什么是锅炉结焦?

所谓锅炉结焦,就是在燃煤或者燃油的锅炉中,局部燃料积聚在燃烧器的喷口、燃料床上或者受热面上,在高温少氧的情况下,所形成的结积焦块。结焦是怎么形成的呢?结焦是锅炉运行中比较普遍的问题,一般情况下,随着烟气一起运动的灰渣颗粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前,已经因为温度降低而凝固,当附着在受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰可以除掉。当炉膛内温度较高时,一部分灰颗粒已经达到熔融或半熔融状态,若这部分灰颗粒在达到受热面前未得到足够冷却达到凝固状态,具有较高的粘结能力,就容易粘附在受烟气冲刷受热面或炉墙上,甚至达到熔化状态,粘附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭使结焦不断发展。

在燃烧过程中,煤粉颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发,成气态进入烟气中,当温度降低时凝结,或者粘附在烟气冲刷的受热面或炉墙上。或者凝结在飞灰颗粒表面,成为熔融的碱化物膜,然后粘附在受热面上形成初始结焦层,成为结焦发展的条件。如果锅炉床温过高,导致渣温高,达到其软化点,一般为1040℃,炉渣软化后形成结焦。结焦的炉渣急剧过快冷却能形成硬块,不易碎裂,出现堵塞排渣机等运行问题

燃料中存在大量的灰份,灰分在这样高的温度下,炉膛内又严重缺氧,大多数的灰分都会熔化成液态,或者呈现为软化状态。由于四周的水冷壁不断的吸收热量,所以从燃烧的火焰中心向外四周,温度越来越低。越接近水冷壁的温度就越低。随着温度的降低,灰份必将从液态、变为软化状态、硬化变成固态。如果灰在还是软化状态的情况下,就碰到受热面时,由于受到骤然冷却而直接硬化,粘结在受热面上,这样就形成了结焦。



形成结焦的原因

形成结焦的原因有很多,最主要的有以下几点。我们来分析一下。

1.煤种的影响

结焦的形成,与煤种有直接的关系。煤的质量不好,灰分较大,就容易形成结焦。相反就不容易形成结焦。

2.煤粉质量的影响

磨煤机钢球磨损严重、分离器堵塞及中速磨磨辊磨损、旋转分离器的转速等因素的影响,导致磨煤出力的降低。煤粉的质量下降,无法保证煤粉的安全、温度、高效运送。而无法及时加入煤粉,便会使炉膛长时间的保持很高的温度,使灰分有机会软化液化,给结焦创造了条件。

3.炉膛内温度的影响

炉膛燃烧器区域中的温度越高,灰分就越容易达到软化状态,或者达到熔融状态。这就给结焦制造了源头。形成结焦的可能性也就越大。燃烧区域内的温度越高,煤粉中容易挥发的那部分物质的气化也就越强烈。为结焦由创造了条件。

4.风煤配比的影响

风机对结焦的影响主要是引送、一次风机,锅炉的引风机是用来进将炉膛中燃料燃烧所产生的烟气吸出并送入烟道。由于引风机所吸出运送的烟气是高温的,并带有大量的灰分和杂质。所以如果引风机的风力不足时,就会有烟气中的灰分没有被吸出,便会被高温成软态进而成为液态,这样就给结焦又创造了条件。

5.空气动力场特性的影响

在锅炉的炉膛内。如果火嘴安装的角度不正确,和配风配的就会不合理。这样就会导致炉内的空气动力工况呈不良状态。这样就会造成燃烧的切圆过大,使燃烧中心偏离。高温的烟气便会冲刷水冷壁面。烟气中的熔渣在未得到凝固前就接触水冷壁,瞬时硬化面而形成结焦。

6.煤粉浓度与细度的影响

喷煤的煤粉质量也会导致结焦的产生。

7.热负荷的影响

炉膛容积的热负荷、炉膛断面的热负荷、燃烧器区域的热负荷、炉膛的几何尺寸都对锅炉结焦有影响。

8.吹灰器的影响

锅炉的吹灰器长期不投入使用。受热面上的积灰会逐渐增多,也会被高温缺氧而软态和液态,从而导致结焦。

9.结焦与灰熔点有关

结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上。可见,灰的熔点是结焦的关键。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,灰的熔点与灰的化学成分、灰周围的介质性质及灰分浓度有关。灰的化学成分以及各成分含量比例决定灰熔点的高低。灰熔点比其混合物中最低熔点还要低。灰熔点越低,锅炉受热面越容易结焦。灰熔点与灰周围的介质性质有关。当烟气中有CO、H2等还原性气体存在时,灰熔点降低大约200℃。这是因为还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO的缘故,二者熔化温度相差200~300℃。灰熔点还与烟气中灰的浓度有关。在其他条件相同的情况下,煤中含灰量不同,灰熔点也会发生变化。这是因为灰分中各成分在加热过程中,相互接触越频繁,则产生化合、分解、助熔的机会也越多,则熔点降低的可能性也越大。



