大型锅炉结渣与飞灰磨损问题的分析与改进.doc

大型锅炉结渣与飞灰磨损问题的分析与改进内容提要： 本文着重对大型锅炉结渣和飞灰磨损危害、形成机理进行分析，从而针对性地提出改进意见，并根据谏壁发电厂12机组结渣和飞灰具体情况而采取的现场措施及改进方法与上述相比较，进一步提出更好更经济的解决方法。关键词：结渣 飞灰磨损 危害 形成机理 防治引言：1993年3月10日 ，浙江省宁波市北仑港发电厂一号机组发生一起特大锅炉炉膛爆炸事故（按电业生产事故调查规程界定），造成死亡23人，重伤 8人，伤16人，直接经济损失778万元。该机组停运132天，少发电近14亿度。而“ 3.10” 事故的主要原因是锅炉严重结渣，是一起锅炉严重结渣而由落渣诱发的机械一热力破坏事故。从中看出锅炉结渣的严重性及危害性。锅炉结渣是锅炉运行中较普遍的现象，尤其燃烧劣质煤时候，结渣的情况更显著。因此我们应对结渣的危险、原因和防治予以了解。 第一部分 锅炉结渣一、结渣对锅炉的危害从本文开头就可以明显看出了，下面我们具体了解一下。第一：结渣可能造出掉渣灭火、损伤受热面和人员伤害。本文北仑港发电厂一号机组发生一起特大锅炉炉膛爆炸事故就是实例。锅炉结渣严重时，炉内会形成大块渣，当渣块的重力大于其粘结力时，渣块就自行下落可能压灭炉火；大渣块落下还会砸坏炉底管和水冷壁下联箱，造成设备损坏。第二：结渣会使锅炉出力下降，严重时可能造成停炉。受热面结渣后，吸热量和蒸发量就会减少，为了保持锅炉出力则必须加大燃料的供给，因为造成炉膛热强度增加，汽温上升。当温度超过其调节范围时，为了保证汽温符合要求，此时被迫降低出力。同时，炉膛热强度增加，又会促进结渣加剧，这种恶性循环的结果，只能被迫停炉。第三：结渣使排烟损失增加，锅炉热效率降低。当锅炉结渣黏附在受热面时，会使吸热大大减少，造成排烟温度升高，排烟损失增加。结渣后锅炉出力下降，为了保持额定出力，燃料量就要增加，使煤粉在炉内停留时间缩短，因此锅炉热效率下降。第四：结渣引起过再热管道超温，甚至会引起爆管。锅炉结渣时，使炉膛吸热减少，使炉膛出口烟温升高，从而使过热器超温爆管。而且水冷壁结渣后，会使锅炉的正常水循环遭到破坏，而且亦可能出现水冷壁冷却不良而超温爆管。二、渣的形成及影响因素锅炉受热面结渣的机理众所周知，其本质可以概括为：当温度高于灰熔点的烟气冲刷受热面，烟气中熔融的灰渣黏附在受热面上，造成结渣。这里，关键的因素有三个：1、煤的灰熔点；2、烟气的温度比灰熔点要高，使灰渣成熔融状态；3、这样的气流冲刷受热面才会形成结渣。因此我们必须首先了解燃料的灰熔点及影响其灰熔点的因素。燃料的灰熔点主要与灰份的组成成分和存在的介质气氛有关。结渣过程与软化温度关系密切。当灰粒温度低于或接近软化温度时碰撞到受热面，灰粒不会形成结渣，只能形成积灰，且易于吹扫。而当灰粒温度高于软化温度遇到受热面，并有一定时间凝结时，受热面就会形成难以清除的渣。当软化温度大于1350度时，燃煤为不易结渣煤；小于1260时为严重结渣煤。因此燃用不易结渣煤对锅炉结渣是有很大好处的。但现在燃煤市场紧张，发电厂往往不得不燃用此类煤种。灰熔点与其存在的介质气氛也有关系。在氧化气氛中，FeO会被氧化成Fe2O3，所以在氧化气氛中铁的氧化物通常以Fe2O3形态存在。但在半还原气氛中（带CO气氛中），Fe2O3会还原成FeO，而FeO的熔点只有1377度，Fe2O3的熔点高达1600度。而且FeO还会在高温作用下与煤灰中有些本身熔点很高的金属氧化物如CaO 、MgO等相结合，生成低熔点共晶体。