锅炉结渣原因分析及解决措施

衡丰发电有限责任公司＃1炉结渣原因分析及解决措施CauseAnalysisandSolutiontoSlagginginBoilerNo.1ofHengfengPowerGenerationCo.Ltd.张万德1，刘永刚1，刘文献1，胡兰海2(1.河北省电力研究院，河北石家庄050021；2.衡丰发电有限责任公司，河北衡水053000)摘要：介绍了衡丰发电有限责任公司#1炉炉膛结渣、掉大块渣造成锅炉灭火的情况，阐述了该炉防止结渣已采取的措施及达到的效果，分析了炉膛结渣的原因，探讨了解决炉膛结渣的措施。关键词：结渣；卫燃带；空气动力场；火焰温度水平Abstract:ThispaperintroducestheslaggingsituationofcombustorofBoilerNo.1ofHengfengPowerGenerationCo.Ltd.,andthedroppedlargeslagcausesboilerfireextinguished,relatesmeasuresadoptedanditseffectstoprotecttheboilerfromslagging.Keywords:slagging；refractoryzone；airdynamicfield；flametemperaturelevel衡丰发电有限责任公司#1炉是由北京巴布科克·威尔科克斯有限公司（Babcock&Wilcox）设计制造的亚临界参数、单汽包、自然循环、固态排渣煤粉锅炉。采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统，前后墙各3层共24个EI-DRB型旋流燃烧器对冲燃烧方式。锅炉设计煤种和校核煤种均为山西阳泉无烟煤+晋中贫瘦煤。自1995-12投产以来，该炉膛始终存在较严重的结渣问题，特别是在锅炉降负荷时，由于炉膛温度变化较大，大块渣容易脱落，低负荷时锅炉燃烧稳定性较差，大块渣掉落引起炉膛负压较大波动，造成锅炉灭火事故。1结渣情况2001年掉大块渣灭火4次，2002年3次。2003年以前，针对该问题采取了一些防止措施，主要有：控制来煤质量，进行燃烧调整，治理锅炉底部漏风，合理控制炉内过剩空气系数，做好锅炉定期吹灰，停运部分燃烧器等。通过采取以上措施，炉膛结渣现象有所减轻。2003-02-03#1炉大修期间，针对结渣问题对燃烧设备进行了检修，并进行了炉内空气动力场试验，机组投运8个月以来未发生锅炉炉膛掉大块渣灭火事故，仅发生掉小块渣现象2次。这说明通过检修，#1炉炉膛结渣状况明显减轻。2原因分析结渣的本质可概括为：当温度高于灰熔点的烟气冲刷受热面时，烟气中熔融的灰渣粘附到受热面上而形成结渣。结渣是一个复杂的物理、化学、动力学过程，它除了与煤质密切相关外，还受锅炉结构、燃烧器型式及布置、炉膛温度水平、烟气气氛、炉内动力工况等因素的影响。2.1煤质煤质本身的性质在很大程度上决定了其结渣特性，根据结渣倾向性指标对设计煤质进行预测。用煤灰软化温度t2进行结渣倾向判断：t2=1500℃＞1390℃，设计煤质为轻微结渣煤，准确度为83%。用碱酸比（B/A）进行结渣倾向判断：B/A=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2)=0.123＜0.206，设计煤质为轻微结渣煤，准确度为69%。根据结渣倾向性指标基本上可以判定#1炉的设计煤质为轻微结渣煤。实际燃用的煤质和设计煤质偏差不是很大，因此煤质不是结渣的主要原因。2.2炉膛温度炉膛温度水平对炉膛结渣的影响是综合性的。如果炉膛火焰温度水平高，将使煤中一些易挥发性氧化物汽化或升华，使碱金属化合物在受热面上凝结，碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结渣；当烟气温度较高且管壁温度也较高时，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，还会使含有碱金属化合物的积灰外表层粘结性增强，加速积灰过程发展；当炉膛火焰温度高时，煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接粘在受热面上，产生严重结渣。总之，炉膛温度升高，将使受热面结渣呈指数规律上升。2002年，对#1炉进行了燃烧调整试验，用光学高温计对不同工况下炉膛燃烧区的火焰温度进行了测量，其火焰平均温度为1241℃，在锅炉#1角上层燃烧器局部区域火焰温度达到1480℃。炉膛燃烧区的火焰温度局部偏高是炉膛结渣的一个主要原因。2.3炉膛卫燃带#1炉因设计煤质挥发分较低（Vdaf＝11.2%），而在炉膛前后墙旋流燃烧器区域敷设有卫燃带，前、后墙水冷壁卫燃带总面积为200.6m2。该炉上层燃烧器区域火焰温度高达1480℃，由于卫燃带区域水冷壁吸热较小，导致其表面温度较高；又由于卫燃带区域表面粗糙，因此特别容易造成卫燃带区域结渣，且易成为大片结渣的策源地。