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。
( 3 )降低火焰中心位置。
( 4 )加速燃煤 着火。着火提 前, 燃料在 炉内燃 烧的时间会相应延长, 有可能降低炉膛出口烟温。
( 5 )保持适当的过剩空气量。过剩空气量增加时, 炉膛出口烟温降低, 可减轻对流过热器和再热器 的积灰、结渣。炉膛过剩空气量增加, 炉膛壁面处烟 温降低, 炉内受热面结渣趋势减缓; 如果过剩空气量 不足, 在炉内出现还原性气氛, 灰熔点大大降低, 增 加了结渣的可能性。当然, 如果过剩空气量过大, 烟 气量也要增加, 炉膛出口烟温也要提高, 所以, 要保持适当的过剩空气量。
4. 2 组织良好的炉内空气动力场
煤粉炉中, 燃烧中心温度高达 1 4 00 ~ 1 700 C , 灰分在该温度下, 大多处于熔化或软化状态, 烟气和 其所带灰渣温度因水冷壁吸热而降低。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, 尤其是在有卫燃带的炉膛内壁, 表面温度很高且很粗糙, 更容易结渣, 且易成为大片焦渣的发源地。因此, 必须保持燃烧中心适中, 防止火焰中 心偏斜和贴边。
4. 3 保证合适的煤粉细度和均匀度
煤粉过粗 会延迟燃烧过程使炉膛出口烟温升高, 同时烟气中会出现未完全燃烧的煤粒, 这样也会 造成结渣。煤粉过细易于黏附壁面, 影响受热面的 传热效果。
4. 4 加强监视, 及时清焦吹灰, 保持受热面清洁
如有积灰和结渣现象, 初期清除起来比较容易, 应及时清除。清焦渣和吹灰进行愈晚, 所需的工作 量愈大。
4. 5 保证燃煤质量
运行人员应掌握燃煤的化验数据, 运行时根据 来煤特性选择正确的调整方法和预防措施。
4. 6 其他原因
燃烧器制造质量不高、燃烧器安装角度不正确 或位置偏离过大、喷口烧坏没有更正等, 都会导致火 焰偏斜, 形成结渣。如果吹灰器短缺或转动、伸缩不 灵, 不能正常吹灰, 也容易使受热面黏附灰粒, 形成 结渣。
5 防止锅炉受热面粘污和结渣的设计
虽然燃用的煤种仅具有中等结渣倾向, 但在设 计方案中还是采用了充分防止锅炉受热面结渣的措 施, 以最大限度地减少结渣的可能性。炉膛的设计 能保证燃烧完全, 并且在炉膛内不发生不可控制的 结渣。当锅 炉的 出力 为 BM CR ( 锅 炉最 大额 定出力 ) 的时候, 炉 膛出口的平均烟气温度低于灰的初 始变形温度。沿炉膛宽度方向的对称点上, 炉膛出 口烟气温度的偏差不大于 50 C 。
屏式过热器管屏横向节距的设计值为 1 714. 5 mm, 以防止挂渣而产生阻塞, 获得稳定的吸热。高 温过热器、高温再热器和低温过热器 /低温再热器受 热面横向节距分别为 914. 4, 34 2. 9 和 114. 3 mm, 以 防止在有效吹灰的情况下发生受热面的过度粘污。 锅炉设计方案采取了以下 11 条防止锅炉受热面结渣的措施:
( 1) 总结了 BHK 燃用易结焦煤的经验。
(2)采用较大的炉膛容积(29819m3)和炉膛断面积( 529m2 ) , 选取较小的炉膛热负荷(容积热负荷79 kW /m3、断面积热负荷4. 5 kW /m2 ), 降低整个炉膛温度, 以便减小结渣的可能性, 同时以满足NOx排放要求。
( 3)燃烧器对称布置在炉膛的前、后墙上, 采用了合适的燃烧器间距、燃烧器与侧水冷壁间的间距,以避免火焰冲刷受热面。
( 4 )选择能够防止对流受热面出现结渣的炉膛 出口烟气温度 ( 1 016 c )。
( 5 )采用合理的过热器和再热器管屏的横向节 距和结构形式, 防止部件管子出列、变形和结渣。
( 6 )采用了较小的燃烧器热功率, 采用 48 台较 小功率的燃烧器。
( 7 )选取合理的燃烧器区域化学反应 当量比,满足 NOx 排放要求。
( 8 )燃烧器喉口周围布置水冷壁弯管, 与高级 合金材料相结合, 从而降低了燃烧器喉口的表面温 度, 有效防止燃烧器区域出现结渣。
( 9 )控制燃烧器中燃料和空气的分布, 保证沿 整个炉膛宽度的均匀燃烧并防止还原区的形成。
( 10 ) 在炉膛易结渣区域布置了 82 台炉膛吹灰 器, 定时吹灰, 有效且可靠地 保证了炉膛水 冷壁的清洁。
( 11 )在对流受热面区域布置 足够数量的长伸 缩式吹灰器、半伸缩式吹灰器, 穿过悬吊过热器中央 的吹灰器与过热器的设计相结合, 保证了吹灰器的 有效性。
6 锅炉运行操作预防措施
邹县电厂 1 00 0MW 锅炉在设计值时考虑了设 计煤种和校核煤种的结焦倾向, 设计的容积热负荷、 断面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷均取用了烟煤 锅炉的低限, 可有效减轻锅炉结焦。但值得注意的 是分割屏过热器入口烟温, 其设计值为 1 373 c , 而 设计煤种和校核煤种的软化温度分别为 1 35 0 C 和1 290 C , 分割屏过热器入口烟温高于软化温度, 很可能造成分割屏过热器下部的结焦。
