1000MW超超临界锅炉结焦成因与治理

1000MW超超临界锅炉结焦成因与治理

谷丰收

大唐三门峡发电有限责任公司 472100

摘要:某电厂1000MW机组锅炉经常发生结焦、落渣现象,造成干渣输送链打滑跳闸,干渣机长时间停运，引起大量积渣，冷灰斗上方蓬渣严重,影响机组带负荷，甚至造成机组被迫停运。低负荷大量掉焦块,会引起炉膛负压不稳大幅波动，火检闪烁、燃烧不稳，严重影响了机组的安全稳定运行。针对电厂燃料情况和机组特性,对1000MW锅炉结焦问题进行了探讨和分析。

关键词：1000MW超超临界锅炉；锅炉结焦;结焦治理

1锅炉结焦概述

1. 1. 1. 锅炉为哈锅生产的型号为HG-2913/29.3-YM2超超临界变压运行直流锅炉，其采用П型布置、单炉膛、一次中间再热、低NOX主燃烧器和高位燃尽风分级燃烧技术、反向双切圆燃烧方式，炉膛为内螺纹管垂直上升膜式水冷壁，不带循环泵启动系统；锅炉采用平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。制粉系统采用北京电力设备总厂ZGM123N-II中速磨正压直吹式系统，每炉配6台磨煤机，燃用设计煤种，B-MCR工况下5台运行，1台备用。

结渣是锅炉运行中较普遍的现象,尤其当烧劣质煤时,结渣更严重,锅炉结焦将对机组运行的安全性和经济性产生不良的影响。水冷壁、过热器受热面结焦会导致炉膛出口烟温、蒸汽温度及排烟温度升高,严重时会引起管壁过热、超温,损害受热面的安全。结焦往往是不均匀的,会使过热器热偏差增大。锅炉上部结焦焦块跌落时,可能砸坏水冷壁,影响燃烧的稳定,也可能造成灭火。若燃烧器喷口结焦,会影响气流的正常喷射,破坏炉内的空气动力工况,严重时会引起锅炉灭火。如果结焦严重,将会迫使锅炉停止运行进行除焦。除焦时间较长时,炉膛底部漏入冷风过多,降低燃烧室温度,使燃烧不稳定,甚至灭火。除焦工作是劳动强度很大且危险性较高的劳动,除焦增加了运行人员的劳动强度,而且增加了安全隐患。过热器处结焦,使锅炉通风阻力增大,厂用电量上升。结焦会引起受热面超温、锅炉通风不足、蒸发量不足等,可能会限制锅炉出力,使机组被迫减负荷。

2焦渣的形成

煤中灰开始熔化,如果积聚在一起,就形成焦渣。灰的熔化分为软化、变形和熔融(即流动)3个阶段。炉膛温度愈高灰就愈容易熔化,形成结渣的机会就愈多。

灰的熔点低的煤种很容易结渣,灰的熔点决定于灰的化学成分。灰分一般都是由氧化硅、氧化铝和碱类等杂质组成的,不同的煤种,所含的杂质也不同。灰的熔化温度,在很大程度上是随着其化学成分而改变的,特别是灰中的含铁量和碱类的增加将使灰的熔点大大降低。当煤含有较多的硫化铁时,结渣最为严重。

含有杂质不一样的灰,其灰的熔点就会有很大差别,有的煤不易结渣,而有的煤很容易结渣。灰熔化了以后,就产生了黏结性,碰到冷的物体,就会黏附在上边。锅炉燃烧过程十分迅速,煤粉从燃烧器喷出经过加热、干燥、着火到燃尽的时间仅为2~3s。当灰粒通过1450~1650℃的火焰中心时,灰粒都会被熔化而形成胶态物质,但这时的灰粒还在空间悬浮着,当灰升至炉膛出口的时候,由于出口温度比火焰中心温度低,胶质状态的灰粒将被冷却凝固,这样,就不会产生结渣。当燃烧不完全时,灰熔点温度降低至300~350℃,会使胶质状态的灰粒得不到凝固而结渣。管壁上黏结一层焦渣,而焦渣之间黏附性很强,所以,灰渣粒更容易被黏附住,形成焦渣层后,使管子受热差,表面温度升高,更便于焦渣黏附,因此,结渣过程是一个自动加剧的恶性循环过程。