因此在还原气氛中灰熔点会大大降低。三、结渣的原因及防治结渣的原因可以分锅炉本身设计与运行调整两方面的原因。现在大型锅炉很多都是采用四角布置切圆燃烧直流燃烧器的布置方式，且本人也是操控的该类型的锅炉，因此本文就只对该形式的锅炉结渣提出分析。1、 燃烧器的设计和布置不当及假想切圆不当。四角切圆燃烧方式四角布置直流燃烧器的炉膛内，其空气动力结构比较复杂，从燃烧器喷口喷射出来的气流并不能保持沿喷口几何轴线方向前进，而会出现一定程度的偏斜，使气流偏向炉墙一侧，偏斜严重时，就会时燃烧器射流贴附或冲击炉墙，这就是造成炉膛水冷壁结渣的主要原因。四角切圆燃烧通常是风包粉燃烧的，即是二次风在外围，一次风在中心燃烧（这样就使贴近水冷壁处的射流是富氧区，且不包含煤粉，使水冷壁结渣大大减小），二次风喷口方向与一次风喷口方向成一定的角度，二次风动量大，整个燃烧旋转方向与二次风相一致，并形成一个假想切圆燃烧。二次风动量增加，中心旋转强度就增加，对一次风的横向推力也增加，致使一次风射流发生偏斜；假想切圆直径过大，四角射流的横向推力就增大，射流喷出燃烧器后就会发生偏斜。但是如果提高一次风动量和减小假想切圆直径都会对炉内燃烧的着火和燃烧不利。因此一二次风喷口的角度及设定风速及假想切圆直径都对锅炉结渣有很大影响。而且在我们正常运行时，由于锅炉调试时不可能那么准确，往往四角射流喷入炉膛速度往往不一样，二次风挡板较核的不同，往往与设计时相差很远，我们就可以在保证燃烧稳定的基础上稍微增加一次风速度，特别是高负荷中，如我们谏壁发电厂12炉一次风设计风速为26.6米每秒，在高负荷中我们运行提高到29米每秒，实际效果良好，有效避免了一次风偏斜，在二次风的调配上，我们以保持设计风速42.2米每秒为准进行调节。2、 过量空气系数小和混合不良过量空气系数过小加之风粉混合不好，必将出现炉内CO还原气氛的增加，使灰熔点降低。这时，虽然炉膛出口烟气温度并不高，仍然可能出现强烈的结渣现象。因此必须保持适当的空气系数，太大，烟气量增加，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高；过小，产生还原气体，且飞灰可燃物增加，两者都为结渣创造了条件。一般认为：Vdaf20时，过量空气系数为1.20左右；Vdaf20时，过量空气系数为1.25左右比较适当。还有就是有可能一二次风四角速度不均匀，导致风粉混合不好，此时我们应该调整每个一次风管的缩孔保持一次风速均匀；调整二次风挡板使二次风速均匀。3、 未燃尽的煤粒在炉墙附近或黏附在受热面上继续燃烧当炉膛温度偏低或一次风速度过大或煤粉颗粒太粗时，燃料的燃烧速度将下降，燃尽时间延长，此时容易出现燃尽期发生在炉膛出口附近或炉墙附近，甚至黏附在炉墙上继续进行，这样炉膛上部或炉墙附近温度升高，灰份在未固化前就接触到受热面，黏附在上面形成结渣。因此保持合适的煤粉细度和均匀度是必须的，但是也不能太细，煤粉太细，粉灰容易浮黏壁面，影响受热面传热。4、 炉膛高度设计偏低，炉膛热负荷过高炉膛高度设计偏低时，燃料的后燃期将延续到炉膛上部，甚至炉膛出口以后，将引起屏过甚至与高过的结渣或超温损坏。当炉膛热负荷设计过大时，炉内温度水平也提高，如果受热面出现内部结垢或外部积灰时，熔灰就可能在得不到充分冷却固化前接触到受热面，形成结渣。可以降低火焰中心，尽量利用下排燃烧器，同时下排二次风量不宜过大，这样可以降低火焰中心。5、 锅炉吹灰炉内的受热面上积灰或结渣时，不但灰污面温度提高，而且表面也变得粗糙，此时一旦有粘结性的灰粒碰上去，就容易附在上面。