600MW切圆燃烧锅炉结焦原因分析及处理.docx
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600MW切圆燃烧锅炉结焦原因分析及处理
华北电力大学
毕业论文
600MW切圆燃烧锅炉结焦原因分析及处理
专业热升
班级0927
学生姓名祝艳平
指导教师
成人教育学院
年月日
摘要：
结焦是困扰燃煤锅炉的一大难题，只有针对某一特定煤种、特定工况不结焦的锅炉，没有绝对不结焦的锅炉。
现在的煤炭市场为卖方市场且会长时间保持这种状况，各燃煤电厂不可避免地要长时间经受“燃煤之急”，针对特定煤种设计的锅炉能否适应数以十计、百计煤种的考验还需要技术人员来保驾护航。
结焦原因非常繁杂其解决手段也要多措并举，具体的调节手段大家都清楚，其难点在于调节中的“分寸”掌握，具体的锅炉需要我们提出针对性的药方，有的放矢去做工作。
岱海电厂二期锅炉设计煤种为准格尔烟煤，但自机组投产以，设计煤源供应不足一直困扰着岱海电厂，做为点对网发电企业，为了保障首都的正常电力供应，岱海电厂不得不开始大规模地掺烧其他非设计煤种。
掺烧的煤种因都是小矿煤所以煤质参差不齐，每时每刻入炉煤的煤种、发热量和灰熔点都有可能发生变化，这给防止结焦工作造成了极大的难题，这就需要我们从本期锅炉结焦的根本原因出发，采取有针对性的措施来确保机组安全稳定的运行。
关键词：
结焦炉膛温度灰熔点还原性气氛配风
Absract:
Cokingisagreathardproblemforcoal-firedboiler，onlyfortheparticularcoal，theparticularworkconditiondon'tcokingboiler，nevercokingboilerisNonexistent。
Thecoalmarketinnowadaysisasellingmarketandwillkeepthiskindofconditionforalongtime，eachcoal-firedpowerplantinevitablyexperiencetheproblemforalongtime，aimingattheboilerthattheparticularcoalgrowsadesigncanadapttoVarietycoaltostillneedtechnicalpersonneltoprotect。
ThereasonofcokingisVariety。
ThedesigningcoalsforTheDAIHAIpoweris“zhunGeEr”coal，butsinceproducing，shortageofdesignthecoalsourcesupplyhavebeentrappingtoTheDAIHAIpower。
TheDAIHAIpowerisatoordertogeneratecompany，forthesakeofguaranteecapitalcityofnormalelectricitysupply，theDAIHAIpowerhastostarttofiringbituminouscoalmixedwithligniteinsidethefurnace。
Becausethecoalcomingfromdifferentplant，sotheashmeltingpointanddelivercaloriesofthecoalhaschangedfrequently。
Thiscauseddiffcultproblemforprovidingcoking。
Thisneededustothereasonofcokingtosetoutfromtheboilerandadoptedtothemeasureandensuretheunitsrunningsafely。
Keywords:
coking,furnancetempreture,ashmeltingpoint,Reducingatmosphere,airdistribution。
1设备概况
内蒙古岱海电厂二期工程2×600MW机组设计煤种采用准格尔烟煤，采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，燃烧器采用四角布置切向燃烧方式。
燃烧器共设置六层煤粉喷嘴，锅炉配置6台ZG123G中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，在燃用设计煤种时，锅炉MCR和ECR负荷时均投五层，另一层备用。