3原因分析

受热面结渣过程与多种复杂因素有关,任何原因的结渣都有2个基本条件:一是火焰贴近炉墙时,烟气中的灰仍呈熔化状态;二是火焰直接冲刷受热面。但是,与这2个因素相关的具体原因却很复杂。

3.1燃烧过程中空气量不足

燃烧过程中空气量不足,使煤粉不易完全燃烧,未完全燃烧将产生一氧化碳。烟气中存在较多的一氧化碳,灰熔点就会显著降低,这时虽然炉膛出口温度并不高,但因有一氧化碳等还原性气体存在,结渣就显得很剧烈。燃用挥发分较高的煤,如果空气量不足,也会使结渣加剧。

3.2与空气混合不良

由于燃料与空气混合搅拌不好,即使供给了正常所需的空气量,也会出现空气不足的问题。因为混合搅拌不良,某些部分空气多些燃烧就完全,有的地方空气少些燃烧就不完全。混合不良是由于风量调配不恰当(如一次、二次风比例不当等)、燃料与二次风调整不好造成的。所以,燃烧器结构对风粉的混合搅拌有很大影响,燃烧器布置不当及其结构上的缺陷,往往会使结渣加剧。

3.3燃料和空气分布不均造成火焰偏斜

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。燃料和空气分布不均往往是由于运行调整不及时或调整不当所致。

未燃烬的煤粉颗粒黏结到受热面上,一次风量过大而二次风量过小,煤粉颗粒未完全燃烧就黏结在受热面上而继续燃烧,此处炉墙温度非常高,它的黏结性也很强,故易结焦。

3.4炉膛热负荷大

炉膛热负荷大,炉膛容积相应就小,炉膛温度就高,当炉膛燃烧中心温度高达1450℃以上时,灰的表面将开始熔化使结渣性增加。炉膛出口烟温增高与空气量过多、火焰中心位置太高、受热面内部结垢和外部积灰等因素有关。炉膛漏风对烟温的升高亦有很大影响。

3.5运行操作

锅炉某些受热面上积灰后使之表面变得粗糙,一有黏结性的灰碰上去,就容易黏附在上面,若稍一疏忽大意,清焦渣不及时,结渣就会极为严重并导致被迫停炉打焦渣。

3.6锅炉设计或检修质量不佳

如燃烧中心不正、喷口烧坏没有更换、吹灰装置检修质量太差不能正常投用等。

3.7燃料质量差

燃煤灰熔点低、灰分多也是促成结焦的条件。

4预防和消除结渣的方法

4.1降低炉膛出口烟气温度

当有充足的空气量时,炉膛出口烟气温度是锅炉受热面结渣与否的决定性因素。因此,需要把炉膛出口烟气温度保持在规定的数值之下,一般应比灰软化温度低50~100℃。为防止炉膛出口烟温过高,应采用调整炉内燃烧和减少炉膛热强度的方式。

(1)合理使用一次风。使风、粉混合均匀,燃烧既快又完全,炉膛出口烟温就会降低。一次风量太大,火焰中心就会上移,炉膛出口烟温亦会随之升高。因此,在运行中要适当调整一次、二次风的风速和比例。

(2)减少炉膛热强度。尽可能提高锅炉效率,在同样的负荷下燃用的燃料就少,使之在炉内停留的时间就长一些,燃烧就比较完全;减少从锅炉抽出较多的饱和蒸汽;不允许锅炉有较大的超负荷现象;避免剧烈地增加和减少负荷。

(3)降低火焰中心位置。

(4)加速燃煤着火。着火提前,燃料在炉内燃烧的时间会相应延长,有可能降低炉膛出口烟温。

(5)保持适当的过剩空气量。过剩空气量增加时,炉膛出口烟温降低,可减轻对流过热器和再热器的积灰、结渣。炉膛过剩空气量增加,炉膛壁面处烟温降低,炉内受热面结渣趋势减缓;如果过剩空气量不足,在炉内出现还原性气氛,灰熔点大大降低,增加了结渣的可能性。当然,如果过剩空气量过大,烟气量也要增加,炉膛出口烟温也要提高,所以,要保持适当的过剩空气量。

