670 MW 锅炉结焦原因的分析及预防措施

陈 熙

（国能（泉州）热电有限公司，泉州 362804）

1 研究背景

国能（泉州）热电有限公司#3 锅炉为超临界燃煤锅炉，型号为HG-2115/25.4-YM12。锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型布置。

近年来燃煤供应紧张，锅炉多掺烧国燃煤和印尼煤，燃煤结焦性问题突出。锅炉结焦导致过热器、再热器管壁温度超温严重，同时存在减温水量增加、空预器入口烟温高以及机组效率降低等问题。因此，对3A 磨启动后锅炉前墙易结焦，以及在水冷壁、燃烧器等处易出现严重结焦的情况进行分析，并提出针对性的预防措施。

2 锅炉结焦分析

2.1 结焦位置和焦块分析

分析发现，锅炉右侧垂直水冷壁壁温平均上升20 ℃，螺旋水冷壁温度无变化。从焦块上纹路和锅炉右侧垂直水冷壁壁温上涨的情况判断，掉焦部位为锅炉右侧垂直水冷壁。掉落焦块有明显分层，分别呈黑色和黄褐色，其中黑色焦块带有明显的管壁形状痕迹，判断可能是国燃煤种焦块附着在垂直水冷壁上，因表面温度高于印尼煤灰熔点，导致印尼煤焦块附着于国燃煤焦块表面并持续增加，最终在自重作用下导致焦块掉落。

2.2 煤粉细度采样分析

磨煤机煤粉细度化验结果与分离器转速数据见表1 和表2，其中，3A 磨、3B 磨、3C 磨、3D 磨、3E磨、3F 磨分别代表#3 炉A 磨、#3 炉B 磨、#3 炉C 磨、#3 炉D 磨、#3 炉E 磨、#3 炉F 磨。由表可知，2022年12 月5 日3A、3C 磨煤粉细度偏粗，3A 磨严重超标，虽然分离器转速满足要求，但是磨风量控制偏大，风煤比分别达到2.15 和2.10，未按要求控制风煤比为1.8，且2022 年12 月6 日白班3F 磨分离器转速控制偏低，为43 r·min-1，2022 年12 月8 日晚班至10 日晚班转速控制偏低，仅为45 r·min-1，此期间3F 磨煤粉细度偏粗。可见，煤粉细度管控不到位，磨煤机风量和分离器调整不及时。

表1 煤粉细度化验数据 单位：%

表2 煤粉细度取样前后分离器转速 单位：r·min-1

2.3 氧量调整分析

高负荷时氧量调整正常，满足防结焦氧量控制标准。低负荷时氧量控制偏低，负荷调整过程中氧量没有及时跟进匹配调整。

2.4 二次风调整分析

基本保持固有开度，未根据负荷变化匹配调整，且公司调整要求保持燃尽风在全开状态。电科院专家建议关小燃尽风至50%，开大燃烧器层二次风，下移火焰中心，降低垂直水冷壁处温度。

2.5 吹灰情况分析

查询吹灰记录可知，班组按吹灰要求执行正常吹灰。但是，转向室温度超过控制值25 ℃，未根据转向室温度增加吹灰。

3 锅炉结焦原因分析

3.1 煤粉细度调整不当

煤粉细度指煤粉颗粒的大小分布。煤粉细度对锅炉结焦有着直接影响，影响煤粉的燃烧速度和燃烧充分程度。较细的煤粉颗粒具有更大的表面积，可以与空气更充分地接触，燃烧速度更快，煤粉燃烧更充分，且在燃烧过程中更容易熔化和熔融。细煤粉进入炉内后，受到高温的作用，会迅速熔化并形成半液态煤渣。如果煤粉粒径较大，表面积相对较小，燃烧速度会减慢，煤粉在炉内的停留时间就会增加，导致结焦的风险增加。煤粉细度还会影响煤粉与空气之间的混合程度。细煤粉在进入炉膛前，与空气更容易均匀混合，形成适宜的煤粉-空气混合物，有利于均匀燃烧。粗煤粉在混合过程中难以与空气均匀混合，可能造成局部燃烧条件不充分，使部分煤粉无法完全燃烧，增加结焦倾向[1]。

3.2 氧量控制偏低

通过控制过剩空气系数，可以确保煤粉燃烧充分，减少煤粉残渣的产生[2]，同时可以控制煤粉的燃烧温度和烟气温度。高温有助于煤粉颗粒迅速熔化和熔融，形成半液态煤渣，也有利于半液态煤渣流动并降低附着在锅炉内壁的可能性，从而减少结焦的倾向。本次锅炉氧量控制偏低，氧量不足，使得煤粉燃烧不完全生成CO，形成还原性气氛。CO 会将煤灰中具有高熔点的Fe2O3熔为低熔点的CaO·FeO，熔点仅1 000 ～1 200 ℃，结焦风险增大。

3.3 配风不合理

若燃尽风量较小，由于燃尽风本身的风场效应，其流动通过煤粉喷嘴后会对火焰有一个向上或向下的推动作用，无法有效推动火焰中心位置，造成火焰偏离理想位置[3]。若燃尽风开大，会对火焰中心产生一个上升的推力，使火焰向上扩展。因此，在调整燃尽风时，需要根据具体情况合理设置风量和风口位置，使火焰保持稳定，达到理想的位置。对调整过程进行分析，操作时未能根据煤种熔点和挥发分及时调整配风，导致燃烧器喷口结焦。