燃烧器的一、二次风喷嘴呈间隔排列，顶部设有OFA二次风。
连同煤粉喷嘴的周界风，每组燃烧器各有二次风挡板14组，均由电动执行器单独操作。
为满足锅炉汽温调节的需要，燃烧器喷嘴采用摆动结构，除OFA层喷嘴由一台气动执行器驱动作上下单独摆动外，其余喷嘴由内外连杆组成一个摆动系统，由另一台气动执行器集中带动作上下摆动。
岱海电厂一、二期工程设计煤种均采用灰中含三氧化二铝达47.26%的高灰熔点的准格尔烟煤，但自从岱海电厂二期工程核准、二期机组启动从来燃煤供应问题一直困扰着岱海电厂。
岱海电厂是华北电网点对网电厂，担负着北京地区用电的重要任务，因为燃煤限负荷是绝不允许的，为此岱海电厂被迫大量掺烧其他非设计煤种。
非设计煤种大量掺烧后，锅炉结焦严重，不但给运行、检修人员和锅炉除灰渣设备增加了负担，严重时还多次使机组被迫降负荷除焦，结焦问题严重影响岱海电厂的安全与经济运行。
为了解决锅炉结焦的问题，岱海电厂投入了大量的人力、物力，现就造成锅炉结焦的机理、实际原因和针对原因采取的解决方法进行分析、讨论，希望能起到抛砖引玉的作用，使困扰岱海电厂的锅炉结焦问题得以圆满解决。
2锅炉结焦机理
炉内结焦是一个很复杂的物理化学过程，涉及煤的燃烧、炉内传热、煤的潜在结焦倾向、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附过程等等。
焦的生成通常有3个过程：
一是煤灰燃烧中的形态变化过程，煤粉在很高的温升速度下，灰份分解、氧化、挥发以至于熔融形成结晶体几乎同时进行。
二是灰粒向水冷壁的运动过程，按照颗粒度大小，分别主要依靠气相扩散、热迁移以及惯性迁移进行输送。
三是灰渣在管壁上粘接和凝聚的过程，先后形成初始沉积层和梳状沉积物（第二层），并由此开始结焦。
一般认为，煤粉颗粒进入炉膛后被迅速加热至燃烧，所含灰分中的矿物质迅速分解、氧化、挥发并发生反应，碱金属氧化物、黄铁矿残渣等气化并随烟气扩散运动至水冷壁迎风面受冷凝结，形成比较薄的釉质初始垢层，初始垢层粘合力远大于光滑的金属壁面，未凝固的熔融态、半熔态颗粒部分随烟气到达并受冷凝固聚集，随着粘合力的增加，积灰厚度增加，渣层外表温度不断升高，接近软化温度时形成粘附性强的塑性渣膜并随时间增长逐渐烧结，形成大块焦渣。
当渣面温度超过软化温度逐渐接近烟气温度后，本身厚度不再增加，渣层逐渐为流动态，结渣面积向下及背风侧扩散，扩大了结焦、积渣的范围。
因而，结焦、积渣的过程是一个自动加剧的过程。
3锅炉结焦的危害
3.1锅炉热效率下降：
受热面结渣后，使传热恶化、排烟温度升高，锅炉热效率下降；燃烧器出口结渣，造成气流偏斜，燃烧恶化，有可能使机械未完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损失增大；焦块还会使锅炉通风阻力增大，厂用电量上升。
3.2影响锅炉出力：
水冷壁结渣后，会使蒸发量下降；炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁温度升高，以及通风阻力的增大，有可能成为限制出力的因素。
3.3影响锅炉运行的安全性：
结渣后过热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增大，对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏差带来不利影响；炉膛上部结渣块掉落时，可能砸坏冷灰斗水冷壁管，造成炉膛灭火或堵塞排渣口，使锅炉被迫停止运行；除渣操作时间长时，炉膛漏入冷风太多，使燃烧不稳定甚至灭火；大焦块掉落，还发生过造成大量人员伤忘的恶性事件。
4锅炉结焦的原因
影响结渣的因素较多，不仅与灰熔点、灰成份、灰粘度等结渣特性有关，还与炉膛热力参数、燃烧器的结构与布置、炉内空气动力工况、锅炉运行参数及调整密切相关。
现从不同角度对炉膛结焦原因进行深入分析。
4.1炉膛结构特性参数
炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域热负荷与炉膛几何尺寸有直接关系。
炉膛容积热负荷的选取不但与燃料的燃烬有关，更重要的是影响炉膛出口温度和炉膛温度，特别是灰熔点低的燃煤，炉膛容积比同等出力的其它型号锅炉设计要大，否则炉膛上部及炉膛受热面将结焦。
