火电厂锅炉结焦的原因及防范措施

王英石

摘要：燃煤电厂由于锅炉结焦而发生事故的案例不胜枚举。本文就近几年对锅炉结焦的突出问题进行了分析，提出了具有一定针对性的有效治理预防措施，从而提高锅炉连续运行的安全性、可靠性以及经济性。

关键词：火力发电厂;锅炉;结焦;原因分析;预防措施

1锅炉结焦原因分析

鍋炉结焦机理是一个非常复杂的物理化学过程，关系到煤质、锅炉结构设计和锅炉燃烧调整。煤灰的成分和组成是炼焦的来源。炉内环境温度是影响结渣的主要外部因素。炉内空气动力场的组织对结渣起着重要的作用。炉膛出口结焦的主要原因是锅炉出口烟气温度高于煤灰熔点。一般要求炉膛出口烟气温度100～150℃低于煤灰熔点，防止炉膛出口结焦。通过分析研究，锅炉结焦主要与以下因素有关。

1.1锅炉炉膛结构设计问题

炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、燃烧器面积热负荷和炉膛几何结构与锅炉结焦直接相关。炉膛容积热负荷设计值的选择不仅影响煤的燃尽，而且影响炉膛出口温度和炉膛温度。特别是对于灰熔点较低的煤，必须选择较大的炉膛容积和截面积，否则会造成炉膛上部和炉膛受热面结焦。

1.2煤质问题

燃煤质量对电厂锅炉结焦有着根本性的影响。灰质成分和熔化温度是影响结焦的内因。煤灰在高温受热面上结垢结焦的趋势可以通过煤灰熔点温度和主要成分来判断破碎煤灰的结渣指数。一般用Ca2+/Ca2+/al2+/Fe2+/Ca2+/SiO2比值和Si值来判断灰的结焦倾向，用Na2O的质量分数来判断灰的污染程度。我公司煤（对照煤）的灰熔点普遍较低。当软化温度T2>1500时℃，炉内结焦可能性小;T2<1500时℃，炉内可能发生结焦。根据煤灰组分质量分数的计算和煤灰的常规结渣准则，可以基本判断煤的结渣特性。

1.3运行状态问题

1.3.1运行氧量问题

锅炉运行中的含氧量是锅炉内的氧化或还原性气氛，对锅炉结焦有很大影响。如果锅炉运行中氧含量低，炉内还原气氛强，煤的灰熔点就会下降，锅炉容易结焦。机组满负荷或接近额定负荷时，锅炉（省煤器出口）控制含氧量为4～7%。如果氧气控制较低，炉膛出口必须有一个强还原气氛区，这使得煤灰结焦非常强烈。

1.3.2炉膛出口烟温问题

有时锅炉主蒸汽温度偏高，只能在三层燃烧器的下两层使用。如果炉膛高度不高，很容易使炉膛出口烟气温度偏高。除燃烧器各喷嘴配风方式的特点（燃烧器两侧均为腰风）外，主要控制依据是以下负荷和风箱与炉膛的压差。当煤质波动时，运行人员不能根据实际情况进行调整，导致锅炉燃烧配风方式不处于优化状态，特别是上喷嘴煤粉颗粒燃尽不良，炉膛出口部分大颗粒煤粉未燃尽，导致炉膛出口烟气温度高，结焦严重;当煤质变差时，煤粉燃尽性能的适应性不强。根据一般经验，炉膛出口烟气温度宜为100～150℃℃ 低于煤灰熔点T2，保证不结焦。根据目前的运行情况，炉膛出口烟气温度超过此值，容易在管道表面形成结焦。

1.3.3主蒸汽流量偏大与运行状态问题

目前同负荷机组的蒸汽流量远高于机组性能验收时的蒸汽流量。在相同的负荷下，如果主蒸汽流量过大，则意味着给水流量也会增加，所需的风和煤也会增加，所以风机的出力会很紧。如果引风机裕度不足，则运行中的含氧量低，运行中的含氧量低会造成炉膛出口的还原气氛，降低灰熔点温度，引起炉膛结焦。

2锅炉结焦的危害

2.1结焦影响锅炉安全和正常运行

结焦会降低锅炉出力;情节严重的，可能造成强制停炉;结焦还会缩短锅炉的正常使用寿命;由于锅炉结焦基本不均匀，锅炉水冷壁结渣会对自然循环锅炉水循环的安全性和强制循环锅炉水冷壁热偏差的均匀性产生不利影响。