因此保持受热面光洁是很重要的。如果清渣不及时形成严重结渣，就可能导致停炉打渣。6、 燃用比设计煤种灰熔点低的煤较容易引起结渣。现在原煤比较紧张，所以某些发电企业不得不燃烧与设计煤种相差很大的煤种，如燃用比设计煤种灰熔点低的煤种，就很有可能引起锅炉炉膛结渣。7、防止受热面附近温度过高力求使炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区域壁面热负荷设计合理，避免锅炉超负荷运行，从而达到控制炉内温度水平，防止结渣。堵塞炉底漏风，不使炉膛空气量过大，都能防止火焰中心上移，以免炉膛出口结渣。7、 炉内空气动力特性正常运行工况下，高温的火焰中心应位于炉膛断面的几何中心处。实际运行中，会由于气流组织不当，造成火焰中心偏移，煤粉气流火炬贴壁冲墙而引起局部水冷壁结渣。另外，运行中炉内空气动力工况组织不好，易形成死滞漩涡区并形成还原性气氛。在还原性气氛中，灰的熔点降低，增大了结渣的可能性。四、结渣分析与防治实例谏壁发电厂12机组刚开始运行时，一方面由于除灰运行出渣系统的不完善，一方面由于锅炉运行及调试工作的不熟悉，锅炉炉膛结渣特别是燃烧器附近与前后屏下部结渣非常严重，导致经常有大渣块掉落，并卡跳碎渣机，致使人工放渣，大大影响了机组运行的安全性与经济性。如12机组“9.16”试运行之后，12机组平均每隔10天人工放渣一次，人工放渣时负荷降至250Mw左右，投入四根油枪，每小时用油3t/h，增加了经济成本， AGC投用率大大降低了，每次人工放渣直接损失5万元左右；而且在人工放渣时炉底放渣门常开着，用高压工业水冲冷灰斗中大渣块，但是大渣块往往冲不走，必须人工用工具扒出，此时如果又有大渣块掉落，引起炉膛大正压，或者砸损炉底管壁，引起管壁破损都是非常危险的，很有可能北仑港发电厂一号机组惨剧就会重演。在12机组“9.16”试运行之后，因为“9.16”期间长时间330MW满负荷运行，炉膛热负荷极高，往往高再进口温度达950度，严重时可以明显从火焰监视探头中看到熔融状态的渣焦滴落。停炉之后经检查发现燃烧器附近及前后屏下部结渣非常严重，特别是前后屏下部黏附了大块渣，在运行时掉落是非常危险的。经分析发现结渣主要有以下几个原因：1、 长时间满负荷运行，使炉膛出口烟温过高，使前后屏结渣严重。2、 一二次风速不均匀。3、 高负荷时二次风速过高，达56米每秒左右。4、 吹灰不及时。5、 煤粉细度五台磨粗细偏差太大。根据这五条我们制定了相关补救措施，如（1）尽量避免负荷超过320MW运行；（2）调整OFA二次风挡板开度，使高再出口烟温差尽量减小，使乙侧高再烟温减小，使乙侧前后屏结渣及高再管壁超温得到大大缓解；（3）重新较核每台制粉系统一次风速，保持四角一次风速一致，调整二次风小挡板，使二次风速均衡，避免了风粉混合不良：（4）高负荷时通过减小氧量及开大OFA挡板开度，使二次风速从56米每秒降至45左右，大大减小了一次风的偏移；（5）原来12机组吹灰每天进行一次，且并没有具体规定，现在每天吹灰三次，且对结渣最严重的水冷壁及前后屏着重吹灰，避免了结渣加剧；（6）调试过程中，磨煤机磨出的煤粉细度不一，太粗或者太细，上文中我们已经分析了它们的危害了，通过重新较核圆满解决了这一问题；（7）在正常运行时保证燃烧稳定的前提下，实行ABDE磨运行，隔层燃烧，大大降低了火焰温度，使炉膛出口温度下降了近30度，有效的减轻了结渣情况。经过长时间运行实践下来，锅炉结渣问题得到了基本解决。 