鍋爐結(jié)渣原因分析及解決措施

1、衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司1爐結(jié)渣原因分析及解決措施Cause Analysis and Solution to Slagging in Boiler No.1 of Hengfeng Power Generation Co. Ltd.張萬德1，劉永剛1，劉文獻(xiàn)1，胡蘭海2(1.河北省電力研究院，河北石家莊050021；2.衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司，河北衡水053000)摘要：介紹了衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司#1爐爐膛結(jié)渣、掉大塊渣造成鍋爐滅火的情況，闡述了該爐防止結(jié)渣已采取的措施及達(dá)到的效果，分析了爐膛結(jié)渣的原因，探討了解決爐膛結(jié)渣的措施。關(guān)鍵詞：結(jié)渣；衛(wèi)燃帶；空氣動(dòng)力場(chǎng)；火焰溫度水平Abstract:Th

2、is paper introduces the slagging situation of combustor of Boiler No.1 of Hengfeng Power Generation Co. Ltd.,and the dropped large slag causes boiler fire extinguished,relates measures adopted and its effects to protectthe boiler from slagging.Keywords:slagging；refractory zone；air dynamic field；flam

3、e temperature level衡豐發(fā)電有限責(zé)任公司#1爐是由北京巴布科克威爾科克斯有限公司（Babcock & Wilcox）設(shè)計(jì)制造的亞臨界參數(shù)、單汽包、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉鍋爐。采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，前后墻各3層共24個(gè)EI-DRB型旋流燃燒器對(duì)沖燃燒方式。鍋爐設(shè)計(jì)煤種和校核煤種均為山西陽泉無煙煤+晉中貧瘦煤。自1995-12投產(chǎn)以來，該爐膛始終存在較嚴(yán)重的結(jié)渣問題，特別是在鍋爐降負(fù)荷時(shí)，由于爐膛溫度變化較大，大塊渣容易脫落，低負(fù)荷時(shí)鍋爐燃燒穩(wěn)定性較差，大塊渣掉落引起爐膛負(fù)壓較大波動(dòng)，造成鍋爐滅火事故。1結(jié)渣情況2001年掉大塊渣滅火4次，2002年3次。2003年以

4、前，針對(duì)該問題采取了一些防止措施，主要有：控制來煤質(zhì)量，進(jìn)行燃燒調(diào)整，治理鍋爐底部漏風(fēng)，合理控制爐內(nèi)過剩空氣系數(shù)，做好鍋爐定期吹灰，停運(yùn)部分燃燒器等。通過采取以上措施，爐膛結(jié)渣現(xiàn)象有所減輕。2003-02-03#1爐大修期間，針對(duì)結(jié)渣問題對(duì)燃燒設(shè)備進(jìn)行了檢修，并進(jìn)行了爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，機(jī)組投運(yùn)8個(gè)月以來未發(fā)生鍋爐爐膛掉大塊渣滅火事故，僅發(fā)生掉小塊渣現(xiàn)象2次。這說明通過檢修，#1爐爐膛結(jié)渣狀況明顯減輕。2原因分析結(jié)渣的本質(zhì)可概括為：當(dāng)溫度高于灰熔點(diǎn)的煙氣沖刷受熱面時(shí)，煙氣中熔融的灰渣粘附到受熱面上而形成結(jié)渣。結(jié)渣是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)、動(dòng)力學(xué)過程，它除了與煤質(zhì)密切相關(guān)外，還受鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒器型

5、式及布置、爐膛溫度水平、煙氣氣氛、爐內(nèi)動(dòng)力工況等因素的影響。2.1煤質(zhì)煤質(zhì)本身的性質(zhì)在很大程度上決定了其結(jié)渣特性，根據(jù)結(jié)渣傾向性指標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)煤質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。用煤灰軟化溫度t2進(jìn)行結(jié)渣傾向判斷：t2=1 500 1 390 ，設(shè)計(jì)煤質(zhì)為輕微結(jié)渣煤，準(zhǔn)確度為83%。用堿酸比（B/A）進(jìn)行結(jié)渣傾向判斷：B/A=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2)=0.1230.206，設(shè)計(jì)煤質(zhì)為輕微結(jié)渣煤，準(zhǔn)確度為69%。根據(jù)結(jié)渣傾向性指標(biāo)基本上可以判定#1爐的設(shè)計(jì)煤質(zhì)為輕微結(jié)渣煤。實(shí)際燃用的煤質(zhì)和設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏差不是很大，因此煤質(zhì)不是結(jié)渣的主要原因。2.2爐膛溫度爐膛溫度水

