降低风烟道的阻力, 提高风机的出力。
2．选择合理的炉膛出口温度
对锅炉进行优化燃烧调整试验，对炉膛出口烟温（或高温受热面管壁温度）进行在线监视，在保证主参数合格的前提下，建立在线的优化运行指导系统；通过合理调配各一次风和二次风的运行风门开度以及运行氧量，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；通过对炉膛出口烟温、过热汽温、锅炉负荷、燃烧氧量、炉膛排烟温度等各种运行参数的在线监测，也可以评价锅炉炉膛出口是否会产生结焦，从而防止在燃用不同煤种时锅炉炉膛结焦，并能获得最大的锅炉效率。
3．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．应用各种运行措施控制炉内温度水平。
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。
5．组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。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，因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边
6．四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，在燃烧空气不足的情况下，炉膛结焦状况恶化。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，避免缺角情况。
7．要有合适的煤粉细度。
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。
8． 适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦。
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焦。
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，避免一次风直接冲刷壁面而产生结焦。但一次风速的提高受煤粉着火条件的限制。
9． 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焦温度。应用二次风反切来减少残余旋转，
10． 掺烧不同煤种。
煤种掺烧能在一定程度上综合所掺煤种的灰焦特性。低灰熔点煤灰分仍在受热面上沉积，但高熔点固态灰对受热面有一定的冲刷作用，使沉积量降低。
11．配风方面。
高负荷开大底层风。
12．加强对炉膛的吹灰，防止低负荷掉灰对锅炉燃烧产生不良的扰动。
13、混合掺烧不同煤种，可适当掺烧灰熔点较高的煤质，掺配一定数量的小矿煤，特别是混烧结焦性强和结焦性差的烟煤，是预防结焦、提高锅炉热效率的好办法。
14、通过试验找出燃烧器合理的配风方式和最佳的内、外调风挡板位置，使炉内组织起良好的空气动力工况，确保锅炉的安全、稳定、经济运行。
15、适当降低一次风速度。一次风速度调整必须根据煤质的变化来进行，在额定负荷下，当燃用优质烟煤时，将一次风速度降低到
16、增大炉内的过量空气系数。将炉膛出口氧量提高到不低于3%。
17、调整四角燃烧器风粉动量分配使之达到均匀状态，保持高温火焰中心位于炉膛断面的几何中心处。
18、在高、低过热器，省煤器等处加装声波吹灰器，严格进行吹灰操作，使水冷壁和过热器、表面保持基本干净，防止出现结焦、积灰影响传热。
19、做好煤质分析和配煤工作
燃料公司对不同类型的来煤分别存放，并按照规定的煤质要求严格准确配煤。
20、保证锅炉氧量表指示准确、可靠。
及时对氧量表进行了标定，便于运行人员合理控制锅炉运行氧量，优化锅炉燃烧，减少因缺风造成的锅炉结焦积灰问题。
21、尽量使各燃烧器一、二次风速保持一致，同时控制较为合适的一次风煤粉浓度和保持合适的煤粉细度，以保持炉膛温度场分布的均匀性。
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