锅炉结焦问题的分析及防控

文 / 张 伟 黄陵矿业煤矸石发电有限公司

黄陵矿业煤矸发电有限公司目前运行的有5台循环流化床锅炉，其中，一期3台75t/h的循环流化床锅炉，二期2台220t/h循环流化床锅炉，在建的三期即将投运2台1057t/h循环流化床锅炉。在初期运行中，一、二期锅炉都或多或少地发生过结焦事故。本文就循环流化床锅炉结焦问题，提一些看法和建议。

1 设备简介

黄陵矿业煤矸石发电有限公司一期3台75t/h循环流化床锅炉2004年6月投产运行。属单汽包、自然循环、高温水冷旋风分离器、固态排渣、循环流化床锅炉，锅炉采用半露天、半悬挂（前吊后支）布置、全钢架结构。二期2台220t/h循环流化床锅炉2008年建成投产，锅炉由一个膜式水冷壁炉膛，两台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井（HRA）三部分组成。锅炉减温系统采用除盐水喷水减温，锅炉炉膛为全膜式水冷壁悬吊结构。脱硫系统采用炉膛与煤混加石灰石的方式，锅炉排渣系统采用滚筒式冷渣机，自动排渣系统。

2 锅炉结焦后造成损失

我公司锅炉运行中曾发生几起结焦事故，每次结焦事故发生后，均停炉5～10天，二期每天每台炉产生的经济效益在20万元左右，一期在5万元左右，而且每次的点炉费用一期为2万元左右，二期在4万元左右，每次锅炉结焦事故的发生给电厂带来的经济损失大约在20～60万元。

3 锅炉结焦的原因分析

锅炉结焦就是炉膛料层中的颗粒（包括底料和煤）因燃烧时产生大量的热不能被及时地排出，使其温度超过灰渣的变形温度而产生粘结成块的现象。局部结焦后，所形成的小渣块会迅速粘结成一大块，甚至布满整个料层，使处于流化状态料层布风遭到破坏，料层不能正常沸腾，只得被迫停止运行。

下面就锅炉结焦原因进行分析。

3.1 床料流化异常对结焦的影响

循环流化床锅炉床料流化不良是引起结焦的主要原因。由于循环流化床锅炉的燃烧床料主要是由0～12mm的煤矸石、中煤组成，一旦流化循环不好就很容易引起床料局部堆积，堆积的床料本身温度较高，加上床料还含有未燃烧完全的煤颗粒，继续氧化燃烧，放出热量，集聚下来没有散热或者是传热量很小，从而使该部分床料的温度急剧上升，当温度超过了灰渣的灰熔点时就会产生结焦现象。

当燃烧的煤颗粒度与其床料颗粒的相对速度到零时，燃烧颗粒传热速率迅速加快，床局部温度急剧升高，造成炉膛内的灰与煤质颗粒熔合一起，一旦熔合的固体块形成，临近的惰性床料被其粘结，因而增大了粘结块，当床温大于固体颗粒粘结温度时，即使床层表观气速大于最小流化速度，床层也将结块，最小流化速度在床层温度大于固体颗粒粘结温度时失去了传统上定义流化床流化的意义。此时的流化风速比临界风速大很多。

在循环流化床锅炉运行中，当流化风速低于炉料的临界流化风速时，物料在床内燃烧放热，热量来不及向锅炉受热面传递，就使燃烧周围的物料加热，使其温度急剧上升，当温度超过灰渣灰熔点温度时，就产生锅炉整床高温结焦。

3.2 灰渣的灰熔点对结焦的影响

灰熔点越低，越容易结焦。结焦分为高温结焦和低温结焦，当床层整体低于灰渣变形温度，而局部超温或低温烧结而引起的结焦叫低温结焦；高温结焦是指整体床温高而流化正常时形成的结焦现象。灰熔点与灰渣中的成分含量有关，灰渣中碱金属钾、纳含量较高时灰熔点较低。

3.3 燃料特性对结焦的影响

我公司锅炉使用的燃料以煤矸石、煤泥和低热值中煤为主，煤的制备是用二级齿板破碎系统，经破碎后的煤粒设计为15mm以下，经过多年的运行经验，要确保锅炉运行正常，燃烧充分、反料稳定、设备使用周期长，必修控制煤质的颗粒度在5～10mm范围内。如果大于15mm的颗粒或者明显偏大，超过了设计要求，将导致颗粒沉积，影响流化与运行，造成结焦事故。

3.4 密相区燃烧份额对结焦的影响

燃烧份额是指每一燃烧区域中燃烧量占总燃烧量的比例。由于循环流化床锅炉燃烧主要发生在密相区和稀相区，这两个区域的燃烧份额之和接近于1，其中密相区的燃烧份额会影响到料层温度控制、炉内传热以及锅炉连续安全运行，所以密相区燃烧份额是我们最关心的一个参数。在其他条件不变的情况下，当密相区燃烧份额增加，也就是燃煤在密相区放热份额增加时，为保持密相区出口温度不变，必然增加密相区的吸热量，相应增加密相区的受热面积。如果密相区的受热面再无法增加，则会使密相区出口烟温提高，即带入稀相区的焓增加。如果该部分不能有效被稀相区受热面吸收或被烟气带走，则密相区的热平衡就被破坏，从而使炉膛温度升高，出现高温结焦。