炉膛断面面积与灰熔点决定单只喷嘴热功率，也决定了燃烧器布置几层、选几台磨煤机以及喷嘴间距和风速。
燃烧器区域壁面热负荷直接影响燃烧器区域的温度水平。
燃烧器区域的温度越高，灰就越容易达到软化或熔融状态，产生结焦的可能性就越大。
有些灰熔点中等的煤，在一般炉膛温度下并不结焦，但在燃烧器区域壁面热负荷过分集中、火焰温度特别高的情况下，也可能结焦。
因为炉膛内温度越高，煤中易挥发的物质气化也就越强烈，也就为结焦创造了条件。
此外，炉膛出口温度增高，容易形成炉膛上部特别是屏式受热面或高温对流受热面结焦。
有时尽管炉膛出口烟气温度低于煤灰的变形温度，但由于飞灰的化学组成是不均匀的，在这样的温度下，某些易熔颗粒仍呈熔融或半熔融状态，可能直接粘在受热面上结焦。
所以应选用较低的炉膛出口温度，以适应低灰熔点的燃煤特点。
低负荷时的稳燃能力是锅炉的一项重要指标，一些锅炉低负荷时的稳燃措施，在负荷高时就会变成锅炉结焦的元凶，比如卫燃带、浓淡分离燃烧器。
4.2燃烧器布置方式
燃烧器的高宽比是衡量气流刚性的重要结构特性参数，高宽比越大，气流的刚性越差，越容易偏离设计方向。
特别是对容易结焦的煤质，燃烧器的高宽比尤为重要。
而对于大型锅炉燃烧器，要控制合适的高宽比必须分组，且组间必须留有足够的间隙。
这样，就能使从迎风面进入此间隙的气流量大于被上下两股射流卷吸的气流量，部分气体可从迎风面进入背风面，从而使背风面负压减少，避免气流射流严重偏离设计方向而贴墙，从而避免结焦。
由于气流的偏离是多种因素综合作用的结果，所以合适的高宽比也与很多因素有关。
4.3锅炉设计或检修质量不佳
4.3.1燃烧器一次风喷口设计不合理。
原锅炉在燃烧器设计中，为了增加稳燃效果，稳燃器角度和尺寸取得较大，同时喷口外壳尺寸较短，使得一次风气流在离开喷口后，没有形成封闭回流区，煤粉气流进炉膛的刚性也被减弱，结果在喷口两侧很容易产生结焦。
旋流燃烧器的一次风均流器磨损变形或磨掉后导致煤粉气流分布不均，从而容易使燃烧器出口煤粉火焰偏斜刷墙，进而造成炉膛火焰局部温度偏高而结渣。
4.3.2假想切圆设计偏大。
假想切圆设计偏大，煤粉气流更容易刷墙，旋转气流中较粗的煤粉颗粒、灰粒更容易甩到墙壁而形成结焦。
另外，切圆变大，加剧了一次气流的偏转，这些都增加了结焦的机会。
燃烧器燃烧切圆大，燃烧区域四周温度高，水冷壁易挂焦，大块软焦在掉落后易挂在冷灰斗表面不平整的部位，如除焦不及时势必造成恶性循环。
4.3.3锅炉结构方面因。
燃烧器喷口烧坏没有更换、水冷壁变形严重等原因使炉膛火焰充满度差、燃烧中心不正。
火焰充满度差时，局部火焰过于集中处的温度过高，使结焦成为可能。
燃烧中心不正时，存在火焰过于贴进水冷壁的现象，这增加了熔化的灰粘贴在水冷壁上形成初期结焦的几率。
4.3.4煤粉管通风阻力不均匀。
煤粉管通风阻力不均匀会使某个燃烧器的出力偏大或偏小，甚至会造成一次风管积粉堵管。
燃烧器出力偏差大将造成炉膛火焰温度分布不均匀、切圆偏向某一侧水冷壁，从而造成炉膛结焦。
4.4燃用煤种变化的影响
锅炉是根据设计煤种的着火性能、沾污腐蚀磨损性能、燃尽性能和结焦性能进行设计的，因此实际燃用煤质偏离设计煤种、煤的结焦性能超出锅炉设计参数范围就有可能造成锅炉结焦。
由于煤炭市场的变化，长期稳定的使用设计煤种是不可能的。
虽然长期以来人们一直进行各煤种的掺烧、混烧，但由于各种因素的影响，还是可能造成入炉煤质波动引起锅炉结焦的发生。
4.4.1煤灰的熔点
在影响结焦的因素中，煤质特性起着主要的作用。
煤粉在燃烧时，其灰份熔融特性一般用变形温度、软化温度、和熔融温度和流动温度来表示，软化温度t2的高低是评价煤灰是否容易结焦的主要指标。
从表1中我们可以看到岱海电厂二期机组的设计煤种的软化温度高达1400℃以上，而二期锅炉炉膛内部温度仅有个别点略高于1400℃，所以在燃用设计煤种时锅炉基本不结焦。
从表3、表4中我们可以看到二期机组掺烧的褐煤和烟煤的软化温度大都在1200℃，而炉膛内部温度普遍高于这一温度（见表5、表6），这就是二期锅炉在掺烧非设计煤种后常常结焦的一个主要原因。
岱海电厂锅炉设计煤种的煤质成分分析表（表1）
项目
符号
单位
设计煤种
收到基水分
Mar
%
13.25
工业基分析
一般分析煤样水分
Mad
%
3.84
收到基灰分
Aar
%
26
收到基挥发分
Var
%
23.09
收到基固定碳
FCar
%
37.67
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
