论锅炉结焦的原因和危害及预防措施

论锅炉结焦的原因和危害及预防措施

祁勇东

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 内蒙古呼和浩特市 010206

摘要：结焦是锅炉运行中较普遍的一种现象，尤其是掺烧劣质煤的时候，结焦现象较为明显。结焦不但会严重影响锅炉机组的正常运行，而且为安全运行埋下隐患。为此，防止锅炉结焦，了解结焦的危害、原因及预防措施具有十分重要的意义。

关键词：结焦；危害；措施

1　前言

锅炉结焦是指灰渣在高温下熔化后粘结在炉墙、受热面上的现象。锅炉结焦是燃煤工业锅炉运行中比较普遍的现象。它会破坏正常燃烧工况，减少锅炉出力，破坏正常水循环，造成爆管事故，严重时还会使炉膛出口堵塞而被迫停炉。

2　结焦的原因

2.1　煤质因素

煤在燃烧时，其灰分熔融特性温度用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3数值表示。一般软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。灰的成分不同，其熔点也不同。燃用煤种的煤质对电厂锅炉的结焦有着根本的影响，结焦的内因受灰质的组成成分和熔化温度的影响。煤灰对于高温受热面沾污结焦的倾向，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，用氧化钠的质量分数来判断其沾污性。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。煤的灰熔点一般在1250～1500℃（高于锅炉炉膛受热面的设计温度），而有些煤的灰熔点则低于1100℃，燃用了这种煤非常容易结成焦块。

锅炉是根据设计煤种的着火特性、沾污腐蚀磨损特性、燃尽性能和结焦性能进行耦合设计的，对于一台定型的锅炉，其对每种的适应性是存在一定范围的。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是锅炉结焦的主要原因。煤的熔点低；超负荷运行时，炉温升高，烟气流速加快，煤的灰粒呈熔融状态；煤粉炉的炉膛矮或煤粉过粗使其在炉膛内燃烧不尽；煤粉炉的煤粉喷嘴角度调节不当，距离炉墙太近或喷射速度大；运行调节不当，使火焰偏斜到炉墙附近；吹灰不及时等均有可能造成锅炉受热面结焦。

2.2　炉膛结构

炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区域热负荷、炉膛几何尺寸对锅炉结焦有直接关系。炉膛容积热负荷设计值的选取不但影响煤的燃尽，更重要的是影响炉膛出口温度和炉膛温度，特别对于灰熔点低的煤种，选取较大的炉膛容积和截面积是必然的，否则炉膛上部及炉膛受热面容易结焦。炉膛容积大小或锅炉超负荷运行，造成炉膛热负荷过高；辐射受热面布置较少，吸热量小；炉膛出口烟气温度选得太高；炉膛出口流通截面狭窄，火焰中心位置太高。这些都会成为锅炉在运行中产生结焦的原因。

2.3　炉内动力工况

除煤质原因外，锅炉运行工况也可能加剧锅炉结焦。

2.3.1 炉膛出口过量空气系数

炉膛出口过量空气系数减少，炉膛出口烟温增加，熔点较低的灰份易在过热器上积灰，还会使炉膛壁面处烟温增加，炉膛沉积物增加。炉膛出口过量空气系数减少，炉内出现还原性气氛，熔点较高的三氧化二铁还原为熔点较低的氧化铁，从而使灰熔点大大降低（100~200℃），结焦可能性增大。

2.3.2 炉膛出口烟气温度

炉膛出口烟温高于煤灰软化温度，煤灰呈熔化或半熔化状态，熔融灰会直接粘在受热面上，产生严重的结渣。

2.3.3 炉膛热负荷过高，造成炉内温度水平提高、烟温水平也提高。碱金属化合物易气化后冷却凝在受热面管壁上形成强粘结灰，同时阻碍吸热，维持负荷势必要增加燃料量，从而进一步提高炉内温度，随着炉温提高，受热面结渣将呈指数规律上升，形成恶性循环。

2.3.4 锅炉风粉不平，炉内空气动力场紊乱，造成燃烧中心偏斜，灰渣撞击水冷壁，易粘附于炉壁上结渣。

2.3.5 煤粉细度

煤粉细度过粗，使火焰中心上移，易造成炉膛出口处的受热面结渣。

2.3.6 一次风速

一次风速低、刚性弱，火焰易偏斜刷墙，造成水冷壁结渣，若一次风太大，火焰上升得很高，甚至直射后墙，会促使高温结焦，所以一次风速保持在合理范围内。

3 锅炉结焦的危害

3.1 锅炉结焦会引起过热汽温升高，并导致过热汽、再热器减温水开大，甚至会导致汽水管爆破；结焦会使锅炉出力降低，严重时造成被迫停炉；结焦会缩短锅炉设备的使用寿命；排烟损失增大，锅炉效率降低；引风机耗电量增加；由于结焦往往是不均匀的，因而水冷壁结焦会对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利的影响。

