燃煤机组锅炉结焦的原因分析及防范措施

燃煤机组锅炉结焦的原因分析及防范措施

宋涛、徐海洋

华能山东发电有限公司白杨河发电厂

山东省淄博市255000

摘要

本研究主要分析了燃煤机组锅炉结焦的原因以及针对这一问题的防范措施。通过对现有文献的综述和实验数据的分析，我们发现燃煤机组锅炉结焦的主要原因是锅炉内的颗粒积聚和沉积物的堆积，导致气体和固体媒介的流动受阻。同时，高温和反应物种之间的互相作用也会加剧这一问题。针对燃煤机组锅炉结焦的预防，我们可以采取几种措施。

关键词：燃煤机组锅炉，结焦，颗粒积聚，防范措施

1. 结焦原因分析
   1. 煤质特性

煤质特性是影响燃煤机组锅炉结焦的重要因素之一。煤的含碳量、挥发分含量、焦渣特性等都会对结焦产生影响。待燃煤的含碳量越高，可能导致燃烧过程中生成的焦炭量增加，进而增加结焦的倾向性。挥发分含量高的煤可能在燃烧时产生大量的焦油物质，尤其是高温区域的挥发分可能会在冷却的过程中凝结，形成焦炭粒子，进而降低流化性能。而焦渣特性主要包括焦渣粘度和可脱碳性等，高温下的焦渣粘度高、可脱碳性差的煤炭更容易形成结焦。在燃煤机组锅炉运行过程中，必须对煤质特性进行全面的分析，确保使用的煤炭符合要求，以减少结焦现象的发生。

1.2.气固流态特性

气固流态特性是燃煤机组锅炉结焦的重要原因之一。在燃煤机组锅炉中，气体和颗粒物质以流态方式相互作用，形成气固流态特性。当气固流态不稳定或不均匀时，会导致床内的颗粒物质黏聚、聚结和积聚，最终形成结焦现象。这种不稳定和不均匀性可能是由气体速度、颗粒物质粒径、颗粒物质密度、颗粒物质形状等因素造成的。了解和控制气固流态特性对于防止燃煤机组锅炉结焦具有重要意义。气固界面传质也是燃煤机组锅炉结焦的原因之一。在床内，气体与颗粒物质之间存在质量传递的过程。如果气固界面传质不平衡或者传质速率较快，会导致颗粒物质中的挥发分和焦炭产生不均匀的分布，从而加剧结焦的程度。通过调整床内气体和颗粒物质之间的传质速率，可以有效地减少结焦反应的发生。床内气体的成分对结焦现象也有重要影响。当床内气体中存在高浓度的焦炭物质或催化剂等不良组分时，会加速结焦的发生。这些不良组分可以在颗粒物质表面催化或促进结焦反应的进行，导致堆积而形成结焦。

1.3.操作条件和运行参数

操作条件和运行参数是燃煤机组锅炉结焦的主要原因之一。例如，锅炉温度过高和过低都会导致锅炉中的颗粒聚集和堆积，从而使锅炉疏松度下降，减少了锅炉中空气和固体颗粒之间的接触面积。气体速度过快也会限制颗粒与锅炉之间的接触，增加了固体颗粒在锅炉中停留的时间，从而增加了结焦的可能性。在运行参数方面，气体流速、锅炉厚度和颗粒大小等参数的不合理选择也会增加结焦的风险。控制和调节好操作条件和运行参数是预防燃煤机组锅炉结焦的重要措施。原料品质和固体循环率也对燃煤机组锅炉结焦起着重要影响。原料中含有过高的焦炭或灰分等不良成分会引起结焦问题，而固体循环率过高会使锅炉中的颗粒堆积，进一步加剧结焦现象。

2. 防范措施
   1. 煤质选择和预处理

煤质选择和预处理是防范燃煤机组锅炉结焦的重要措施之一。选择合适的煤种是关键，应优先选择低灰分、低硫分的煤炭，这样能降低煤炭中的灰分和硫分对结焦的影响。需要进行适当的预处理工作，如破碎和筛分，以减小煤炭的粒度和提高煤质的均匀性，从而使得煤炭更加容易被气化。可以采取化学方法对煤炭进行脱硫处理，以降低煤炭中硫分的含量，避免结焦的发生。通过选择合适的煤种和进行适当的预处理，可以有效防范燃煤机组锅炉结焦的问题。还可以通过调节流化床中的气体组成和流速来防范燃煤机组锅炉结焦。要控制气体中的氧气含量，因为氧气是煤炭气化的主要气体。过多的氧气会导致煤炭过快氧化，产生大量的热量，从而促进结焦的发生。