2.2结焦影响机组锅炉的经济运行

锅炉结焦通常引起过热蒸汽温度升高，锅炉过热器、再热器减温水量增加，将大大削弱锅炉受热面的传热能力（锅炉传热系数降低）;当锅炉排烟温度升高时，排烟热损失增大，锅炉效率降低;引风机电流增大，风机耗电率增大。

2.3结焦容易形成大块灰渣

由于落灰量大，容易使排渣机、钢带排渣机、碎渣机运输困难，有时会造成超载跳闸，严重时会使渣沟、渣管堵塞，损坏排渣设备，被迫降低机组负荷，甚至关闭锅炉。

2.4结焦可能导致水冷壁冷灰斗被砸坏

由于重力作用，大渣从顶部落下，可能造成水冷壁灰斗损坏。大的炉渣在低负荷下会引起燃烧不稳定，甚至引起锅炉灭火。

2.5结焦会引起锅炉灭火

由于锅炉大焦块落在排渣机后面，排渣机瞬间产生大量水蒸气，破坏排渣机水封，造成大量冷空气漏入炉底，造成炉内燃烧严重恶化，炉内负压剧烈波动，导致锅炉灭火。

2.6结焦造成停炉

当结焦严重时，只能被迫停炉进行人工清焦，甚至采用爆破等手段进行清焦。

2.7结焦导致锅炉爆管

结焦容易导致锅炉受热面受热不均，造成热偏差和锅炉过热爆管。同时，煤中的钾、钠等碱金属与二氧化硫、三氧化硫反应，形成硫酸盐等碱金属络合物。熔融或半熔融碱金属络合物与锅炉受热面发生强烈的氧化反应，使锅炉受热面壁厚逐渐减小，导致锅炉爆管。

3防止锅炉结焦的办法

3.1选择合理的运行氧量。锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气体，它对锅炉的结焦有非常大的影响，如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气体较强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就容易结焦。

3.2加强炉内吹灰，除焦工作，特别是重点区域要增加吹灰次数。如果运行氧量还偏低，必要时适当降低负荷。由于结焦的主要区域在炉膛出口处，此处容易堵塞烟道，增加烟气阻力，引风机出力更显不足，所以要防止结焦与还原性气氛恶性循环的趋势。

3.3保证空气和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气体，防止局部严重积灰、结焦。当一、二次风的位置、风速、风量设计不合理时，尽管炉内总空气量大，但仍会出现局部区域的炽热焦碳和挥发分得不到氧量而出现局部还原性气体。当煤粉炉烟气含氧量低于3%时，由于局部缺氧，将会使CO含量急剧增加。加大运行中过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原性气体，调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。

3.4要有合适的煤粉细度（R90）和均匀度（R200）。煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多，熔化比例高，若仍保持软化或熔化状态，易黏结附于水冷壁上引起结焦。

3.5适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦。提高一次风速可推迟煤粉的着火，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附加结焦。提高一次风速还可以增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风直接冲刷壁面而产生结焦。注意一次风速的提高受煤粉着火条件的限制。

3.6掺烧不同煤种。煤种掺烧能在一定程度上综合所掺煤种的灰焦特性。低灰熔点煤灰分仍在受热面上沉积，但高熔点固态灰对受热面有一定的冲刷作用，使沉积量降低。

3.7减少锅炉底部漏风。防止抬高火焰和着火点迟后，减少空气预热器漏风，防止因引风机出力不足而影响氧量;减少二次风箱漏风，确保四角风量均匀进入炉膛，防止火焰偏斜引起结焦。

4结束语

锅炉结焦的原因很多，危害也很严重。应加强锅炉结焦原因分析，采取有针对性的措施。通过不断总结和改进预防措施，大大减少了锅炉结焦事件，杜绝因锅炉结焦引起的机组“非停”和“降负荷”事件，确保机组能够安全高效运行。

参考文献：

[1]张新才，董海恩浅谈电厂锅炉结焦原因及防止措施.

[2]岑可法等.锅炉和换热器的积灰、结焦、磨损和腐蚀的防止原理与计算[M].北京：科学出版社.1994.

[3]袁钧卢，张佩芳译.煤的燃烧理论与技术[M]. 上海：华东华工学院出版社，1990.