锅炉结焦的实际案例

***电厂#1--#4炉为中间储仓四角喷燃式锅炉，共有八个主喷燃器四角上下排布置两个辅助喷燃器布置在前墙，原设计燃用山西大同烟煤，近几年由于低氮排放的要求，制粉系统三次风入炉风嘴改为位于喷燃器之上。主喷燃器加装隔板，煤粉入炉时分浓淡区，中心为低氧燃烧，主喷燃器中心线在炉膛内形成双切圆，其直径分别为φ0.5米和φ1.0米，按顺时针旋转。由于为了降低燃料成本提高经济效益，来煤比较杂，有大量低热量高灰分的不同产地煤种。致使锅炉有多次因结焦后导致锅炉被迫停运或降负荷运行。而当锅炉结焦发现不及时时，很容易在扰动下掉焦，导致锅炉灭火或燃烧不稳的事故发生。

锅炉结焦的原因分析

（一）锅炉火嘴安装或设计理念问题

低氮燃烧器实际是降低锅炉炉膛温度，牺牲了锅炉效率，收到了减少产生NOX的效果，但是给运行人员的调整带来了一定的困难，为了减少NOX，需要低氧燃烧，中心内部产生大量还原性气体，逐步向外围扩散继续燃烧，一旦出现安装质量问题，就将导致火焰中心的偏斜，一次风速的偏高时旋转强烈，使燃烧过程中煤粉在低氧情况下与还原性气体反应，降低了飞灰的熔点产生的大的熔化飞灰颗粒，而熔化飞灰颗粒具有黏附性，运动过程中不断捕捉飞灰，使灰粒不断增大，在惯性下撞击水冷壁容易造成结渣。这种现象应与火焰中心低氧燃烧低氮排放的设计方式有关。

再有与火焰中心同一平面的看火孔，捅焦孔，火检探头孔处，由于没有水冷壁的冷却温度高，飞灰在熔化状态下也容易粘在上面，这些地方最容易结焦，而且一旦结焦后，容易使大量灰粒逐渐粘在这些焦上，形成以这些孔洞为圆心的大面积浮焦，向外会迅速扩散。

火嘴附近水冷壁的结构布置与工艺水平，火嘴的布置势必影响水冷壁的垂直走向，如果水冷壁在火嘴附近弯曲的一部分，布置不平整合理也会造成小的回旋动力场，使灰渣黏附在凹凸不平的水冷壁上。及火焰中心同一层面有不受冷却的孔洞。

（二）煤质变化大--灰分大、含硫、铁、等成分大熔点低

由于最近几年，燃料供应矛盾突出，为了降低发电成本，电厂常燃用一些灰分大、灰分熔点低的烟煤，如：沙城煤、褐煤等，其中以灰分大挥发分偏高发热量偏低的褐煤为主，而且含硫、铁等较多，硫分多数都大于1%以上。在煤粉中进入炉膛的硫铁元素，在还原或氧化性气氛中都会形成过渡性化合物FeS，它出现在燃烧之后。硫铁矿的燃烧速度受颗粒大小的影响，大的颗粒燃烧时间较长，可是大的颗粒在较短的时间内就可以达到受热面。而硫铁矿又易于球化，因此较大的硫铁矿颗粒在冲击到受热面时不可避免地含有低熔点的FeS。煤粉中这种较大的硫铁矿颗粒数决定了初始单位时间结渣粒的大小也就是水冷初始结渣原因。

（三）长期高负荷运行煤质变化大，调整不及时

由于电厂来煤比较杂，随时变化这给运行人员调整带来了一定困难，新煤种要摸索一段时间，掌握规律才能适应。来煤灰分大，挥发分高，为了防止烧火嘴，一次风速就要提高，这使气粉混合物射程远，很容易将大颗粒灰粒打到水冷壁上，同时当一次风压太高旋流强度太大时，会引起飞近贴壁火焰。又因为改造后制粉系统三次风嘴在上排压制火焰中心，炉膛中心温度高，中心又是低氧燃烧，更多产生还原性气体，在向外扩散燃烧时造成灰的熔点进一步下降，这就给结渣创造了条件。长时间高负荷运行，燃烧器全部投入，保持较高炉膛内温度，火焰及动力场相对平稳，焦渣不易自行掉落，一旦结焦将严重恶化。在这时结焦后水冷壁吸热少，炉膛温度更高，这使在高温情况下的飞灰融化，粘在先结的焦上，形成恶性循环。再有，由于二次风风量投入不均衡造成火焰中心偏斜贴墙使锅炉结焦，同样是锅炉结焦的重要因素。