锅炉结焦的危害

结焦对锅炉汽水系统的影响是什么?

①结焦会引起蒸汽温度偏高:在炉膛大面积结焦时会使炉膛吸热大大减少,炉膛出口烟温过高,使过热器传热强化,造成过热蒸汽温度偏高,导致过热器管超温。

②破坏水循环:炉膛局部结焦以后,使结焦部分水冷壁吸热量减少,循环流速下降,严重时会使循环停滞而造成水冷壁管爆破事故。

③降低锅炉出力:水冷壁结渣后,会使蒸发量下降,成为限制出力的因素。

锅炉热效率下降:受热面结焦后,使传热恶化排烟温度升高,锅炉热效率下降;燃烧器出口结焦,造成气流偏斜,燃烧恶化,有可能烧坏燃烧器;使锅炉通风阻力增大。

影响锅炉出力:水冷壁结焦后,会使蒸发量下降;炉膛出口烟温升高,蒸汽出口温度升高,管壁温度升高,以及通风阻力的增大,有可能成为限制出力的因素。

影响锅炉运行的安全性:结渣后过热器处烟温及汽温均升高,严重时会引起管壁超温;结焦通常是不均匀的,结果会使过热器热偏差增大,对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏差带来不利影响;炉膛上部结焦块掉落时,可能砸坏冷灰斗水冷壁管,造成炉膛灭火或堵塞排渣口,并且结焦容易形成大量大块焦块,大块焦渣掉落在冷渣斗内堆积不能及时运走使锅炉被迫停运。

结焦会大大缩短锅炉及其设备的使用寿命。排烟的损失增大,锅炉热效率的降低。引风机消耗的电量增加。


预防锅炉结焦

锅炉结渣原因是多方面的,防止或解决锅炉结焦问题首先应找出结焦的原因,从多方面入手,加以解决。防止和减少锅炉结焦的具体措施如下:

要有合适的煤粉细度。煤粉粗,火炬拖长,粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。

适当提高一次风速可以减轻燃烧器附近的结渣。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,可以避免喷口附加结渣。

良好的炉内空气动力场是防止结焦的前提。

四角煤粉浓度及各燃烧器配风应尽量均匀:煤粉喷口煤粉量分配不均匀的状况必然造成炉膛局部缺氧和负荷分配不均匀,在燃烧空气不足的情况下,炉膛结焦状况恶化。

防止锅炉结焦最基本的原则就是消除产生结焦的条件和环境。



循环流化床锅炉结焦的原因分析

结焦的直接原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度。当床层整体温度低于灰渣变形温度,由于局部超温而引起的结焦称为低温结焦。低温结焦常在启动和压火时的床层中出现,也可能出现在高温旋风分离器的灰斗内,以及外置换热器和返料机构内。避免低温结焦,最好的办法是保证床料良好的流化状态和正常移动状态,使温度均匀,防止局部超温。锅炉在压火期间,床料处于静止状态,如果漏入小风,热的床料中的可燃物获得氧气,便会产生燃烧。由于燃烧产生的热量不能及时带走,使局部区域床料超温而结焦。

高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。当床料中含碳量过高,如不及时调整风量或返料量来控制床温,床温将急剧上升,超过灰熔点,便会产生高温结焦。

渐进性结焦是运行中较难察觉的一种结焦形式。它是缓慢生长的,此时床温和观察到的流化质量都比较正常。产生渐进性结焦的主要原因是布风系统设计和安装质量不好,给煤颗粒度超出设计值,运行参数控制不当,风帽错装或堵塞等等。