4.2组织良好的炉内空气动力场

煤粉炉中,燃烧中心温度高达1400~1700℃,灰分在该温度下,大多处于熔化或软化状态,烟气和其所带灰渣温度因水冷壁吸热而降低。当灰渣撞击炉壁时,若仍保持软化或熔化状态,易黏结附于炉壁上形成结渣,尤其是在有卫燃带的炉膛内壁,表面温度很高且很粗糙,更容易结渣,且易成为大片焦渣的发源地。因此,必须保持燃烧中心适中,防止火焰中心偏斜和贴边。

4.3保证合适的煤粉细度和均匀度

煤粉过粗会延迟燃烧过程使炉膛出口烟温升高,同时烟气中会出现未完全燃烧的煤粒,这样也会造成结渣。煤粉过细易于黏附壁面,影响受热面的传热效果。

4.4加强监视,及时清焦吹灰,保持受热面清洁

如有积灰和结渣现象,初期清除起来比较容易,应及时清除。清焦渣和吹灰进行愈晚,所需的工作量愈大。

4.5保证燃煤质量

运行人员应掌握燃煤的化验数据,运行时根据来煤特性选择正确的调整方法和预防措施。

4.6其他原因

燃烧器制造质量不高、燃烧器安装角度不正确或位置偏离过大、喷口烧坏没有更正等,都会导致火焰偏斜,形成结渣。如果吹灰器短缺或转动、伸缩不灵,不能正常吹灰,也容易使受热面黏附灰粒,形成结渣。

5、锅炉运行操作预防措施

电厂1000MW锅炉在设计值时考虑了设计煤种和校核煤种的结焦倾向,设计的容积热负荷、断面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷均取用了烟煤锅炉的低限,可有效减轻锅炉结焦。但值得注意的是分割屏过热器入口烟温,其设计值为1373℃,而设计煤种和校核煤种的软化温度分别为1350℃和1290℃,分割屏过热器入口烟温高于软化温度,很可能造成分割屏过热器下部的结焦。

5.1合理调整燃烧,使炉膛火焰不偏斜,不发生贴壁燃烧现象;定期测量煤粉管温度,防止煤粉管道堵塞造成炉内火焰分配不均;没有特殊情况,必须保证1台磨煤机的8台燃烧器同时运行;加强对炉膛负压的监视与调整,严禁锅炉冒正压运行。

5.2严格控制风量,保持适当氧量运行,使风量既不能太大,又不能太小。高负荷时,适当提高运行氧量。提高运行氧量一方面可以降低炉膛烟温,另一方面富氧燃烧可以防止产生还原性气氛,而还原性气氛会降低灰熔点导致结焦发生。

5.3在锅炉正常运行时,加强对受热面壁温的监视,受热面壁温不正常升高,及时查明原因进行处理;加强对主、再热汽温的监视与调整,主、再热汽温异常及减温水量变化大时,及时查明原因,进行处理。

5.4减缓降负荷的速率,防止由于急速降负荷造成的大量焦块同时跌落;可以通过多次升降负荷使生成的焦块分批脱落。

5.5加强与燃料的联系与配合,根据煤种变化,合理调整运行方式,及时调整锅炉一次风压力和磨煤机出口温度。当煤质较差、挥发分较低时,可以采用相对较低的一次风压和较高的磨煤机出口温度,以使煤粉气流着火点提前,有利于煤粉的完全燃烧;当煤质较好,挥发分较高时,可以采用较高的一次风压和较低的磨煤机出口温度,以使煤粉气流着火点推迟,有利于防止燃烧器喷口周围结焦。

5.6锅炉正常运行时,定期对捞渣机、燃烧器层、屏式过热器等处观火孔进行全面检查,以便及时发现锅炉结焦情况,并采取相应措施进行处理。检查时,若发现炉底有跌落焦块的声音或捞渣机上有大焦块应及时汇报当值领导,并通知灰水分场采取相应措施。但应注意,打开观火孔进行检查时,应通知值班员适当调大炉膛负压,戴好头盔及防护眼镜,不可正对观火孔。

结束语

锅炉结焦是十分复杂的物理化学过程,与煤质、锅炉结构及锅炉燃烧调整等因素有密切关系,通过具体分析锅炉结焦原因并采取有效对策,可以抑制锅炉结焦,改善锅炉运行工况,提高锅炉效率,保证机组连续安全、经济运行。

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