SZS型煤粉工业锅炉的结焦原因与防治措施

运行与管理 S Z S型煤粉工业锅炉的结焦原因与防治措施 5 5 文章编 号 ： 1 0 0 4 - 8 7 7 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 5 5 - 0 3 S Z S型煤粉工业锅炉的结焦原因 与防治措施 何 海 军 ( 煤炭科学研究总院， 北京 1 0 0 0 1 3 ) An a l y s i s a n d Co n t r o l Te c h n o l o g y o f S l a g - b o n d i n g i n Ty p e S ZS Pu l v e r i z e d Co a l Fi r e d I n d u s t r i a l Bo i l e r H E H a i - j u n ( C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ) 摘要： 结焦对锅炉的经济安全运行有较大危害， 通过对影响煤粉工业锅炉结焦原因的分 析， 结合运行实际， 总结了锅炉系统完善设计的建议以及实际运行中预防结焦的措施， 取得了较 好 的效果 。 关键词 ： 煤粉工业锅炉 ； 结焦 ； 分析 ； 防治 中图分类号 ： T K 2 2 7 文献标识码 ： B O 引言 煤粉在燃烧过程中熔化 了的灰渣如果在凝固以 前冲刷到水冷壁便 会粘结在上 面 ， 即产 生结焦 。 结焦一旦开始， 越结越多， 不断蔓延， 影响受热面的 传热， 造成炉膛出口烟气温度升高， 锅炉出力和效率 降低等后果， 严重时将影响系统水循环致使锅炉爆 管等事故 的发生。清渣过程 ， 工作环境恶劣 ， 劳动强 度较大 ， 易引起烫伤等安全事故。因此 ， 如何减缓或 避免锅炉结焦对锅炉生产者和使用者都是一项重要 的工作。 结焦 的内因是煤质特性 ， 包括灰熔点和粘结性 等。结焦的外因影 响因素较多 ， 但最根本的一条是 炉内空气动力场组织得不好 ， 一旦 出现火焰 冲刷 到 水冷壁上 ， 就可能引发结焦。本文结合在用锅 炉实 例 ， 研究分析该类 型锅炉结焦形成 的原因并且有针 对地采取措施， 有效防止锅炉结焦， 提高锅炉的运行 效率与生产连续性。 l 结焦状况 某大型煤炭企业配置有 9台2 0 t h型号为 S Z S 2 0 1 6 一A型煤粉工 业锅炉 ， 燃烧器水 平布置 ， 锅炉本体采用 D型、 膜式水冷壁结构， 少量灰渣通 过炉底水封刮板机排 出。燃烧室( 燃烧器 的组成部 收稿 日期 ： 2 0 1 3 -05 -0 6 作 者 简介 ： 何 海 军 ( 1 9 7 9一) ， 工 程 师 ， 硕士， 从事煤炭燃烧 与煤粉工业锅炉技 术开发工作。 分 ， 在该设备 中， 煤粉被点燃并初步燃烧 ) 与锅炉本 体的对接与布置方式见 图 1 ， 锅炉本体主要设计参 数见表 1 。 图 1 燃烧器与锅炉本体布置方式示意 表 1 锅炉本体设计参数 项 目 额定蒸发量 ( t h ) 额定工作压力 MP a 额定蒸 汽温度 给水温度 炉膛辐射受热面 i n 设计热效率 排烟温度 设计燃料 参数 2 0 1 6 2 04 3 1 04 6 0 9 0 1 5 0 三类烟煤煤粉 2 0 1 0年， 9台锅炉陆续投运后 ， 运行状况总体 良 好 ， 但锅炉结焦情况也有发生 ， 主要结焦部位集中于 燃烧室及其 出口、 炉膛 中前部 以及 回燃室 ( 炉膛与 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 工业锅炉 2 0 1 3年第 4期( 总第 1 4 0期 ) 对流管束区的折弯处) 等处， 见图 1 、 表2 。锅炉结焦 不仅对锅炉的稳定 、 经济运行造成影响 ， 也给锅炉的 安全运行带来隐患。因此， 如何采取措施 ， 预防锅炉 结焦 ， 确保锅炉稳定运行是锅炉房 日常管理的重点 工作之一。 表 2 结焦 部位 分布 类别 部位 类型 1 燃烧室扩散锥与收敛锥交界处 刑， 燃烧室与炉膛结合处， 即燃烧室 出口处， 呈 柱状深入炉膛 类型 3 炉膛前部， 呈平铺状 类型4 炉膛中前部， 灰斗分割梁处， 呈山峰状 类型5 附着于对流管上， 堵塞烟气通道 3 原 因分析 3 1 煤质特性 煤质特性是锅炉结焦的内因。