循环流化床锅炉结焦的预防措施

循环流化床锅炉结焦一旦产生,便会迅速增长,焦块长大速度越来越快,因此预防结焦和及早发现结焦并予以清除是运行人员必须掌握的原则。

1.保证良好的流化工况,防止床料沉积

保证燃料制备系统正常工作,给煤粒度符合设计要求。

严格控制料层差压,均匀排渣。采用人工放渣要及时,做到少放勤放,排出的炉渣有渣块应汇报司炉,排渣结束后排渣门要关闭严密。

认真监测床底部和床中部温差,如果温差超出正常范围,说明流化不正常,下部有沉积或结渣,此时,可短时开大一次风,吹散焦块,并打开冷渣管排渣;如不能清除,应立即停炉检修。

低负荷运行时,如发现床温突然下降,除了断煤外,很可能是床料沉积,这时若增大给煤量,反而会加剧沉积,使沸腾床的流化质量变差,造成局部结焦。当判明是床料沉积时,应打开冷渣排放管放渣,待床温正常后,应适当调节至较高负荷下运行。

2.点火过程中严格控制进煤量

点火过程中,一般床温达到500℃以上可加入少量的煤以提高床温。如果加煤量过多,由于煤粒燃烧不完全,整个床料含碳量增大,这时一经加大风量,就会猛烈燃烧,床温上升很快,甚至超过灰的软化温度,结果造成整床超温结焦。当床温超过1050℃,虽经减煤加风措施,床温仍然上升,此时必须立即停炉压火,一般待床温低于800℃再启动。

3.变负荷运行严格控制床温

变负荷运行时,严格控制床温在允许范围内,做到升负荷先加风后加煤,降负荷先减煤后减风,燃烧调节要做到“少量多次”的调节方法,避免床温大起大落。

4.压火时正确操作

压火时先停给煤,再运行几分钟后停风机,压火期间,一定要紧闭各炉门、所有进风门及排渣门。

5.认真调整一二次风

对于高温分离器,保证任何时候含氧量不低于3%~5%,以降低飞灰可燃物含量,可防止分离器和返料机构内发生二次燃烧而超温。运行中要定期察看返料的情况,监视返料器床层的温度是否正常。若超出正常值很多,可能是发生了二次燃烧。此时应加大返料风量,打开返料床排灰阀放灰。若温度低于正常值很多,说明返料器发生了堵塞,此时应打开排灰阀放灰,同时加大返料风量。若仍不能消除故障,则必须压火检修。

6.锅炉启动期间,返料装置应充满灰

锅炉启动期间,返料装置必须充满灰后方可投入,否则风会反窜。点火初期先不投返料风,待底料中的细灰充满返料装置后则应开返料风(一般是点火后半小时),保证床内有料,否则,床温将难以控制。

7.安装炉膛差灰装置和返料增压风机

为监视返料机构是否正常工作,避免结焦或堵塞,可安装炉膛差压装置和返料增压风机。炉膛差压指燃烧室上界面与炉膛出口之间的压力差,是监视返料器是否正常工作的一个参数。一般炉膛差压控制在0.5 kPa以上。运行中若炉膛差压突然降低,则表明物料循环中止,返料器发生了堵塞。运行中只要认真监视炉膛差压,返料机构结焦是可以预防的。

为提高返料风压头,保证返料床层良好的流化和移动状态,在一次风压不能满足返料要求时,安装返料风增压风机对预防返料器结焦是非常有意义的。

8.改变燃煤的焦结特性

做好入炉煤的搭配,改变燃煤的焦结特性,对预防循环流化床锅炉结焦具有明显的实用意义。

9.启运前准备充分

在每次锅炉启动前,应认真检查风帽、风室,清理杂物,启动时,应进行冷态流化试验,确认床层布风均匀,流化良好。

在流化床锅炉运行中,良好的流化质量是防止结焦的关键,同时运行中尚应认真调整好煤量、风量,严格控制床温及料层差压等运行参数。


产生结焦该如何处理呢?

首先是改变焦渣特性,让焦块变得疏松,让焦渣呈粉末状,这样就避免了大块掉落造成的危害。其次是根据煤种的变化增加吹灰次数及时快速清除锅炉的各受热面上的焦渣,防止因管壁结焦所造成的爆管。再次是停炉,人工除焦。

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结束语

锅炉结焦是一个受多种因素影响的现象,它会给锅炉的安全连续生产带来严重的影响,也是许多人研究的课题,只要我们用心的研究,排除结焦形成的主要因素,就会大大的降低结焦的形成,从而保证锅炉生产的安全性、稳定性、经济性、连续性。


转载来源:锅炉圈,热电论坛