鍋爐結(jié)焦

鍋爐結(jié)焦的實(shí)際案例

***電廠#1--#4爐為中間儲(chǔ)倉(cāng)四角噴燃式鍋爐，共有八個(gè)主噴燃器四角上下排布置兩個(gè)輔助噴燃器布置在前墻，原設(shè)計(jì)燃用山西大同煙煤，近幾年由于低氮排放的要求，制粉系統(tǒng)三次風(fēng)入爐風(fēng)嘴改為位于噴燃器之上。主噴燃器加裝隔板，煤粉入爐時(shí)分濃淡區(qū)，中心為低氧燃燒，主噴燃器中心線在爐膛內(nèi)形成雙切圓，其直徑分別為φ0.5米和φ1.0米，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于為了降低燃料成本提高經(jīng)濟(jì)效益，來(lái)煤比較雜，有大量低熱量高灰分的不同產(chǎn)地煤種。致使鍋爐有多次因結(jié)焦后導(dǎo)致鍋爐被迫停運(yùn)或降負(fù)荷運(yùn)行。而當(dāng)鍋爐結(jié)焦發(fā)現(xiàn)不及時(shí)時(shí)，很容易在擾動(dòng)下掉焦，導(dǎo)致鍋爐滅火或燃燒不穩(wěn)的事故發(fā)生。

鍋爐結(jié)焦的原因分析

（一）鍋爐火嘴安裝或設(shè)計(jì)理念問題

低氮燃燒器實(shí)際是降低鍋爐爐膛溫度，犧牲了鍋爐效率，收到了減少產(chǎn)生NOX的效果，但是給運(yùn)行人員的調(diào)整帶來(lái)了一定的困難，為了減少NOX，需要低氧燃燒，中心內(nèi)部產(chǎn)生大量還原性氣體，逐步向外圍擴(kuò)散繼續(xù)燃燒，一旦出現(xiàn)安裝質(zhì)量問題，就將導(dǎo)致火焰中心的偏斜，一次風(fēng)速的偏高時(shí)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)烈，使燃燒過程中煤粉在低氧情況下與還原性氣體反應(yīng)，降低了飛灰的熔點(diǎn)產(chǎn)生的大的熔化飛灰顆粒，而熔化飛灰顆粒具有黏附性，運(yùn)動(dòng)過程中不斷捕捉飛灰，使灰粒不斷增大，在慣性下撞擊水冷壁容易造成結(jié)渣。這種現(xiàn)象應(yīng)與火焰中心低氧燃燒低氮排放的設(shè)計(jì)方式有關(guān)。

再有與火焰中心同一平面的看火孔，捅焦孔，火檢探頭孔處，由于沒有水冷壁的冷卻溫度高，飛灰在熔化狀態(tài)下也容易粘在上面，這些地方最容易結(jié)焦，而且一旦結(jié)焦后，容易使大量灰粒逐漸粘在這些焦上，形成以這些孔洞為圓心的大面積浮焦，向外會(huì)迅速擴(kuò)散。

火嘴附近水冷壁的結(jié)構(gòu)布置與工藝水平，火嘴的布置勢(shì)必影響水冷壁的垂直走向，如果水冷壁在火嘴附近彎曲的一部分，布置不平整合理也會(huì)造成小的回旋動(dòng)力場(chǎng)，使灰渣黏附在凹凸不平的水冷壁上。及火焰中心同一層面有不受冷卻的孔洞。

（二）煤質(zhì)變化大--灰分大、含硫、鐵、等成分大熔點(diǎn)低

由于最近幾年，燃料供應(yīng)矛盾突出，為了降低發(fā)電成本，電廠常燃用一些灰分大、灰分熔點(diǎn)低的煙煤，如：沙城煤、褐煤等，其中以灰分大揮發(fā)分偏高發(fā)熱量偏低的褐煤為主，而且含硫、鐵等較多，硫分多數(shù)都大于1%以上。在煤粉中進(jìn)入爐膛的硫鐵元素，在還原或氧化性氣氛中都會(huì)形成過渡性化合物FeS，它出現(xiàn)在燃燒之后。硫鐵礦的燃燒速度受顆粒大小的影響，大的顆粒燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，可是大的顆粒在較短的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到受熱面。而硫鐵礦又易于球化，因此較大的硫鐵礦顆粒在沖擊到受熱面時(shí)不可避免地含有低熔點(diǎn)的FeS。煤粉中這種較大的硫鐵礦顆粒數(shù)決定了初始單位時(shí)間結(jié)渣粒的大小也就是水冷初始結(jié)渣原因。