6、平對(duì)爐膛結(jié)渣的影響是綜合性的。如果爐膛火焰溫度水平高，將使煤中一些易揮發(fā)性氧化物汽化或升華，使堿金屬化合物在受熱面上凝結(jié)，堿金屬直接凝結(jié)在受熱面上會(huì)形成致密的強(qiáng)粘結(jié)渣；當(dāng)煙氣溫度較高且管壁溫度也較高時(shí)，可在初始灰層中形成產(chǎn)生低熔點(diǎn)復(fù)合硫酸鹽反應(yīng)的條件，還會(huì)使含有堿金屬化合物的積灰外表層粘結(jié)性增強(qiáng)，加速積灰過程發(fā)展；當(dāng)爐膛火焰溫度高時(shí)，煤灰呈熔化或半熔化狀態(tài)，熔融灰會(huì)直接粘在受熱面上，產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣?？傊瑺t膛溫度升高，將使受熱面結(jié)渣呈指數(shù)規(guī)律上升。2002年，對(duì)#1爐進(jìn)行了燃燒調(diào)整試驗(yàn)，用光學(xué)高溫計(jì)對(duì)不同工況下爐膛燃燒區(qū)的火焰溫度進(jìn)行了測(cè)量，其火焰平均溫度為1 241 ，在鍋爐#1角上層燃燒器局

7、部區(qū)域火焰溫度達(dá)到1 480 。爐膛燃燒區(qū)的火焰溫度局部偏高是爐膛結(jié)渣的一個(gè)主要原因。2.3爐膛衛(wèi)燃帶#1爐因設(shè)計(jì)煤質(zhì)揮發(fā)分較低（Vdaf11.2%），而在爐膛前后墻旋流燃燒器區(qū)域敷設(shè)有衛(wèi)燃帶，前、后墻水冷壁衛(wèi)燃帶總面積為200.6 m2。該爐上層燃燒器區(qū)域火焰溫度高達(dá)1 480 ，由于衛(wèi)燃帶區(qū)域水冷壁吸熱較小，導(dǎo)致其表面溫度較高；又由于衛(wèi)燃帶區(qū)域表面粗糙，因此特別容易造成衛(wèi)燃帶區(qū)域結(jié)渣，且易成為大片結(jié)渣的策源地。2003年，鍋爐大修時(shí)進(jìn)入爐膛觀察，燃燒器區(qū)域結(jié)渣嚴(yán)重，結(jié)渣厚度約為400500 mm，在中、上層噴燃器區(qū)域更為嚴(yán)重，可達(dá)600 mm，而其它區(qū)域只有個(gè)別地方輕微結(jié)渣。因此爐膛燃燒器

8、區(qū)域敷設(shè)的衛(wèi)燃帶是造成爐膛結(jié)渣的另一個(gè)主要原因。2.4燃燒設(shè)備#1爐燃燒系統(tǒng)為前后墻各3層對(duì)沖布置24個(gè)EI-DRB型旋流燃燒器。每個(gè)燃燒器的中心為一次風(fēng)噴口，向外依次為內(nèi)二次風(fēng)噴口、外二次風(fēng)噴口。在一次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)有均流器，在內(nèi)、外二次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)有可調(diào)旋流葉片。在2003年鍋爐大修時(shí)，對(duì)24臺(tái)燃燒器進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)：中、下排燃燒器一次風(fēng)均流器因磨損而嚴(yán)重變形，有的均流器已磨掉；內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不靈活，部分調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡死；個(gè)別燃燒器外二次風(fēng)噴口內(nèi)下沿處有結(jié)焦現(xiàn)象；內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片角度設(shè)定偏差較大。一次風(fēng)均流器磨損變形或磨掉，容易使燃燒器出口煤粉火焰偏斜刷墻，使?fàn)t膛火焰局部溫度偏高而

9、結(jié)渣。部分內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不靈活或卡死、指示與實(shí)際角度偏差大，使鍋爐熱態(tài)調(diào)整內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片很困難。個(gè)別燃燒器外二次風(fēng)噴口下沿內(nèi)結(jié)焦也會(huì)造成燃燒器出口火焰偏斜刷墻。上述問題是造成爐膛燃燒區(qū)的火焰溫度局部偏高而導(dǎo)致結(jié)渣的第3個(gè)主要原因。3解決措施3.1保持燃燒設(shè)備處于良好狀態(tài)在2003年大修時(shí)，更換了變形或磨掉的一次風(fēng)均流器，對(duì)所有燃燒器擋火圈開裂處進(jìn)行了恢復(fù)，對(duì)燃燒器各部位進(jìn)行了檢修。此后，燃燒器基本處于良好狀態(tài)。鍋爐投運(yùn)后的實(shí)際運(yùn)行情況表明，燃燒器出口火焰偏斜的問題基本得到了解決，大大緩解了爐膛燃燒區(qū)火焰溫度局部偏高的問題。3.2組織合理的爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況組織合理的爐內(nèi)空氣動(dòng)