6. 1 结焦的判断方法
( 1 )通过观察捞渣机上是否有大渣、炉底是否有跌落 焦 块的 声音 是 判断 有 无结 焦 的 最直 接 的 方法。
( 2 )通过燃烧器层观察孔可以观察燃烧器喷口 附近是否结焦。
( 3 )通过炉膛观察孔可以观察锅炉水冷壁和屏 式过热器区域是否结焦。
( 2) 采用较大的炉膛容积 ( 29 81 0 m) 和炉膛断
( 4 )注意监视水冷壁及屏式过热器壁 温温差温差大于 50 C (经验数值 ), 就有可能存在局部结焦现象。
( 5 )在燃烧稳定的情况下, 注 意监视壁温有无 突升的现象, 如果发现局部壁温突升, 说明炉膛跌落 大焦块。
( 6) 如果炉膛负压不正常波动、吸风机电流不正常晃动, 有可能是跌落焦块引起的。
( 7) 炉膛排烟温度不正常 升高, 有可能是锅炉 受热面结焦引起的。
( 8) 主、再热汽温及壁温异常升高, 减温水流量 异常升高, 可能是结焦引起的。
6. 2 运行操作注意事项
( 1) 合理调整燃烧, 使炉膛火焰不偏斜, 不发生 贴壁燃烧现象; 定期测量煤粉管温度, 防止煤粉管道 堵塞造成炉内火焰分配不均; 没有特殊情况, 必须保 证 1 台磨煤机的 8 台燃烧器同时运行; 加强对炉膛 负压的监视与调整, 严禁锅炉冒正压运行。
( 2) 严格控制风量, 保持适当氧量运行, 使风量既不能太大, 又不能太小。高负荷时, 适当提高运行 氧量。提高运行氧量一方面可以降低炉膛烟温, 另 一方面富氧燃烧可以防止产生还原性气氛, 而还原 性气氛会降低灰熔点导致结焦发生。
( 3) 在锅炉正常运行时, 加强对受热面壁温的 监视, 受热面壁温不正常升高, 及时查明原因进行处 理; 加强对主、再热汽温的监视与调整, 主、再热汽温 异常 及减 温 水量 变 化大 时, 及 时 查明 原因, 进行 处理。
( 4) 减缓降负荷的速率, 防止由于急速降负荷 造成的大量焦块同时跌落; 可以通过多次升降负荷 使生成的焦块分批脱落。
( 5) 加强与燃料的联系与配合, 根据煤种变化, 合理调整运行方式, 及时调整锅炉一次风压力和磨 煤机出口温度。当煤质较差、挥发分较低时, 可以采 用相对较低的一次风压和较高的磨煤机出口温度, 以使煤粉气流着火点提前, 有利于煤粉的完全燃烧; 当煤质较好, 挥发分较高时, 可以采用较高的一次风 压和较低的磨煤机出口温度, 以使煤粉气流着火点 推迟, 有利于防止燃烧器喷口周围结焦。
( 6) 锅炉 正常运 行时, 定期 对捞渣 机、燃烧器层、屏式过热器等处观火孔进行全面检查, 以便及时 发现锅炉结焦情况, 并采取相应措施进行处理。检 查时, 若发现炉底有跌落焦块的声音或捞渣机上有 大焦块应及时汇报当值领导, 并通知灰水分场采取 相应措施。但应注意, 打开观火孔进行检查时, 应通 知值班员适当调大炉膛负压, 戴好头盔及防护眼镜,不可正对观火孔。
( 7 )坚持定期吹灰制度, 及时联系锅炉、热工进行吹灰并通知灰水分场, 保持受热面清洁。吹灰时,对吹灰器进行跟踪检查, 发现缺陷及时处理; 若吹灰 器卡在炉内退不出来, 应及时通知灰水分场。水冷 壁吹灰能保持水冷壁清洁, 强化炉膛吸热, 降低进入 锅炉分割屏过热器的烟气温度; 屏式过热器吹灰能 及时清除分割屏过热器上的结焦, 防止焦块长大导 致跌落大焦块砸坏渣斗或冷灰斗水冷壁。
( 8 )磨煤机停运期间, 燃烧器 冷却风门保持开启状态。
( 9 )锅炉低负荷运行发生炉膛负压波动大时应 及时查明原因, 采取相应的调整措施, 保证锅炉负压 运行, 严禁冒正压。磨煤机容量风挡板晃动造成磨 煤机风量晃动时, 可以切为手动控制; 如果因空气预 热器漏风造成炉膛负压波动大, 可以适当降低扇形 板位置, 降低空气预热器漏风。
( 10 )磨煤机紧急停运后, 应及时对煤粉管道进行吹扫。防止锅炉结焦, 关键是加强燃料管理, 上好 煤, 配好煤, 不燃用易结焦煤种。
( 11 ) 锅炉正常运行时, 一旦发现结焦现象, 应及时汇报有关领导, 采取相应措施清除结焦; 锅炉停 运时, 应对燃烧器、受热面等处进行全面检查, 将结 焦彻底清除。
7 结束语
锅炉结焦是十分复杂的物理化学过程, 与煤质、 锅炉结构及锅炉燃烧调整等因素有密切关系, 通过 具体分析锅炉结焦原因并采取有效对策, 可以抑制 锅炉结焦, 改善锅炉运行工况, 提高锅炉效率, 保证 机组连续安全、经济运行。
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