超超臨界1000MW機組鍋爐結(jié)焦原因和有效措施分析

楊文軍

（甘肅電投常樂發(fā)電有限責任公司，甘肅 酒泉 736100）

0 引言

鍋爐燃燒用煤的品種選擇由于受到計劃電和市場煤的影響，存在著一定的難度，在燃燒期間，不可避免地會出現(xiàn)鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。鍋爐結(jié)焦的實質(zhì)，就是鍋爐在燃燒完煤炭等可燃性資源以后形成焦滓，這種現(xiàn)象可以理解為在高溫作用下，灰渣會粘結(jié)在鍋爐的爐壁、爐排以及受熱面等多個位置。鍋爐在運行期間，因為受到人為運行調(diào)整等軟件因素和運行系統(tǒng)、運行設(shè)備等硬件因素的多重影響，必然會存在鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象，這是不可避免的客觀存在。一方面，這是由于鍋爐燃燒時發(fā)生的結(jié)焦現(xiàn)象自然規(guī)律所決定的[1]。另一方面，這是由于煤炭等原料燃燒的情況所決定的。在鍋爐減負荷期間，經(jīng)常性地出現(xiàn)鍋爐內(nèi)部掉落大焦塊問題，導致多處位置發(fā)生漏水故障。由于受到大焦沖擊等外力因素影響，導致鍋爐底部位置水封受到破壞。解決鍋爐結(jié)焦和積渣等問題，已然成為管理人員工作的重要內(nèi)容。

1 鍋爐結(jié)焦的現(xiàn)象與影響

1.1 爐內(nèi)結(jié)焦影響出口NOx

燃燒煤炭資源，其所生成的主要氮氧化物質(zhì)是二氧化氮和一氧化氮，這兩種物質(zhì)被統(tǒng)稱為NOx，除此之外，還有少量的氧化二氮生成。NOx生成機理與二氧化硫生成的機理有著明顯不同，當煤炭發(fā)生燃燒的時候，煤炭燃燒的方式與氮氧化物的生成量和排放量有著密切聯(lián)系?？傮w而言，爐內(nèi)發(fā)生結(jié)焦的物質(zhì)，揮發(fā)能力下降并且難以燃燒，所以在燃燒期間所需要的溫度要比普通的燃料高出很多[2]。此外，由于爐內(nèi)結(jié)焦的燃料燃燒需要使用過高的氧氣，部分結(jié)焦又附著在管壁上，造成吸熱受阻，爐內(nèi)溫度增加，過量的氧氣輸入和較高的燃燒溫度，都無形之中增加了NOx的生成量。

1.2 影響設(shè)備質(zhì)量

鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，將會威脅到鍋爐的運行安全性和質(zhì)量。當鍋爐內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，將會提升鍋爐內(nèi)部過熱汽溫，出現(xiàn)屏過、末過壁溫超溫，嚴重時會導致鍋爐受熱面受到高溫影響而發(fā)生爆破。結(jié)焦現(xiàn)象會造成鍋爐運行期間，出力水平下降，情節(jié)嚴重會引發(fā)鍋爐被迫停止運行。鍋爐內(nèi)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，勢必會縮短鍋爐使用壽命，增加排煙熱損失、風煙系統(tǒng)助力，降低鍋爐運行效率，增加企業(yè)經(jīng)濟投入。鍋爐內(nèi)部結(jié)焦不均勻時，直接導致出口汽溫偏差，對于大型機組常采用的雙管制將直接使汽輪機入口汽溫熱偏差增大，導致汽輪機壽命下降，而直流鍋爐內(nèi)部水冷壁熱偏差還會受到水冷壁結(jié)焦影響而出現(xiàn)各種問題。

1.3 影響鍋爐生產(chǎn)能力

當鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)焦等問題時，若不經(jīng)常性地做出處理，將會使其聚結(jié)成大塊焦，情節(jié)嚴重時，將會造成渣溝發(fā)生堵塞，使撈渣機不能正常運行，不得不降低負荷運行。大塊焦受到重力影響后掉落，會導致冷灰斗水冷壁破壞，負荷降低將會因為大塊焦掉落而發(fā)生不穩(wěn)定燃燒，甚至造成熄火現(xiàn)象。掉落的大焦塊能夠在最短時間內(nèi)破壞爐底水封，使得鍋爐底部位置有大量的冷風灌入?；鹧娴闹行奈恢冒l(fā)生上移，受熱面壁溫、火焰中心、排煙溫度等都會發(fā)生變動，甚至嚴重惡化燃燒器區(qū)域的煤粉火焰燃燒情況，引起鍋爐滅火問題。