对于不同煤种 ， 煤灰的结焦特性差别很大， 主要与灰的化学成分及 其矿盐结构特性有关 。大量的研究已总结出了很多 的结焦特性判别准则 ， 主要包括灰的熔融温度 、 灰 的 粘度和灰的成分 ， 这些 都与煤质特性有关。灰 的熔 融温度越低 、 粘度越大 ， 就越容易结焦。煤粉在燃烧 时， 其灰分熔融温度用变形温度 D T 、 软化温度 S T 、 熔化温度 F 值来表示。软化温度 S T的高低是判 断煤灰是否容易结焦 的主要指标， 软化温度越低 ， 则 结焦性越强 J 。 3 2 炉内气氛条件 煤灰是多成分的复杂化合物， 同一煤种的灰渣 在不同的烟气介质 中， 化学成分会发生变化 ， 灰熔点 也随着成分的改变而改变。同一煤种的灰渣 ， 在弱 还原性中， 其灰熔点较低 ， 在氧化性 中则较高。这是 因为在不同的气体介质下 ， 煤灰 中的化学成分发生 了氧化还原反应。运行 中操作不 当， 燃烧调整不合 理 ， 都会在炉膛内局部区域产生一氧化碳和氢气等 还原 性 气 体。在 这 种 气 氛 中， 灰 中熔 点 较 高 的 F e 0 ， 将还原成熔 点很低的 F e O， 使灰熔点 降低很 多，甚至可能降低 3 0 0 3 5 0， 因此大大增加了结 焦的可能性 。 3 3炉膛结构特性 炉膛设计与燃烧器布置对锅炉结焦有重要影 响。同一煤种 ， 在炉膛设计 与燃烧器布置不 同的锅 炉中， 受热面的结焦程度会有很大差别 。设计炉膛 时， 选用较低的断面热负荷和容积热负荷有利于防 止锅炉结焦 J 。燃烧器 的结构设计 与布置方 式对 锅炉运行性能有着直接影响。为防止受热面结焦 ， 应确保燃烧器安装 的精度 ， 避免偏置导致火焰偏斜 冲刷炉墙贴壁燃烧 ， 该状况不仅导致燃料燃烧不完 全也将为炉膛结焦提供外在条件。燃烧器喷入炉膛 内的火焰直径应适当小于炉膛直径 ( 宽度和高度) ， 特别是主燃高温区， 避免火焰冲刷受热面是缓解炉 膛结焦的重要保障， 因此燃烧器喷入炉膛火焰的最 大直径是炉膛设计 的主要依据参数 。 3 4 炉 内空气动力场 影响气流偏离的重要因素是燃烧器出口气流在 炉膛内所形成的旋流直径及炉膛形状 ， 气流旋转 直 径增大， 火焰炉膛 充满度好 、 燃料炉膛停 留时间长， 燃料燃尽率及系统热效率将升高 ， 但气流旋转直径 过大， 也可能引起火焰偏转贴壁 ， 以至引起结焦 。 因此 ， 较小旋流直径是减少气流偏离 ， 避免气流冲刷 水冷壁的重要措施。 3 5 运行参数调整 操作参数 、 操作条件设 置不合理也是引起锅炉 结焦的重要因素。燃烧时低负荷运行 、 风量不足 ， 主 火炬前移 、 集中， 并引起局部超温可能会引起锅炉结 焦 ； 超负荷运行 、 主火炬超温 ， 也可引起结焦 ； 炉膛下 部漏风引起空气动力场偏移， 火焰扫壁 以及煤粉过 细或过粗 ， 致使火焰集 中前移或后移等都可能会引 起锅炉不同部位、 不同程度的结焦。 4 防治措施 根据以上分析 ， 结合对锅炉结焦情况 的跟踪检 查， 并有针对性地做了多项技改试验 ， 取得了良好的 效果 ， 为后续锅炉设计以及现有锅炉运行提供了 良 好的优化与预防措施。 4 1 设计优化 ( 1 ) 燃烧室为“ 核” 状结构设计 ， 前锥与后锥交 界处直径最大 ， 截面风速最低 ， 当低负荷运行并降低 配风时， 该处可能出现类型 1状的结焦 ， 为缓解此类 结焦现象的发生 ， 在燃烧室中试验加设压缩空气对 吹装置 ， 间歇在线吹扫燃烧室易结焦部位 ， 试验证明 该装置可以极大缓解该类型结焦状况的发生 ， 可 以 作为选配设备装备于系统中。 ( 2 ) 燃烧室加速喷 口与锅炉炉膛连接处有长度 为 3 0 0 m m的耐火混凝土过 渡段 ， 过渡段直径与加 速喷口直径相同 ， 见图 1 。当高温火焰 、 炽热焦粒经 过此处时可能粘接于此 ， 形成结焦源 ， 导致类型 1与 ( 或 ) 类型 2两种形式的结焦。由于该锅炉过渡段 周边受水冷管限制 ， 过渡段直径外扩受限， 通过在过 渡段装设耐热不锈钢板 ， 增加壁面光滑度 ， 阻止结焦 源的形成 ， 可有效解决类型 2形式的结焦 ， 缓解类型 1形式 的结焦。