（三）長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行煤質(zhì)變化大，調(diào)整不及時(shí)

由于電廠來(lái)煤比較雜，隨時(shí)變化這給運(yùn)行人員調(diào)整帶來(lái)了一定困難，新煤種要摸索一段時(shí)間，掌握規(guī)律才能適應(yīng)。來(lái)煤灰分大，揮發(fā)分高，為了防止燒火嘴，一次風(fēng)速就要提高，這使氣粉混合物射程遠(yuǎn)，很容易將大顆?；伊４虻剿浔谏希瑫r(shí)當(dāng)一次風(fēng)壓太高旋流強(qiáng)度太大時(shí)，會(huì)引起飛近貼壁火焰。又因?yàn)楦脑旌笾品巯到y(tǒng)三次風(fēng)嘴在上排壓制火焰中心，爐膛中心溫度高，中心又是低氧燃燒，更多產(chǎn)生還原性氣體，在向外擴(kuò)散燃燒時(shí)造成灰的熔點(diǎn)進(jìn)一步下降，這就給結(jié)渣創(chuàng)造了條件。長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，燃燒器全部投入，保持較高爐膛內(nèi)溫度，火焰及動(dòng)力場(chǎng)相對(duì)平穩(wěn)，焦渣不易自行掉落，一旦結(jié)焦將嚴(yán)重惡化。在這時(shí)結(jié)焦后水冷壁吸熱少，爐膛溫度更高，這使在高溫情況下的飛灰融化，粘在先結(jié)的焦上，形成惡性循環(huán)。再有，由于二次風(fēng)風(fēng)量投入不均衡造成火焰中心偏斜貼墻使鍋爐結(jié)焦，同樣是鍋爐結(jié)焦的重要因素。

（四）爐膛出口溫度高易造成過熱器結(jié)渣

爐膛出口溫度高的原因有多種：1、爐膛下部漏風(fēng)大：沖灰時(shí)間過長(zhǎng)大灰門不嚴(yán)，大量冷風(fēng)進(jìn)入使火焰中心上移。2、受熱面吹灰不徹底，造成受熱面吸熱減若，若保持原有負(fù)荷就要加大煤粉量，使?fàn)t膛溫度升高，出口煙溫也升高。這些原因使遇灰分熔點(diǎn)低時(shí)過熱器結(jié)渣。

鍋爐結(jié)焦的形成及危害

一、 鍋爐結(jié)焦的形成及形態(tài)

結(jié)焦是鍋爐運(yùn)行中比較普遍的問題,一般情況下,隨著煙氣一起運(yùn)動(dòng)的灰渣顆粒,由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻,如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前,已經(jīng)因?yàn)闇囟冉档投?當(dāng)附著在受熱面管壁上時(shí),將形成一層疏松的灰層,運(yùn)行中通過吹灰可以除掉。當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時(shí),一部分灰顆粒已經(jīng)達(dá)到熔融或半熔融狀態(tài),若這部分灰顆粒在達(dá)到受熱面前未得到足夠冷卻達(dá)到凝固狀態(tài),具有較高的粘結(jié)能力,就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上,甚至達(dá)到熔化狀態(tài),粘附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結(jié)焦不斷發(fā)展。

在燃燒過程中,煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質(zhì)迅速揮發(fā),成氣態(tài)進(jìn)入煙氣中,當(dāng)溫度降低時(shí)凝結(jié),或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上。或者凝結(jié)在飛灰顆粒表面,成為熔融的堿化物膜,然后粘附在受熱面上形成初始結(jié)焦層,成為結(jié)焦發(fā)展的條件。

如果鍋爐床溫過高，導(dǎo)致渣溫高，達(dá)到其軟化點(diǎn)，一般為1040℃，爐渣軟化后形成結(jié)焦。結(jié)焦的爐渣急劇過快冷卻能形成硬塊，不易碎裂，出現(xiàn)堵塞排渣機(jī)等運(yùn)行問題。

熔渣：

水冷壁及其它輻射受熱面上的積灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的堿性金屬氧化物和硫酸鹽，在高溫下發(fā)生升華或形成易熔的共晶體，遇到較冷的受熱面管壁即冷凝下來(lái)形成內(nèi)灰層。其外表溫度隨灰厚度的增加而不斷增加，使灰層達(dá)到熔化狀態(tài)，覆蓋在管壁且具有粘性，進(jìn)一步捕捉飛灰而不斷加厚，這種熔渣的一個(gè)重要特點(diǎn)是它能夠隨時(shí)間無(wú)限增長(zhǎng)。