2 鍋爐結(jié)焦原因

2.1 燃料性質(zhì)變化原因

鍋爐燃燒使用的燃料，經(jīng)常性選擇混合煤，不同煤炭資源燃燒性質(zhì)有所不同，其結(jié)焦傾向也各不相同。選擇燃料時，未合理評定燃料燃燒性質(zhì)，對結(jié)焦傾向、灰沾污能力、著火穩(wěn)定性等檢驗不完整，甚至沒有做出科學化檢驗。如遇煤炭資源的固定含碳量減少，并且其低熱值相比較于試運期間低出約500kJ/kg，甚至更多，而揮發(fā)分又較標準煤高出不少，那么在燃燒的時候，由于煤質(zhì)的變化，可磨系數(shù)的變化，配風又未能合理地變化，煤炭燃燒的火焰中心將會發(fā)生偏移現(xiàn)象，普遍出現(xiàn)著火提前及燃盡推遲，火焰中心朝向爐膛的上方移動，尤其在高負荷，此時鍋爐內(nèi)部的溫度值也相對較高，更加劇了結(jié)焦的可能性。

2.2 鍋爐設(shè)計參數(shù)原因

在設(shè)計鍋爐機組時首先要全面考慮煤炭的種類選擇，并且對煤炭種類的結(jié)焦傾向做出科學化校對，其次應該以煙煤鍋爐低限對斷面熱負荷、容積熱負荷和燃燒器區(qū)域壁面熱負荷做出合理化設(shè)計，由此以有效保證鍋爐內(nèi)部結(jié)焦現(xiàn)象緩解。須充分注意的問題是，在設(shè)計分割屏過熱器入口處的煙溫時（針對本廠鍋爐），溫度值應該維系在1282℃，但設(shè)計煤種軟化溫度為1110℃，校核煤種軟化溫度為1170℃，顯然，分割屏過熱器入口位置的煙溫比軟化溫度要高出很多，這種現(xiàn)象的存在，勢必將會導致分割屏過熱器下部分位置發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象[3]。

2.3 負荷升速率過快原因

分析對比鍋爐內(nèi)部掉落的大塊結(jié)焦物質(zhì)前期階段的運行參數(shù)值，一般情況下，結(jié)焦物質(zhì)的發(fā)生時間段固定在白天升負荷時和高負荷后的運行階段，此時鍋爐內(nèi)部的溫度較高，并且在此之前，負荷升速率大約在每分鐘10MW左右。升負荷速度較快，將會造成爐內(nèi)燃燒劇烈，伴隨著磨煤機出力增加，煤粉細度難以保證，加劇了燃燒的推遲，分隔屏出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，這將會在最短時間內(nèi)大量結(jié)焦，繼而出現(xiàn)爐膛出口溫度升高過多結(jié)焦更為惡劣的惡性循環(huán)。

3 鍋爐結(jié)焦應對措施

3.1 建立鍋爐輔機聯(lián)鎖保護系統(tǒng)

（1）風煙系統(tǒng)。鍋爐在運行期間的氧量，主要是還原性氣氛或者是氧化氣氛，其對于鍋爐結(jié)焦有著很大的影響。若是在鍋爐運行期間，其氧量比較低，那么將會增加爐內(nèi)的還原性氣氛，造成煤炭的灰熔點降低，致使鍋爐發(fā)生結(jié)焦問題。含鐵量與灰熔點之間呈現(xiàn)出反比關(guān)系，若是鐵量增加，灰熔點將會下降，若是不能對鐵量做好嚴格控制，還將會對鍋爐內(nèi)部的氣體性質(zhì)產(chǎn)生不良影響。在鍋爐內(nèi)部的氧化性氣氛當中，鐵物質(zhì)基本上以三氧化二鐵的方式存在，若是在鍋爐內(nèi)部的氧氣含量不足，將會影響還原性氣氛，使得三氧化二鐵發(fā)生還原反應，形成一氧化鐵，灰熔點也會隨之在最短時間內(nèi)下降。一氧化鐵與灰焦之中的氧化硅比較容易發(fā)生反應，由此形成低熔點的共晶體，此時的灰熔點將會到達165℃。如遇燃燒期間使用的煤炭質(zhì)量出現(xiàn)變動，運行人員將不能以實際情況作為依據(jù)進行調(diào)整，導致鍋爐在燃燒期間，其所選擇的配風方式難以達到最優(yōu)狀態(tài)。特別是當上層噴嘴位置的煤粉顆粒在燃燒的時候沒有徹底燃燒干凈，將會造成顆粒比較大的煤粉在爐膛的出口沒有燃燒殆盡，造成出口的煙溫升高，使得結(jié)焦情況嚴重，所以在運行期間，需要合理地運用風煙系統(tǒng)，增加鍋爐在運行期間的內(nèi)部氧氣含量，避免在鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)還原性氣氛。

