水煤浆锅炉结渣特性研究分析

水煤浆锅炉结渣特性研究分析

毛晓琳

（浙江百能科技有限公司浙江杭州310012）

摘要:对宁波海越新材料有限公司动力站3×240t/h水煤浆锅炉的燃料及水煤浆的制浆煤种神木煤和兖州煤成份进行了实验及研究，结合锅炉设计参数对锅炉的结渣特性进行分析。结果表明海越动力站锅炉结焦主要因素是：1.制浆用的神木煤的结焦性能严重，造成锅炉燃用的水煤浆也具有较高的结焦性能，2.为控制低NOx燃烧，将主燃烧区域的空气过量系数控制在0.82左右的还原性氛围造成煤灰熔点降低；3.锅炉炉膛燃烧区域内为维持水煤浆稳燃的卫燃带提供了结渣附着点。

关键词：水煤浆；锅炉；结渣；煤灰成份；

0引言

宁波海越新材料有限公司新建3×240t/h水煤浆锅炉于2014年7月建成投产后一直安全稳定运行，总体运行情况较好。不足之处是炉内有结渣现象，且在停炉后有大块渣块掉落。锅炉结渣主要结在锅炉卫燃带上，掉落的焦块外部颜色偏黄，内部偏青灰色，部分焦块内部黝黑，且硬度较大。掉落下来的焦块一般尺寸相对较大，容易对冷灰斗水冷壁造成损伤，或积攒在冷灰斗下部捞渣机上部的较窄区域，不利于锅炉清灰除渣，会对锅炉安全稳定运行造成一定的影响。如图：

卫燃带结焦捞渣机积渣掉落的焦块

1锅炉结渣分析

结渣过程的复杂性和影响因素较多，对炉内结渣趋势较难于准确预测，但随着燃煤技术的发展，长期的研究总结，认为主要可以分为以下几点：

炉内温度水平和炉内热负荷；

煤灰熔点和灰成份；

炉内燃烧区域的气氛；

炉内流场；

附着面；

针对宁波海越动力站锅炉的结渣现象，分别对可能造成锅炉结渣的主要因素进行分析

炉内温度水平和炉内热负荷分析

炉内温度越高处于熔融状态的灰分越多，炉内结渣的可能性越大。炉膛断面热负荷和燃烧器区域面积热负荷对燃烧区域的烟温水平有直接影响。

本锅炉及燃烧器设计的各项热负荷：

炉膛设计时，100%负荷下的容积热负荷、截面热负荷和都在推荐值范围内选取，且燃烧器区域壁面热负荷还相对较小于推荐值。所以本项目锅炉的各项热负荷设计值均不会对锅炉结焦产生大的影响。

煤灰熔点和灰成份分析

2014年10月从海越公司分别取水煤浆杨品、制水煤浆用的神木煤和兖州煤原煤样品、焦块样品、炉渣样品回浙江大学热能研究所能源清洁利用国家重点实验室，分别对燃料进行工业分析，对各样品的灰成份进行分析；分析结果如表1.2-1、表1.2-2、

表1.2-1燃料工业分析结果

表1.2-2灰成份分析结果

随着燃煤技术的发展，长期的研究总结，得出一些通过灰成份分析结渣倾向的方法，通过煤灰成份碱酸比、硅铝比、硅比、结渣指数RS、沾污指数RF等参数可以判断结渣性能，另外也可以通过灰熔点的半球温度和变形温度计算RT数值判断结渣性能。

根据推荐的计算方法将各样品的各项指标数计算如表1.2-3：

表1.2-3样品的指标数

各项指标的推荐判断值如表1.2-4：

表1.2-4各指标的推荐判断值

结合表1.2-3、表1.2-4得出结论如下：

1）神木煤样品中的灰各项参数中硅比、Rs、Rf都标示着神木煤的中等结焦性，酸碱比、硅铝比标示着神木煤具有高结焦性，RT只有1204℃标示着神木煤有严重结焦倾向。可以看出神木煤所有特性指标都是利于结焦。且神木煤化验结果显示含铁量较高，易造成在还原性气氛下易生成金属性渣。神木煤中碱酸比升高造成酸碱矿物反应增加，生成更多的低熔点的复合物或低熔点共晶体，从而使得神木煤结焦特性严重。