3.2 锅炉大块结焦严重时会造成渣沟受堵，不得不降负荷运行。

3.3 锅炉结焦若熔合成大块时，因重力从上部落下，导致砸伤冷灰斗水冷壁。低负荷会因掉大块焦而引起燃烧不稳甚至熄火。

3.4 锅炉的大焦块掉下后，瞬时产生大量的水蒸气，使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域（尤其是下排燃烧器区域）煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动（超限）而引起锅炉灭火。

4　防止和消除结焦的措施

4.1　选择合理的运行氧量

锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，它对锅炉的结焦有非常大的影响，如果锅炉运行氧量偏低，炉内还原性气氛较强，煤的灰熔点就会下降，锅炉就容易结焦。这是因为灰熔点随着铁量的增加而下降，铁对灰熔点的影响还与炉内气体性质有关，在炉内氧化性气氛中，铁可能以三氧化二铁的形态存在，这是随着含铁量的增加，其熔点的降低比较缓慢；在炉内还原性气氛中（氧量不足），三氧化二铁会还原成氧化铁，灰熔点随之迅速降低，而且氧化铁最容易与灰渣中的氧化硅形成熔点很低的合成物，其灰熔点仅为1065℃。

当煤质有波动时，运行人员没办法根据实际情况进行调整，造成锅炉燃烧配风方式不是处于优化状态，特别是上层喷嘴煤粉颗粒燃尽性差，有一部分大颗粒煤粉在炉膛出口处尚未燃尽，导致锅炉炉膛出口温度偏高，结焦严重，由于炉膛截面积大，热负荷较小；当煤质变劣时，煤粉的燃尽性能适应能力不强。

提高锅炉运行氧量，避免炉内出现还原性气氛。加强炉内吹灰工作，特别是重点区域要增加吹灰次数，如果运行氧量还偏低，必要时适当降低负荷。由于结焦的主要区域在炉膛出口处，此处容易堵塞烟道，增加烟气阻力，引风机处理更显不足，所以要防止结焦与还原性气氛恶性循环的趋势。机组检修时，对空气预热器进行重点清洗，降低烟风道的阻力，提高风机的出力。

4.2 选择合理的炉膛出口温度

对锅炉进行优化燃烧调整试验，对炉膛出口烟温（或高温受热面管壁温度）进行在线监视，保证主参数合格。通过合理的调配一次风和二次风的运行风门开度以及运行氧量，保证主参数合格和炉膛出口烟温低于燃煤灰熔点的同时来保证蒸汽质量，从而防止炉膛出口结焦；通过对炉膛出口烟温、过热气温、锅炉负荷、燃烧氧量、炉膛排烟温度等各种运行参数的在线监测，也可以评价锅炉炉膛出口是否会产生结焦，从而防止在燃用不同煤种时锅炉炉膛结焦，并能获得最大的锅炉效率。

4.3 组织合理而良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。当灰渣撞击炉壁时，若仍保持软化或熔化状态，易粘结附于炉壁上形成结焦，因此必须保持燃烧中心适中，防止火焰中心偏斜和贴边。

4.4 保持合适的煤粉细度

煤粉粗，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。再则，粗粉需要较长的燃尽时间，因而它们往往在贴壁处造成还原性气氛，使灰熔点降低。但是，煤粉太细会导致制粉系统电耗高。因此煤粉细度因经常取样监测，保持在合理经济细度范围内。

4.5 适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结焦

提高一次风速可推迟煤粉的着火，可使着火点离燃烧器更远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附近结焦。

提高一次风速还可以增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风直接冲刷避免而产生结焦。但此风速的提高受煤粉着火条件的限制。

4.6 加强对炉膛的吹灰，防止低负荷掉灰对燃烧器产生不良的扰动

4.7　减少漏风

炉膛漏风，破坏了正常燃烧工况，造成火焰的充满度和搅拌混合情况恶化，火焰中心升高或偏斜，会加速结焦的形成。

参考文献

[1]锅炉燃烧试验研究方法及测量技术，水利电力出版社，1987.

[2]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，北京科学出版社，1994