高溫積灰：

在高溫?zé)煔猸h(huán)境中飛灰沉積在管束外表面的現(xiàn)象叫高溫積灰。過熱器與在熱器管外的積灰既屬于高溫積灰.煤灰根據(jù)其易熔程度可分為三部分。底熔灰主要是金屬氯化物和硫化物（NACL，NA2SO4，MGCL2，AL（SO4）3）等他們的熔點(diǎn)大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔點(diǎn)900-1100 ℃。高熔灰是由純氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，F(xiàn)E2O3）等組成，熔點(diǎn)1600-2800 ℃

高熔灰的熔點(diǎn)超過了爐膛火焰區(qū)的溫度，當(dāng)它通過燃燒區(qū)時(shí)不發(fā)生狀態(tài)變化。高溫過熱器與再熱器布置在煙溫高于700—800℃的煙道里，管子的外表面積灰由兩部分組成，內(nèi)層灰緊密，與管子黏結(jié)牢固，不容易清除，外灰層松散，容易清除。

低熔灰在爐膛內(nèi)高溫?zé)煔鈪^(qū)已成為氣態(tài)，隨煙氣流向煙道。由于高溫過熱器和再熱器區(qū)域的煙溫較高，低熔灰若不接觸溫度較低的受熱面則不會(huì)凝固，若接觸到溫度較低的受熱面就會(huì)凝固在受熱面上，形成黏性灰層?；覍有纬珊?，表面溫度隨灰層厚度的增加而增加。此后，一些中熔，高熔灰粒也被黏附在黏性灰層中。這種積灰在高溫?zé)煔庵械难趸驓怏w的長(zhǎng)期作用下形成白色的硫酸鹽密實(shí)灰層，這個(gè)過程稱為燒結(jié)。隨的灰層厚度的增加，其外表面溫度繼續(xù)升高，低熔灰的黏結(jié)結(jié)束。但是中熔灰和高熔灰在密實(shí)灰層表面還進(jìn)行著動(dòng)態(tài)沉積，形成松散而且多孔的外層灰。

松散灰：

松散灰是物理沉積，灰粒之間呈松散狀態(tài)。在煙氣溫度低于600-700℃的煙道內(nèi)，低溫受熱面管子表面形成的積灰為松散灰。

粘結(jié)灰：

燃料中含有燃料硫，燃料燃燒后總有一部分會(huì)形成SO3，并和煙氣中的水蒸氣形成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣能在較高溫度下冷凝，使煙氣露點(diǎn)溫度升高。當(dāng)硫酸蒸氣流經(jīng)受熱面時(shí)，如果金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)，則硫酸蒸氣就在管壁冷凝下來(lái)，當(dāng)煙氣流過時(shí)，硫酸溶液就吸附灰粒子與灰中鈣的氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成CASO4粘在管壁上，形成了一硫酸鈣為基質(zhì)的低溫粘結(jié)灰。低溫粘結(jié)灰呈硬結(jié)狀，不易清除，也會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，甚至?xí)a(chǎn)生堵灰，電站鍋爐中常在空氣預(yù)熱器中發(fā)生，而工業(yè)鍋爐中常發(fā)生在省煤器中，尤其是鑄鐵式省煤器中。（注：煙氣露點(diǎn)溫度指硫酸蒸氣冷凝時(shí)的溫度。）尾部受熱面的積灰包括松散灰和低溫粘結(jié)灰兩種。

二、鍋爐結(jié)焦形成的原因及影響因素

結(jié)焦與灰熔點(diǎn)有關(guān)

結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上?？梢?，灰的熔點(diǎn)是結(jié)焦的關(guān)鍵?？捎没胰埸c(diǎn)溫度及灰的主要成分來(lái)判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)。通?？捎没页煞种械拟}酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來(lái)判斷其結(jié)焦傾向，灰的熔點(diǎn)與灰的化學(xué)成分、灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)?；业幕瘜W(xué)成分以及各成分含量比例決定灰熔點(diǎn)的高低。灰熔點(diǎn)比其混合物中最低熔點(diǎn)還要低?；胰埸c(diǎn)越低，鍋爐受熱面越容易結(jié)焦?；胰埸c(diǎn)與灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)降低大約200℃。這是因?yàn)檫€原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃?；胰埸c(diǎn)還與煙氣中灰的濃度有關(guān)。在其他條件相同的情況下，煤中含灰量不同，灰熔點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)榛曳种懈鞒煞衷诩訜徇^程中，相互接觸越頻繁，則產(chǎn)生化合、分解、助熔的機(jī)會(huì)也越多，則熔點(diǎn)降低的可能性也越大。

編輯：蘭陵王