38
收到基低位发热量
Qnet.ar
MJ/kg
17.981
哈氏可磨指数
HGI
57
煤灰熔融性（弱还原性气氛）
变形温度
DT
℃
1250
软化温度
ST
℃
≥1400
岱海电厂锅炉设计煤种的灰成分分析表（表2）
项目
符号
单位
设计煤种（准格尔煤）
二氧化硅
SiO2
%
40.75
三氧化二铝
AL2O3
%
47.26
三氧化二铁
Fe2O3
%
4.73
氧化钙
CaO
%
0.89
氧化镁
MgO
%
0.20
二氧化硫
SO2
%
1.06
氧化钠
Na2O
%
0.33
氧化钾
K2O
%
0.39
二氧化钛
TiO2
%
1.84
岱海电厂掺烧煤种成分、灰成分及特性表（表3）
煤矿
金通矿
五梁沟矿
富兴矿
振兴矿
不连沟
空
气
干
燥
基
空气干燥基灰分（%）
20.3
33.92
17.76
13.15
28.91
空气干燥基挥发分（%）
24.85
24.02
25.94
27.49
25.12
空气干燥基固定碳（%）
39.65
35.57
42
43.86
39.11
焦渣特征CRC
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
高位发热量（MJ/kg）
19.55
17.7
19.85
21.66
19.2
煤
灰
熔
融
性
变形温度DT（℃）
1220
＞1500
1260
1210
＞1500
软化温度ST（℃）
1260
＞1500
1320
1240
＞1500
半球温度HT（℃）
1300
＞1500
1330
1260
＞1500
流动温度FT（℃）
1320
＞1500
1350
1280
＞1500
灰
成
分
分
析
氧化钠
0.51
0.12
氧化镁
1.72
0.16
三氧化二铝
22.21
43.09
二氧化硅
40.63
43.99
氧化钾
0.77
0.26
氧化钙
8.6
2.26
三氧化二铁
11.2
2.26
岱海电厂掺烧煤种成分、灰成分及特性表（表4）
褐煤
张大营矿烟煤
纳源矿烟煤
空
气
干
燥
基
空气干燥基灰分（%）
14.55
14.36
19.84
16.9
14.96
12.66
空气干燥基挥发分（%）
32.46
31.77
26.3
29.18
27.78
25.94
空气干燥基固定碳（%）
36.37
35.47
39.86
42.25
41.96
47.49
焦渣特征CRC
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
（2）粘着
高位发热量（MJ/kg）
19.11
18.52
19.68
20.91
20.96
22.42
煤
灰
熔
融
性
变形温度DT（℃）
1160
1170
1240
1230
1160
1180
软化温度ST（℃）
1210
1190
1270
1300
1200
1200
半球温度HT（℃）
1240
1210
1290
1310
1210
1210
流动温度FT（℃）
1250
1220
1350
1320
1220
1230
灰
成
分
分
析
氧化钠
1.64
0.51
氧化镁
3.12
1.72
三氧化二铝
15.77
22.21
二氧化硅
46.37
40.63
氧化钾
1.8
0.77
氧化钙
11.67
8.6
三氧化二铁
6.03
11.2
岱海电厂3号炉炉里各点温度（600MW）（表5）
标高（米）
左后
左中
左前
前左
前中
前右
右前
右中
右后
后右
后左
63
834
831
55.6
986
1120
1141
1131
982
47.6
1251
1250
45
1304
1280
1207
1230
1277
1325
1240
42
1316
1305
1238
1255
1310
1354
1248
1285
39.2
1436
1306
1306
1296
1304
1358
1302
1384
35.8
1431
1339
1306
1358
1401
1373
1339
1405
32.3
1180
1230
1394
27
1322
1383
1302
1317
22.3
1322
18.6
1302
1287
1286
1303
8.9
904
900
896
903
岱海电厂4号炉炉里各点温度（600MW）（表6）
标高（米）
左后
左中
左前
前左
前中
前右
右前
右中
右后
后右
后左