另外 ， 经计算与实践检验 ， 燃烧室喷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 运行与管理 S Z S型煤粉工业锅炉的结焦原因与防治措施 5 7 出口与炉膛齐平 ， 取 消过渡段 ， 或过渡段不可避免 ， 则沿烟气流向方 向， 过渡段设置不小 于 4 5 。 的扩散 角也可避免结焦源的形成 。 ( 3 ) S Z S型煤粉工业锅炉系统有约 1 0 的粉煤 灰 以灰渣形 式通过炉底落 灰 口、 水封刮板机排 出。 该炉膛底部划分为 5个落灰斗 ， 落灰斗之 间设置分 割梁 ， 用 耐 火 混 凝 土 浇 筑 而 成 ， 梁 顶 平 面 宽 约 2 0 0 mm， 该构造易引起类型 4形式的结焦 。在第二 分割梁处 ， 火焰旋流直径达到最大、 温度最高 ， 分割 梁顶易形成结焦源引起结焦。后续设计易设置通体 灰斗、 取消分割梁 ， 即可满 足落灰渣功能 ， 亦可缓解 类型 4形式的结焦。 4 2 预防措施 锅炉在使用过程中， 通过运行管理与方式的优化 调整 ， 采取科学的防治措施 ， 可以缓解甚至杜绝结焦。 ( 1 ) 保持煤质的适应性与匹配性 。煤粉工业锅 炉炉膛容积小 ， 燃烧停 留时间短 ， 较之电站锅炉运行 工况差 ， 对煤质的要求相对严格 ， 通常要求煤粉干燥 无灰基挥发分 ( ) 不低于 2 8 ， 否则易造成燃尽 率降低。当使用挥发分较低 的煤种时 ， 燃料活性低 不易燃烧 ， 为满足锅炉 出力 ， 提高炉膛温度 ， 通常需 加大供料量 ， 致使火焰主燃区后移 ， 在回燃室附近形 成高温区， 进而可能引起类型 5形式的结焦。该状 况造成烟气通道 截面积减小 ， 炉膛正压燃 烧 ， 给锅 炉 、 燃烧器等设备的正常 、 安全运行带来隐患 。因此 需严格选用合适煤种 ， 确保系统稳定运行 ； 另外 ， 选 择灰熔点较高、 粘结性较小 的煤种对避免锅炉结焦 极为关键 。 ( 2 ) 适 当的煤粉粒度级配利 于缓解结焦。煤粉 工业锅炉对煤粉粒度要求为 2 0 0目过筛率约9 0 ， 磨制过细， 利于燃尽， 但增加制粉电耗， 同时主燃区 前移 ， 可能引起结焦。煤粉过粗 ， 运行负荷 、 配风小 时 ， 易引起类型 3形式的结焦 ； 运行负荷 、 配风大时， 又可能造成类型 5形式的结焦。保障煤粉粒度或适 当的粒度级配， 适当拉长炉膛火焰， 降低主燃区温 度 ， 对减少结焦现象 的发生有积极意义。 ( 3 ) 运行负荷不宜过低。煤粉工业锅炉燃烧工 况为悬浮式室燃， 负荷低、 系统风速小 ， 会引起煤粉、 煤灰在局部地区沉积， 较易引起类型3形式结焦现 象的发生。通常要求运行负荷不低于 6 0 ， 配风不 低于8 0 ， 适当牺牲部分排烟热损失( g ) ， 杜绝煤 粉 、 煤灰沉积 ， 以及减少 由此引发的结焦 。 ( 4 ) 火焰旋流直径 、 燃烧 器装配 中心重合 度 以 及炉膛密封性是引起结焦的关键因素。火焰旋流直 径是引起炉膛结焦的关键外因， 旋流直径大， 火焰扫 壁 ， 可能引起结焦， 煤粉工业锅炉火焰旋流角度 即旋 流直径可以调节， 系统调试过程中设置燃烧器旋流 角度是重要 的工作之一 ； 燃烧器与锅炉本体的对接 必须谨慎 ， 保证燃烧器 与炉膛 中心 的重合 ， 杜绝偏 置 ， 否则将引起火焰扫壁进而引发结焦 ； 炉膛密封性 特别是炉底 的密封性是保障炉膛空气动力场稳定的 因素之一。 ( 5 ) 合理配风 ， 保 持适 当的过量 空气系数。过 量空气系数不仅关系到运行经济性 ， 而且对结焦有 较大影响 ， 确保炉膛的氧化性气氛 ， 避免灰分被还原 所引起的灰熔点降低 。一般情况下 ， 炉膛 出口处保 持过量空气系数 为 1 1 51 2 5 ， 炉膛 出 口氧量在 3 一 5 ， 既能保证经济运行 的需要 ， 又可杜绝还原 性气氛产生 ， 有效防止结焦 。 ( 6 ) 管理到位 ， 发现结焦 ， 尽早处理。锅炉结焦 后 ， 系统运行参数 、 运行工况将会发生明显变化 ， 此 时要准确判断 、 尽早处理 ， 否则会带来事态 的扩大 ， 例如由于锅炉结焦 ， 传热降低 、 水循环不畅导致爆管 事故的发生等。锅炉清焦 除需注意工作安全外 ， 还 需特别注意清除干净 ， 避免遗 留处作为结焦源而迅 速形成新的结焦 。 ( 7 ) 使用锅 炉除渣 清焦剂 J 、 锅炉受热管壁 喷 涂新型防结焦涂层等在不同文献上均有介绍 、 描述 ，