2.2.燃煤机组锅炉设计和优化

在燃煤机组锅炉结焦问题的防范措施中，燃煤机组锅炉的设计和优化是至关重要的。通过合理的设计和优化，可以减少结焦现象的发生。在燃煤机组锅炉设计时，应注意减少过高温度区域的形成，避免气体和颗粒在高温区域停留时间过长，从而减少结焦的风险。定期清洗和维护燃煤机组锅炉也是预防结焦的重要措施之一。由于颗粒和锅炉材料会随着时间的推移而逐渐积累，如果不进行清洗和维护，锅炉的阻力会增加，温度分布会变得不均匀，从而促进结焦的发生。定期清洗和维护燃煤机组锅炉，清除锅炉内的积累物和团聚颗粒，有利于减少结焦的风险。还应该根据实际情况对燃煤机组锅炉进行调整和优化，以确保其运行的高效性和稳定性。

2.3.操作参数控制

操作参数控制是防范燃煤机组锅炉结焦问题的一种重要措施。必须对进料的温度、压力、流速等参数进行合理控制，以确保锅炉能够稳定运行。需要掌握锅炉中固体颗粒的平均粒径和分布情况，以便合理调节气体速度和分布，避免结焦现象的发生。操作人员还应注意锅炉中的氧含量和CO2含量，保持适当的氧浓度，以避免气体过剩或不足引起的结焦现象。同时，还需要定期检查和清理锅炉，确保床料的均匀性和流动性，以提高锅炉的热传递效率，减少结焦的风险。通过科学合理地控制操作参数，可以有效地防范燃煤机组锅炉结焦问题的发生。及时维护和更换锅炉材料也是防范燃煤机组锅炉结焦的重要措施。锅炉材料的老化、磨损和堵塞都会导致锅炉的不均匀性和流动性下降，从而增加结焦的风险。定期检查和维护锅炉材料，及时更换老化严重的材料，保持锅炉的良好状况，对于避免结焦问题的发生至关重要。

2.4.添加剂和反应物优化

在燃煤机组锅炉结焦的过程中，添加剂和反应物的优化是一种有效的防范措施。通过选择合适的添加剂和反应物，可以调整锅炉中的温度和压力分布，减少结焦的可能性。添加剂和反应物的优化还可以改善锅炉中的气体流动性，促进气体的混合和扩散，减少积聚和凝固现象的发生。通过对添加剂和反应物的精确控制，可以降低结焦的风险，提高燃煤机组锅炉的稳定性和使用寿命。添加剂和反应物的优化是防范燃煤机组锅炉结焦的重要措施之一。可以通过提高锅炉内的气体速度和流量来防范燃煤机组锅炉的结焦问题。较高的气体速度可以增加气固两相之间的剪切力，促使颗粒物彼此之间的接触和碰撞，从而防止颗粒物在锅炉中积聚和凝聚。同时，增加气体流量可有效地改善锅炉内的气体混合情况，避免局部温度和压力的不均匀分布，减少结焦的风险。通过调整气体速度和流量，可以有效地防范燃煤机组锅炉的结焦问题。

2.5.清洗和维护策略

清洗和维护策略非常重要，可以有效预防燃煤机组锅炉结焦的问题。定期清洗燃煤机组锅炉，将积聚在锅炉内的沉积物、灰渣和其他杂质清除掉，以保持锅炉的良好通气性和热传导性。定期检查和更换堵塞的喷嘴、坏损的设备和管道，确保流化床系统正常运行。需要定期进行化验分析，检测锅炉中的灰分含量和化学成分，及时调整操作参数，以降低结焦的风险。培训并提高操作人员的技能和意识，确保他们了解燃煤机组锅炉的特点和操作要求，以避免错误操作导致结焦问题的发生。通过以上的清洗和维护策略，可以提高燃煤机组锅炉的可靠性和稳定性，减少结焦的概率。

3. 结论

在燃煤机组锅炉中，结焦是一个常见的问题。结焦的主要原因可以归结为两个方面：床内气体中的焦炭物质含量过高和床内温度过高。结论是，通过合理控制床内气体中的焦炭物质含量、控制床内温度、改善锅炉材料选择和使用、定期清理锅炉、注入活性添加剂以及及时监测燃煤机组锅炉的操作参数，可以有效地防范燃煤机组锅炉结焦问题的发生，确保燃煤机组锅炉的正常运行和长期稳定性。

参考文献

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