第二部分 飞灰磨损锅炉在燃用固体燃料时，烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些飞灰颗粒在高速烟气带动下冲刷对流受热面时，使管壁表面受到磨损，管子变薄，强度下降，造成管子的损坏。特别是在低温受热面中，烟气温度低，飞灰颗粒硬化，且此处更易磨损。灰粒对受热面的每次撞击都会从受热面表面削去极微小的金属片，这就是飞灰磨损的过程。气流对管子的冲击有垂直冲击和斜向冲击两种。垂直冲击时，管子表面上一个很小二又极薄的一层受到冲击的作用而变成凹坑，当冲击力超过其强度极限时，这个薄层就被破坏而脱落。斜向冲击时，灰粒作用于管壁的冲击力可分为两个分力，一个是法线方向的冲击力，它引起管壁的冲击磨损；另一个是切线方向的切削力，它会引起切削磨损。由于管子是圆形的，因而管子表面更多的受灰粒的斜向冲击，所以切削磨损所占比例较大。一、 影响飞灰磨损的因素以下这些：根据试验研究，可用下式表示金属磨损与飞灰动能之间的关系：T（）c其中c考虑飞灰性质的系数，它与飞灰性质、管束结构特性有关；飞灰撞击率，它与灰粒受到的惯性力和气流阻力有关，即飞灰颗粒大，密度大，烟气流速块，黏度小，则飞灰的慢性撞击率大；烟气中的飞灰浓度；时间；飞灰速度1、 灰粒特性灰的颗粒形状，锐利有棱角的灰粒比圆体灰粒对金属的磨损较严重。灰的颗粒直径越大，磨损越严重。灰的颗粒密度越大，磨损越严重。2、 飞灰浓度烟气中的飞灰浓度越大，磨损越严重。因此，燃用多灰燃料时，磨损严重；烟气走廊等局部地方的烟气浓度也较高，磨损也严重。3、 管束的排列与冲刷方式当烟气横向冲刷管束时（1）错列和顺列布置时，第一排管子因为正迎着气流，所以磨损最严重的地方在迎风面两侧20度50度处；(2) 错列布置时以第二排磨损最严重，因为此处气流速度增大，管子受到更大的撞击。磨损最严重处在主气流两侧25度35度处。第二排以后，磨损减轻。（3）顺列布置时，磨损最严重处在主气流方向两侧60度处，以第五排最为严重。4、 烟气速度管子的磨损与烟速三次方成正比，因此烟速对磨损的影响很大。为减轻磨损，降低烟速是有利的，但烟速降低，会引起积灰，而且烟速降低，使对流传热效果差，会多消耗钢材。因此，烟速的确定，要综合考虑磨损、积灰和传热三方面因素。省煤器的使用寿命一般定为10年，每年的磨损量应不大于0.2mm。省煤器管束间最大允许烟气流速如下：燃煤的折算灰分(%)： 5 67 910 30允许的最大烟速（m/s）：13 10 9 7为了防止对流受热面的堵灰，烟气流速在额定负荷时也不得不小于9m/s，否则会引起较大的飞灰磨损。为了不使局部地区，如从烟道内壁到管子弯头之间的走廊区出现烟气流速过高的现象，可采取避免受热面与烟道墙壁之间的间隙过大，并使管间距离尽量使之均衡等措施。5、 运行中的因素锅炉超负荷运行，燃料消耗量和供应的空气量都增加，烟气速度增大，烟气中的飞灰浓度也会增加，因而会加剧飞灰磨损。烟道漏风。漏风增加，必然增大烟速，增加磨损。二、了解了飞灰磨损的因素，就可以制定减轻和防止磨损的措施：1、在省煤器弯头易磨损的部分加装防磨保护装置。这时受磨损的不是受热面管子，而是保护部件，检修时只要更换这些防磨保护部件即可。省煤器管子地防磨保护装置有多种形式，如省煤器整组弯头地整体保护，即在省煤器管子地最上层和最下层直管段焊上护瓦，并在弯头顶端焊上护帘。这样不但使烟气分布均匀，而且可以防止烟气走廊地出现。另外，如发现某直管段有严重地局部磨损，可以磨损管段焊上局部防磨装置，都可以取得