2003年，锅炉大修时进入炉膛观察，燃烧器区域结渣严重，结渣厚度约为400～500mm，在中、上层喷燃器区域更为严重，可达600mm，而其它区域只有个别地方轻微结渣。因此炉膛燃烧器区域敷设的卫燃带是造成炉膛结渣的另一个主要原因。2.4燃烧设备#1炉燃烧系统为前后墙各3层对冲布置24个EI-DRB型旋流燃烧器。每个燃烧器的中心为一次风喷口，向外依次为内二次风喷口、外二次风喷口。在一次风喷口内设有均流器，在内、外二次风喷口内设有可调旋流叶片。在2003年锅炉大修时，对24台燃烧器进行全面检查发现：中、下排燃烧器一次风均流器因磨损而严重变形，有的均流器已磨掉；内、外二次风旋流叶片调节机构不灵活，部分调节机构卡死；个别燃烧器外二次风喷口内下沿处有结焦现象；内、外二次风旋流叶片角度设定偏差较大。一次风均流器磨损变形或磨掉，容易使燃烧器出口煤粉火焰偏斜刷墙，使炉膛火焰局部温度偏高而结渣。部分内、外二次风旋流叶片调节机构不灵活或卡死、指示与实际角度偏差大，使锅炉热态调整内、外二次风旋流叶片很困难。个别燃烧器外二次风喷口下沿内结焦也会造成燃烧器出口火焰偏斜刷墙。上述问题是造成炉膛燃烧区的火焰温度局部偏高而导致结渣的第3个主要原因。3解决措施3.1保持燃烧设备处于良好状态在2003年大修时，更换了变形或磨掉的一次风均流器，对所有燃烧器挡火圈开裂处进行了恢复，对燃烧器各部位进行了检修。此后，燃烧器基本处于良好状态。锅炉投运后的实际运行情况表明，燃烧器出口火焰偏斜的问题基本得到了解决，大大缓解了炉膛燃烧区火焰温度局部偏高的问题。3.2组织合理的炉内空气动力工况组织合理的炉内空气动力工况是防止炉膛结渣的前提。在2003年大修期间，对#1炉进行了炉内空气动力场试验，使其炉内空气动力工况趋于合理。锅炉投运后的实际运行情况表明：炉膛燃烧器区域火焰温度局部偏高的问题得到显著改善，明显减轻了结渣状况。试验主要工作为：a.通过调整各一次风管上的缩孔，对各一次风管风速进行了调平，使同层一次风速偏差不大于2m/s，将调整后的缩孔开度做好记录及现场标记。b.对24个燃烧器内、外二次风调风机构进行检查，并确定其刻度盘上的开度与旋流叶片实际角度的对应关系。c.在满足炉内风量模化要求的情况下，选定具有代表性的燃烧器作为测量对象，在内、外二次风调节叶片的不同开度组合下，通过短飘带（网格）来观察回流区大小、出口气流的扩散等情况。d.用热线风速仪测量炉内的贴壁风速。e.试验结束后根据试验情况，综合考虑二次风叶片角度对锅炉稳燃和结渣的影响，确定出了最佳的燃烧器内、外二次风叶片角度，并对所确定的二次风叶片角度进行了实际测量，使同层二次风叶片角度保持一致。3.3采用合理的运行方式3.3.1控制合理的炉内过量空气系数随着炉内过量空气系数的增加，炉膛壁面处的烟温降低，同时炉膛上的沉积物减少，减轻了炉膛结渣。炉内过量空气系数过低易造成氧量不足使炉内出现还原性气氛，在还原性气氛中，熔点较高的Fe2O3变成熔点较低的FeO，从而使灰熔点降低较多，这增加了结渣的可能性。因此，为防止结渣必须保持合理的炉内过量空气系数。3.3.2适当提高一次风速适当提高一次风速，一方面可推迟煤粉着火，使着火点离燃烧器喷口更远，火焰高温区相应推移到炉膛中心，避免燃烧器喷口附近结渣；另一方面，可以增加气流的刚性，减少由射流两侧静压作用而产生的气流偏斜，避免一次风直接冲刷炉膛壁面而产生结渣。3.3.3确定合理的煤粉细度煤粉过细时着火提前，易使燃烧器区域热负荷偏高，造成燃烧器附近结渣并烧坏喷嘴。煤粉过粗时着火推迟，火焰中心上移，使炉膛温度升高，灰粒容易脱离主流直接冲刷炉墙而导致炉膛结渣。故应保持煤粉细度在合理范围内。3.3.4改善给粉机下粉均匀性给粉机给粉量的不均匀，造成各燃烧器间的出力偏差大，有时甚至会造成一次风积粉堵管。燃烧器出力偏差大将造成炉膛火焰温度分布不均匀，从而造成炉膛结渣。4结论a.炉膛燃烧区的火焰温度水平局部偏高是炉膛结渣的一个主要原因。因此应保证燃烧设备始终处于良好状态，通过炉内冷态空气动力场试验找出较好的燃烧器配风组合，使炉内空气动力工况趋于合理，燃烧区火焰温度水平局部偏高问题得到改善，结渣状况明显减轻，使锅炉的安全稳定经济运行水平有了很大提高。b.控制合理的炉内过量空气系数、保持煤粉细度在合理范围、给粉机下粉量尽量均匀对减轻锅炉结渣有一定作用。c.炉膛燃烧器区域敷设的卫燃带是造成炉膛结渣的另一主要原因。敷设卫燃带是为了提高锅炉燃烧的稳定性，而为了防止炉膛结渣又被迫将旋流燃烧器内、外二次风旋流强度减弱，弱化燃烧器的燃烧强度，这是很不合理的。建议在不影响锅炉稳定燃烧的前提下，适当减少炉膛卫燃带，这对防止炉膛结渣会有很大的作用。参考文献［1］岑可法,樊建人,池作和,等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算［M］.北京：科学出版社，1994.