（四）炉膛出口温度高易造成过热器结渣

炉膛出口温度高的原因有多种：1、炉膛下部漏风大：冲灰时间过长大灰门不严，大量冷风进入使火焰中心上移。2、受热面吹灰不彻底，造成受热面吸热减若，若保持原有负荷就要加大煤粉量，使炉膛温度升高，出口烟温也升高。这些原因使遇灰分熔点低时过热器结渣。

锅炉结焦的形成及危害

一、 锅炉结焦的形成及形态

结焦是锅炉运行中比较普遍的问题,一般情况下,随着烟气一起运动的灰渣颗粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前,已经因为温度降低而凝固,当附着在受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰可以除掉。当炉膛内温度较高时,一部分灰颗粒已经达到熔融或半熔融状态,若这部分灰颗粒在达到受热面前未得到足够冷却达到凝固状态,具有较高的粘结能力,就容易粘附在受烟气冲刷受热面或炉墙上,甚至达到熔化状态,粘附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭使结焦不断发展。

在燃烧过程中,煤粉颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发,成气态进入烟气中,当温度降低时凝结,或者粘附在烟气冲刷的受热面或炉墙上。或者凝结在飞灰颗粒表面,成为熔融的碱化物膜,然后粘附在受热面上形成初始结焦层,成为结焦发展的条件。

如果锅炉床温过高，导致渣温高，达到其软化点，一般为1040℃，炉渣软化后形成结焦。结焦的炉渣急剧过快冷却能形成硬块，不易碎裂，出现堵塞排渣机等运行问题。

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。

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.煤灰根据其易熔程度可分为三部分。底熔灰主要是金属氯化物和硫化物（NACL，NA2SO4，MGCL2，AL（SO4）3）等他们的熔点大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔点900-1100 ℃。高熔灰是由纯氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，FE2O3）等组成，熔点1600-2800 ℃

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。

低熔灰在炉膛内高温烟气区已成为气态，随烟气流向烟道。由于高温过热器和再热器区域的烟温较高，低熔灰若不接触温度较低的受热面则不会凝固，若接触到温度较低的受热面就会凝固在受热面上，形成黏性灰层。灰层形成后，表面温度随灰层厚度的增加而增加。此后，一些中熔，高熔灰粒也被黏附在黏性灰层中。这种积灰在高温烟气中的氧化硫气体的长期作用下形成白色的硫酸盐密实灰层，这个过程称为烧结。随的灰层厚度的增加，其外表面温度继续升高，低熔灰的黏结结束。但是中熔灰和高熔灰在密实灰层表面还进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外层灰。

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。

粘结灰：

燃料中含有燃料硫，燃料燃烧后总有一部分会形成SO3，并和烟气中的水蒸气形成硫酸蒸气。硫酸蒸气能在较高温度下冷凝，使烟气露点温度升高。当硫酸蒸气流经受热面时，如果金属壁温低于烟气露点，则硫酸蒸气就在管壁冷凝下来，当烟气流过时，硫酸溶液就吸附灰粒子与灰中钙的氧化物进行化学反应生成CASO4粘在管壁上，形成了一硫酸钙为基质的低温粘结灰。低温粘结灰呈硬结状，不易清除，也会无限增长，甚至会产生堵灰，电站锅炉中常在空气预热器中发生，而工业锅炉中常发生在省煤器中，尤其是铸铁式省煤器中。（注：烟气露点温度指硫酸蒸气冷凝时的温度。）尾部受热面的积灰包括松散灰和低温粘结灰两种。

二、锅炉结焦形成的原因及影响因素

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。

编辑：兰陵王