2）兖州煤样品中的灰各项参数中仅有酸碱比与硅比在中等结焦范围，其硅铝比、Rs、Rf、RT都表明兖州煤属于不易结焦的煤种。

3）水煤浆样品中的灰各项参数中酸碱比和硅比都标示着水煤浆的中等结焦性，沾污指数Rf与RT都标示着水煤浆具有高结焦性，且有研究表明灰的烧结强度与沾污指数的幂RF2.811呈正比关系，所以RF越高表示烧结强度高，结成的焦块硬度、强度较大；RT较低则表明炉内处于熔融或半熔融状态下的灰相对较多，容易形成较大块的焦块。

4）炉渣和焦块的各项化验结果和性能指标都和水煤浆比较接近。

5）综上所述：海越公司动力站所燃用的水煤浆的结焦特性属于中等偏高，其结焦特性主要是由生产水煤浆所用的神木煤引起的，而其所用兖州煤则适当缓解了结焦强度。

炉内燃烧区域的气氛分析

燃料在缺氧条件下燃烧，煤灰中的铁金属会转化为低熔点的亚铁，低熔点成份比例增加，一些高熔点的矿物也会转化为低熔点共晶体。一般认为在还原性气氛下煤灰的灰熔点明显降低。本项目锅炉炉膛各层空气过量系数设计值：

本项目锅炉炉膛的总空气过量系数为1.2，但因本锅炉燃烧器为低NOx燃烧器，为更好的控制锅炉NOx排放，设计时将主燃烧区域的逐层空气过量系数控制在1.0以下，且主燃烧区域总空气过量系数控制在0.82左右。该设计使得主燃烧区域始终处于还原性气氛下，会造成煤灰熔点有所下降，一定程度上会使主燃烧区域结焦加剧。

炉内流场分析

本项目锅炉主燃烧器各喷口假想切圆设计为700mm，SOFA燃烧器喷口假想切圆设计为200mm。2014年2月至4月分别对1#、2#、3#锅炉各进行了一次空气动力场试验，实际测量得出的切圆如下表1.4-1：

锅炉炉膛尺寸为7890mm×7890mm，一次风及SOFA的实际切圆大小对于本锅炉炉膛及所燃用的煤种是合适的，且3台锅炉的实际切圆位置都基本居于炉膛中心，炉膛四周贴壁风都小于2m/s，相对较小。所以根据冷态试验结果，本项目锅炉的炉内流场有一定的防结焦或延缓壁面焦块发展速度作用。

附着面分析

本项目锅炉结焦附着面主要为炉膛壁面上的卫燃带及角部燃烧器与水冷壁间隙中的浇注料等绝热面。

炉膛卫燃带总面积为炉膛辐射受热面的3%，可以有效的在各负荷下保证水煤浆着火，维持锅炉在各负荷稳定运行，属于较为合理的范围。卫燃带设计采用网格式布置，一定程度上可以的防止焦块连结，防止形成大面积乃至全炉膛结焦。

根据燃烧器喷口形状来设计的燃烧器区域水冷壁让管，可以保证喷口与让管间浇筑料的面积很小，以减小燃烧器喷口附近结渣的附着点的面积，能有效的减轻喷口附近的结渣。

角部三维模拟图

2结论及措施

根据多次交流沟通和现场观察，并经过相关数据的化验分析，得出以下结论：

1）本锅炉使用的水煤浆的在结渣性和灰熔点方面都呈现出较易结焦的特性，所以建议对水煤浆的配煤中尽量减少易结焦的神木煤配比，或是更换其它不易结焦的煤种制浆；

2）低NOx燃烧器主燃烧区域还原性氛围降低了煤灰灰熔点，一定程度上加剧了锅炉结焦倾向；锅炉运行期间在NOx排放合适的情况下可以适当提高炉膛氧量或适当开大主燃烧区域的二次风门，以缓解主燃烧区域的还原性氛围；

3）主燃区卫燃带为主的绝热面则是结渣的主要附着点，若有必要可以对卫燃带浇筑进行整改，减少结渣附着面积；

4）锅炉长期运行时，建议尽量投运双数浆枪，浆枪以对角投运为原则，以保证炉内切圆不会偏斜，壁面冲刷水冷壁面，造成严重结焦。

参考文献

[1]《锅炉原理》周强泰中国电力出版社,2009年.

[2]《锅炉燃烧试验研究方法及测量技术》岑可法水利电力出版社.

[3]《煤粉燃烧器设计及运行》何佩鏊等机械工业出版社,1987.12.

[4]大型煤粉锅炉燃烧设备的优化设计问题，陈春元、李永兴《锅炉制造》–1992.

[5]结焦特性分析及防止结焦的措施，路野、刘家宝等《黑龙江电力》2004,22(3).

[6]浅谈影响锅炉结焦的因素及锅炉结焦的机理.任昊飞《石河子科技》2012年6月,第3期.