鍋爐結(jié)焦

鍋爐結(jié)焦的實際案例

***電廠#1--#4爐為中間儲倉四角噴燃式鍋爐，共有八個主噴燃器四角上下排布置兩個輔助噴燃器布置在前墻，原設(shè)計燃用山西大同煙煤，近幾年由于低氮排放的要求，制粉系統(tǒng)三次風入爐風嘴改為位于噴燃器之上。主噴燃器加裝隔板，煤粉入爐時分濃淡區(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，按順時針旋轉(zhuǎn)。由于為了降低燃料成本提高經(jīng)濟效益，來煤比較雜，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)焦后導致鍋爐被迫停運或降負荷運行。而當鍋爐結(jié)焦發(fā)現(xiàn)不及時時，很容易在擾動下掉焦，導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)計理念問題

低氮燃燒器實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，但是給運行人員的調(diào)整帶來了一定的困難，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，逐步向外圍擴散繼續(xù)燃燒，一旦出現(xiàn)安裝質(zhì)量問題，就將導致火焰中心的偏斜，一次風速的偏高時旋轉(zhuǎn)強烈，使燃燒過程中煤粉在低氧情況下與還原性氣體反應，降低了飛灰的熔點產(chǎn)生的大的熔化飛灰顆粒，而熔化飛灰顆粒具有黏附性，運動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)象應與火焰中心低氧燃燒低氮排放的設(shè)計方式有關(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，向外會迅速擴散。

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造成小的回旋動力場，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、等成分大熔點低

由于最近幾年，燃料供應矛盾突出，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。在煤粉中進入爐膛的硫鐵元素，在還原或氧化性氣氛中都會形成過渡性化合物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，大的顆粒燃燒時間較長，可是大的顆粒在較短的時間內(nèi)就可以達到受熱面。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不可避免地含有低熔點的FeS。煤粉中這種較大的硫鐵礦顆粒數(shù)決定了初始單位時間結(jié)渣粒的大小也就是水冷初始結(jié)渣原因。

（三）長期高負荷運行煤質(zhì)變化大，調(diào)整不及時

由于電廠來煤比較雜，隨時變化這給運行人員調(diào)整帶來了一定困難，新煤種要摸索一段時間，掌握規(guī)律才能適應。來煤灰分大，揮發(fā)分高，為了防止燒火嘴，一次風速就要提高，這使氣粉混合物射程遠，很容易將大顆粒灰粒打到水冷壁上，同時當一次風壓太高旋流強度太大時，會引起飛近貼壁火焰。又因為改造后制粉系統(tǒng)三次風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，在向外擴散燃燒時造成灰的熔點進一步下降，這就給結(jié)渣創(chuàng)造了條件。長時間高負荷運行，燃燒器全部投入，保持較高爐膛內(nèi)溫度，火焰及動力場相對平穩(wěn)，焦渣不易自行掉落，一旦結(jié)焦將嚴重惡化。在這時結(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，由于二次風風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、爐膛下部漏風大：沖灰時間過長大灰門不嚴，大量冷風進入使火焰中心上移。2、受熱面吹灰不徹底，造成受熱面吸熱減若，若保持原有負荷就要加大煤粉量，使爐膛溫度升高，出口煙溫也升高。這些原因使遇灰分熔點低時過熱器結(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)焦是鍋爐運行中比較普遍的問題,一般情況下,隨著煙氣一起運動的灰渣顆粒,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)因為溫度降低而凝固,當附著在受熱面管壁上時,將形成一層疏松的灰層,運行中通過吹灰可以除掉。當爐膛內(nèi)溫度較高時,一部分灰顆粒已經(jīng)達到熔融或半熔融狀態(tài),若這部分灰顆粒在達到受熱面前未得到足夠冷卻達到凝固狀態(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)進入煙氣中,當溫度降低時凝結(jié),或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上?；蛘吣Y(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，導致渣溫高，達到其軟化點，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)堵塞排渣機等運行問題。

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，使灰層達到熔化狀態(tài)，覆蓋在管壁且具有粘性，進一步捕捉飛灰而不斷加厚，這種熔渣的一個重要特點是它能夠隨時間無限增長。

高溫積灰：

在高溫煙氣環(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）等他們的熔點大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔點900-1100 ℃。高熔灰是由純氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，F(xiàn)E2O3）等組成，熔點1600-2800 ℃

高熔灰的熔點超過了爐膛火焰區(qū)的溫度，當它通過燃燒區(qū)時不發(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)高溫煙氣區(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凝固，若接觸到溫度較低的受熱面就會凝固在受熱面上，形成黏性灰層?；覍有纬珊螅砻鏈囟入S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。這種積灰在高溫煙氣中的氧化硫氣體的長期作用下形成白色的硫酸鹽密實灰層，這個過程稱為燒結(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灰層表面還進行著動態(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，使煙氣露點溫度升高。當硫酸蒸氣流經(jīng)受熱面時，如果金屬壁溫低于煙氣露點，則硫酸蒸氣就在管壁冷凝下來，當煙氣流過時，硫酸溶液就吸附灰粒子與灰中鈣的氧化物進行化學反應生成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，也會無限增長，甚至會產(chǎn)生堵灰，電站鍋爐中常在空氣預熱器中發(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：煙氣露點溫度指硫酸蒸氣冷凝時的溫度。）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?，灰的熔點是結(jié)焦的關(guān)鍵。可用灰熔點溫度及灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣指標。通常可用灰成分中的鈣酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來判斷其結(jié)焦傾向，灰的熔點與灰的化學成分、灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)?；业幕瘜W成分以及各成分含量比例決定灰熔點的高低?；胰埸c比其混合物中最低熔點還要低?；胰埸c越低，鍋爐受熱面越容易結(jié)焦?；胰埸c與灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時，灰熔點降低大約200℃。這是因為還原性氣體能使灰分中高熔點的Fe2O3還原成低熔點的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃?；胰埸c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，灰熔點也會發(fā)生變化。這是因為灰分中各成分在加熱過程中，相互接觸越頻繁，則產(chǎn)生化合、分解、助熔的機會也越多，則熔點降低的可能性也越大。

編輯：蘭陵王