3.4 锅炉吹灰不合理

锅炉吹灰问题集中在3 个方面。第一，吹灰蒸汽未能达到吹灰受热面，清焦效果不良。第二，吹灰系统管道压力调节阀控制性能差，吹灰压力控制不稳定。第三，吹灰器行程不到位和吹灰时间设定过短。本次调整分析中，运行人员未能根据转向室温度变化及时增加相应的吹灰次数。

4 防止结焦的措施

#3 锅炉经常性结焦，严重影响锅炉的安全运行。根据目前燃烧调整试验情况，结合原因分析和燃烧优化方向，提出相关措施。

4.1 严控煤粉细度

首先，根据《电站锅炉煤粉制备与计算》，综合考虑锅炉飞灰、制粉电耗以及低氮燃烧器等因素，煤粉细度控制值修改为R90=0.5nVdaf（其中：R90为90 μm的筛子的筛余煤粉占比；n 为煤粉的均匀性指数；Vdaf为干燥无灰基挥发分），合格范围为±20%，一周检验两次。其次，结焦明显的磨煤机对应的分离器转速控制不低于60 r·min-1，其余磨煤机分离器转速控制不低于50 r·min-1。最后，规范煤粉细度取样。由于煤粉在管内分布不均，粉管取样时要将粉管分为4 等分，从取样口开始分别在伸入长度约30 cm、40 cm、50 cm、60 cm 点停留取样1 min。

4.2 采用正塔式配煤

在满足机组负荷的情况下，逐步减少高热值煤种的配仓占比，至少保留一台等离子制粉系统为高热值煤种。停运磨煤机时，优先停运上层制粉系统。采用正塔式配煤，按照下层、中间层、上层的顺序，同时煤量由大到小进行调控。

4.3 控制磨煤机的风煤比

第一，风煤比控制在1.8 ～2.0，但最终以目标煤粉细度和燃烧调整最佳为调整原则。关注煤粉细度化验结果，若煤粉细度偏粗，降低风煤比，提高分离器转速；若煤粉细度偏细，降低分离器转速，适当提高风煤比。第二，在煤粉细度满足要求的前提下，尽量减少通风量，以较低的风量控制磨煤机的运行。第三，正常运行中不得开冷风和低煤量运行，发现冷风门内漏时需及时处理。第四，燃烧器喷口结焦时提高风煤比，根据试验结果，6 台磨运行时前墙A 磨风煤比不低于2.6，前墙C、D 磨风煤比不低于2.5，后墙F 磨风煤比不超过2.0，后墙B、E 磨风煤比不超过2.2。

4.4 做好配风调整

在不堵磨的情况下，热一次风母管压强一般控制在7.5～8.5 kPa。燃烧器中心风电动门和手动门保持全开位，如有安措隔离，恢复后手动门应开启。二次风按正塔式配风，燃尽风开度为30%～50%。锅炉发生偏烧时，合理调整二次风门开度。锅炉左右侧氧量偏差大，左侧氧量低，右侧氧量高，开大左墙二次风，增加炉膛左侧氧量。

4.5 严格执行锅炉吹灰

一方面，按烟气流程从前往后吹，并对易结焦和积灰区域增加吹灰频次。使用低灰熔点煤（低于1 200 ℃）且#3 锅炉蒸发量大于1 500 t·h-1时，注意不得过吹。吹灰前严格进行充分暖管、疏水，严防蒸汽带水进行吹灰。另一方面，吹灰时要注意吹灰调门开度、压强是否与吹灰器状态匹配、吹灰器的吹灰时长是否合理、吹灰到位情况是否正常等。要加强吹灰器的现场检查，及时发现缺陷。

4.6 规范配煤

煤场堆煤按灰熔点、热值、硫分区分堆放，配煤入炉加权平均灰分不得超设计的19.77%，灰熔点低于1 200 ℃的煤种不得配在中上层和A 层制粉系统。

4.7 定期炉膛扰动

夜班轮流停运制粉系统，降负荷至450 MW 以下，停运制粉系统3 h 以上。升负荷时，启动制粉系统。若负荷不变，提前更改加仓方式，创造条件停运制粉系统[4]。

4.8 异常分析排查

若发生负压异常波动、掉焦的情况，应全面排查，判断捞渣机内的掉焦位置，反推炉内结焦、掉焦区域，记录捞渣机刮板和渣仓检查情况、异常时的壁温、捞渣机电流和油压等参数。

5 优化调整结果

经过执行措施，结焦情况明显好转。锅炉末级过再热器减温水量减少，排烟温度下降12 ℃，空预器差压减小，解决了因空预器入口烟温超标限制负荷的难题，保证了空预器的安全运行。锅炉垂直水冷壁结焦明显减少，大大降低了因结焦引起的水循环恶化[5]。随着烟道积灰结焦减小，烟道阻力降低，引风机电流降低，节省了用电。

6 结语

锅炉结焦是一种复杂的化学变化过程，易造成锅炉燃烧不稳定和锅炉排放物环保参数超标等不良后果。分析锅炉结焦原因，采取一系列针对性的防范措施，可有效降低锅炉结焦的可能性，保证锅炉燃烧安全性、稳定性和经济性。