10、力工況是防止?fàn)t膛結(jié)渣的前提。在2003年大修期間，對(duì)#1爐進(jìn)行了爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，使其爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況趨于合理。鍋爐投運(yùn)后的實(shí)際運(yùn)行情況表明：爐膛燃燒器區(qū)域火焰溫度局部偏高的問題得到顯著改善，明顯減輕了結(jié)渣狀況。試驗(yàn)主要工作為：a. 通過調(diào)整各一次風(fēng)管上的縮孔，對(duì)各一次風(fēng)管風(fēng)速進(jìn)行了調(diào)平，使同層一次風(fēng)速偏差不大于2 m/s，將調(diào)整后的縮孔開度做好記錄及現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記。b. 對(duì)24個(gè)燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，并確定其刻度盤上的開度與旋流葉片實(shí)際角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。c. 在滿足爐內(nèi)風(fēng)量?；蟮那闆r下，選定具有代表性的燃燒器作為測(cè)量對(duì)象，在內(nèi)、外二次風(fēng)調(diào)節(jié)葉片的不同開度組合下，通過短飄帶（網(wǎng)格）

11、來觀察回流區(qū)大小、出口氣流的擴(kuò)散等情況。d. 用熱線風(fēng)速儀測(cè)量爐內(nèi)的貼壁風(fēng)速。e. 試驗(yàn)結(jié)束后根據(jù)試驗(yàn)情況，綜合考慮二次風(fēng)葉片角度對(duì)鍋爐穩(wěn)燃和結(jié)渣的影響，確定出了最佳的燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)葉片角度，并對(duì)所確定的二次風(fēng)葉片角度進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，使同層二次風(fēng)葉片角度保持一致。3.3采用合理的運(yùn)行方式3.3.1控制合理的爐內(nèi)過量空氣系數(shù)隨著爐內(nèi)過量空氣系數(shù)的增加，爐膛壁面處的煙溫降低，同時(shí)爐膛上的沉積物減少，減輕了爐膛結(jié)渣。爐內(nèi)過量空氣系數(shù)過低易造成氧量不足使?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛，在還原性氣氛中，熔點(diǎn)較高的Fe2O3變成熔點(diǎn)較低的FeO，從而使灰熔點(diǎn)降低較多，這增加了結(jié)渣的可能性。因此，為防止結(jié)渣必須保持

12、合理的爐內(nèi)過量空氣系數(shù)。3.3.2適當(dāng)提高一次風(fēng)速適當(dāng)提高一次風(fēng)速，一方面可推遲煤粉著火，使著火點(diǎn)離燃燒器噴口更遠(yuǎn)，火焰高溫區(qū)相應(yīng)推移到爐膛中心，避免燃燒器噴口附近結(jié)渣；另一方面，可以增加氣流的剛性，減少由射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的氣流偏斜，避免一次風(fēng)直接沖刷爐膛壁面而產(chǎn)生結(jié)渣。3.3.3確定合理的煤粉細(xì)度煤粉過細(xì)時(shí)著火提前，易使燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷偏高，造成燃燒器附近結(jié)渣并燒壞噴嘴。煤粉過粗時(shí)著火推遲，火焰中心上移，使?fàn)t膛溫度升高，灰粒容易脫離主流直接沖刷爐墻而導(dǎo)致爐膛結(jié)渣。故應(yīng)保持煤粉細(xì)度在合理范圍內(nèi)。3.3.4改善給粉機(jī)下粉均勻性給粉機(jī)給粉量的不均勻，造成各燃燒器間的出力偏差大，有時(shí)甚至?xí)斐梢淮物L(fēng)積粉堵管。燃燒器出力偏差大將造成爐膛火焰溫度分布不均勻，從而造成爐膛結(jié)渣。4結(jié)論a. 爐膛燃燒區(qū)的火焰溫度水平局部偏高是爐膛結(jié)渣的一個(gè)主要原因。因此應(yīng)保證燃燒設(shè)備始終處于良好狀態(tài)，通過爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)找出較好的燃燒器配風(fēng)組合，使?fàn)t內(nèi)空氣動(dòng)力工況趨于合理，燃燒區(qū)火焰溫度水平局部偏高問題得到改善，結(jié)渣狀況明顯減輕，使鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平有了很大提高。b. 控制合理的爐內(nèi)過量空氣系數(shù)、保持煤粉細(xì)度在合理范圍、給粉機(jī)下粉量盡量均勻?qū)p輕鍋爐結(jié)渣有一定作用。c. 爐