（2）吹灰系統(tǒng)。吹灰系統(tǒng)的主要作用是對鍋爐內(nèi)的灰塵進行吹掃，并且完成除渣工作。在運行吹灰系統(tǒng)時，要根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)的結(jié)焦嚴重度作出綜合性判斷，強化吹灰的次數(shù)，保證最大限度地將結(jié)焦物質(zhì)清理干凈。在鍋爐中的主要結(jié)焦位置集中在燃燒器側(cè)水冷壁和爐膛出口，若不及時清理，將會導致結(jié)焦聚集板結(jié)嚴重，直接影響爐內(nèi)換熱，使溫度進一步升高，結(jié)焦可能性進一步增加的惡性循環(huán)。所以要在運行期間，利用吹灰系統(tǒng)降低結(jié)焦可能性。

3.2 合理化調(diào)試和調(diào)整

在對鍋爐運行參數(shù)作出調(diào)試時，需要對空氣動力場做好組織，對鍋爐設(shè)備的制造和安裝展開驗證，保證其能夠符合設(shè)計要求。對鍋爐內(nèi)部的空氣動力場作出合理和良好的組織，避免鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。若是爐渣在對鍋爐的爐壁產(chǎn)生碰撞時，倘若是仍舊處于熔化狀態(tài)或者軟化狀態(tài)，那么將會在爐壁上發(fā)生粘附，形成結(jié)焦，所以在燃燒期間，要確保燃燒的中心位置適中，不能造成火焰的中心位置出現(xiàn)貼邊或者偏斜現(xiàn)象。在運行調(diào)整中盡量要保持燃燒器擺動角度處于水平位置，燃燒器的角度直接影響切圓的大小，擺動過度將破壞切圓完整，出現(xiàn)沖刷壁面，結(jié)焦更為容易。

良好地混合燃料和空氣，避免在水冷壁位置的周圍出現(xiàn)還原性氣氛，更是要采取合理的措施避免局部位置出現(xiàn)嚴重的結(jié)焦和積灰現(xiàn)象。若是設(shè)計完成的風量、風速以及風位置不能達到設(shè)計標準，即使在鍋爐內(nèi)部的總空氣具有比較大的量，但是在局部位置仍舊會出現(xiàn)還原性氣氛，主要是因為氧量沒有得到充分揮發(fā)或者是焦炭熾熱。若是煤粉爐當中的氧氣含量不超過3%時，將會因為局部氧氣含量過低而造成一氧化碳含量迅速增加。空氣過量系數(shù)加大，使得配風的均勻性增加，避免在局部位置出現(xiàn)過高的熱負荷，以避免在局部位置出現(xiàn)還原性氣氛。通過對四角風分配的均勻性作出調(diào)整，能夠避免在運行期間出現(xiàn)一次風氣流對壁面造成直接沖刷的現(xiàn)象，在必要的情況下，還應在對投運后的鍋爐根據(jù)燃料種類變化進行一次風速的再次調(diào)平，以減少因未選用試驗燃料而造成的實際風速偏離設(shè)計值太多，切圓不完整且貼壁運行。

3.3 機組運行與停運保養(yǎng)

運行人員需要經(jīng)常性地對鍋爐展開檢查，了解鍋爐內(nèi)部結(jié)焦情況，倘若鍋爐內(nèi)部結(jié)焦現(xiàn)象過于嚴重，要及時上報給相應的管理人員。定期組織工作人員分析鍋爐運行情況，對鍋爐運行的幾個重要系統(tǒng)展開全面且系統(tǒng)性調(diào)查，重點分析容易出現(xiàn)結(jié)焦問題的部位。掌握爐膛出口位置的溫度變化規(guī)律，并且還需要對再熱器管壁溫度變化情況和過熱器管壁溫度變化情況做出詳細分析，明確鍋爐爐膛內(nèi)部的氧氣含量[5]。當鍋爐處于正常的額定運行工況時，倘若是出現(xiàn)了減溫水量變化異常、過熱器和再熱器管壁溫度異常超溫等問題，要合理地降低負荷，并吹灰。需注意的是管理人員在組織對鍋爐底部蓬焦進行清除時，往往會因底部多處開孔而漏入大量空氣，破壞爐內(nèi)燃燒工況，加劇結(jié)焦的惡性循環(huán)。

4 結(jié)語

鍋爐結(jié)焦問題，是導致鍋爐運行效率下降的重要因素，這就要求相關(guān)管理者對鍋爐結(jié)焦故障有系統(tǒng)且全面的認識。造成鍋爐結(jié)焦問題的原因，主要是分隔屏過熱器結(jié)焦，煤炭種類不同，其性質(zhì)表現(xiàn)在受到溫度和氧氣的影響而出現(xiàn)差異。就已經(jīng)投入使用的鍋爐而言，需要強化設(shè)備管理，優(yōu)化調(diào)整其運行能力，定時吹灰處理，可減輕鍋爐結(jié)焦問題。本文從風煙系統(tǒng)優(yōu)化、調(diào)試與調(diào)整各參數(shù)以及機組運行和停機保養(yǎng)等三個角度分析環(huán)節(jié)鍋爐結(jié)焦故障的措施，旨在為優(yōu)化鍋爐運行效率提供借鑒。