63
828
872
55.6
1020
1174
1127
1163
1040
47.6
1251
1299
45
1320
1295
1288
1298
1349
1297
1313
1301
42
39.2
1364
1406
1372
1438
1421
1414
1389
1411
35.8
1405
1485
1432
1450
1445
1463
1482
1415
32.3
1360
1249
1334
1325
27
1301
1336
1168
1310
22.3
1275
1235
1226
1237
1262
1224
1225
1230
18.6
1174
1176
1195
1184
8.9
742
768
831
849
4.4.2煤灰的成分
灰的成分不同，其熔点也不同：
煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时，灰熔点低，就容易结焦；煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点高，就不易结焦。
对比表2与表3我们可以看出设计煤种的氧化铝含量达47.26%而非设计煤种氧化铝含量仅在15.77—22.21%；设计煤种的氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量分别仅为4.73%、0.39、0.33而非设计煤种的氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量分别为6.03—11.2%、0.77—1.8%、0.51—1.64%，由于上述灰成分的差异造成设计煤种的灰熔点远高于非设计煤种。
可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标，通常可用灰成分中的钙酸比、硅铝比、铁钙比及硅值来判断其结焦倾向，用Na2O的质量分数可以判断其沾污性。
4.4.3煤灰的粘度与渣的强度
灰熔化后的粘度也是影响结渣特性的重要因素，因为结渣是要靠灰粒的粘性粘在受热面上才产生并持续长大。
当渣的粘度很小（<250P）时，渣的流动性很小，在水冷壁管外形成很薄的渣层，不太容易长成大焦；当粘度处于塑性区（500～10000P）时，结在水冷壁上的渣很容易长大形成大焦，对于锅炉最为危险；当粘度更大时，则锅炉很难结渣。
结渣以后渣的强度是衡量结渣性的另一个重要指标，用烧结强度来表示。
如果烧结强度很大，则渣一旦形成就不容易清理而长大，就会对锅炉产生较大的危险性；反之，如果烧结强度很小，渣长大到一定程度或是锅炉负荷有所降低，就会由于自重而掉下，也可以被吹灰器吹走，这时对于锅炉的危险就小得多。
4.4.4煤粉细度和燃料的发热量
煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响。
煤粉过细、过粗均可能引起结渣。
煤粉过粗时，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面，容易造成结焦。
煤粉过细时，煤粉燃烧过早，有可能在燃烧器附近结焦。
煤质发热量过高或过低都会对结焦产生影响。
发热量过低反映了煤中灰份含量高，为结焦提供了材料。
发热量过高则会使燃烧中心的温度及喷燃器出口烟温骤升，造成灰的熔融软化，诱发结焦。
4.5燃料和空气分布不均
一次风门与二次风门调节不当，四角风速分配不均，造成煤在炉内燃烧不良、烟气温度不均匀，烟温高、空气少的地方容易结焦，同时气流紊乱也使得熔融的灰渣容易粘贴在水冷壁上。
对于四角切圆燃烧锅炉，保证四角风粉均匀分配是取得安全稳定运行的前提，如果四角风粉分配不均匀，热负荷在各水冷壁分配不均，热负荷高的水冷壁处很容易产生结渣。
燃烧器四角风粉不均匀产生的原因有二：
其一，四角的风速不均，偏差较大；其二，四个燃烧器的实际摆动角度不一致，四角燃烧器射流的切圆不在同一平面，四角燃烧器的射流角度不一致。
在运行调整上，应尽量保证主燃烧区的四角风速均匀，煤粉细度合理，合理组织炉内空气动力场。
锅炉在安装及大、小修时要注意每层燃烧器的水平高度的一致性，否则要及时修正。
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
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