4 锅炉结焦事故的防控措施

4.1 锅炉点火过程中的控制

锅炉点火过程中要求流化良好，在锅炉点火后期,投煤时要特别注意，此时温度较高，加入的煤大部分还没有着火，一旦着火，温度会上升较快，如果控制不好，就很容易结焦。所以在点火后期，要确保床料流化，给煤时不能大量给煤，而是采取少量范围给煤；尽量避免床料中有小焦块，如有小焦块，要尽量用钩子钩出；尽量缩短小风量运行过程时间，以避免造成“低温结焦”。在点火后期，不可大量添加发热量低的劣质煤种（是指热值小于3200大卡的混合煤），否则会使炉料燃烧不充分，控制不了温度的上升的速度。采用油枪点火的，后期就要控制好油量，不可把燃油突然开大或突然关小，尽量控制好床料的温升速度。往往在锅炉点火过程中的一点操作失误就会导致锅炉结焦事故。

4.2 不可随意减少风量的调整控制

风量过大会带走床层发热量，造成床温下降，但并不意味着必须减风，要根据具体情况而定。如果床温在800～850℃区间，足以使该煤种着火，应该酌量加煤，并注意氧量的变化，当氧量下降时，酌情减煤，而床温持续上升时，可适当增大锅炉一次风机档板阀位5%～8%，在该床温下即可稳定运行，剧烈地加风或者减风都是不允许的。我公司锅炉的一、二次风都是从锅炉的一次风机出来的，开大二次风门，其实也就相当于关小一次风门，在运行过程中，突然开大二次风门，一次风量就减少了，当一次风量低于炉料的流化风量时，就使炉料沉积从而产生结焦。

4.3 注意料层差压的变化

正常运行的循环流化床锅炉，料层差压是持续、均匀地变化，料层剧增或剧减是不正常的，应该分析原因，特别是料层差压剧增，往往是结焦的前兆。2013年6月13日，2#炉就是由于其料层不稳定，间断朴灰、断灰，料层差压剧增，加之运行人员有操作不及时，造成结焦。因此，运行人员在监视运行过程中要时刻注意观察料层差压的变化，一旦突变，就要立即采取措施，才可避免结焦事故的发生。

4.4 结焦事故前兆的紧急处理

（1）应迅速切断给煤机，并维持正常水位，若有必要可停一次风机，停止给炉膛供氧气，监视氧量参数。

（2）采取大风量吹送流化床物料的方法来降低床温，以达到间接完成消灭焦块的效果。否则，等造成大面积结焦时再来处理，就已经来不及了，只能作停炉处理。

4.5 床层温度的控制与调节

锅炉正常运行时，尽量提高床温，床温的提高有利于煤的燃尽；但另一方面要低于床料的变化温度100～200℃，对于我公司的循环流化床锅炉，床温要控制在900～950℃。调节床温的方法有：①在一定负荷下风量不变的情况下，用调节给煤量的手段来调节床温。②在一定负荷下给煤量不变的情况下，用增减一次、二次风量及引风的手段来调节床温。③对于在负荷变化较大的情况下，必须同时调整给煤量与送风量。

4.6 锅炉循环灰的调整

当反料器投入正常后，有利于床温的稳定和汽温的正常，运行人员在调整时，当料层差压增大时，盲目放循环灰，造成大量高温循环灰（900℃以上）外泄，使流化床内物料成分改变，床温波动，最后造成结焦。在运行中，要常检查返料器是否运行正常。

4.7 控制好给煤粒度

燃煤粒度要求粒度大的不能太多，破碎机出煤的粒度要严格控制，大于10mm以上的煤粒绝不能多于2%，否则要查明原因，进行处理。燃运车间输煤工人要检查自己上的煤粒情况，运行人员也要经常检查给煤机的进煤情况，发现问题要及时与输煤工沟通处理。

4.8 加减负荷的控制

加减负荷时，要求严格按“升负荷时先加风再加煤，减负荷先减煤后减风”的操作思路。在加减煤时，不能突然增加或减少很多，只能缓慢加减。燃烧调节时，要做到“少量多次”的调节方法，避免床温大起大落。对锅炉设备造成损害。

4.9 控制好料层的厚度

一般运行人员根据风室压力进行控制料层厚度，要求风室压力在10.0～12.5kPa之间，床压高时，通过排渣来控制；床压低时，通过不排渣来控制。排渣时根据料层差及时少放勤放，排出的渣有渣块时要及时汇报锅炉操作人员，排渣结束时应认真检查，确认排渣门关闭严密后，方可离开现场。在排渣量过程中，锅炉监视操作人员要特别注意床料差压与风室压力，不可把料层排得太低、太薄。

4.10 严格控制燃煤质量

我们尽量燃用发热量在3200kcal、灰熔点高、水分少的煤种，尽量不选用煤质粒度大的煤种。在运行中，还应该采取配煤的方式来控制入炉煤的品质要求。对洗煤厂洗出的中煤、煤矸石于少量原煤进行配比，根据锅炉运行情况及时调整煤的配比，使锅炉运行达到最佳状态。

4.11 煤质化验人员与锅炉运行操作人员的配合

在正常运行中，燃料化验人员要对锅炉燃煤定期进行取样分析，及时给锅炉运行人员提供准确的分析数据，有利于锅炉运行人员，根据有关数据进行燃烧调整。锅炉运行人员也要密切关注自己所烧的煤的情况，一旦煤质有变化要及时调整，否则当煤的热值一旦发生很大的变化时，给煤量不做调整，好煤就容易结焦，差煤就容易灭火停炉。