楊文軍

（甘肅電投常樂(lè)發(fā)電有限責(zé)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(jì)劃電和市場(chǎng)煤的影響，存在著一定的難度，在燃燒期間，不可避免地會(huì)出現(xiàn)鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象。鍋爐結(jié)焦的實(shí)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(huì)粘結(jié)在鍋爐的爐壁、爐排以及受熱面等多個(gè)位置。鍋爐在運(yùn)行期間，因?yàn)槭艿饺藶檫\(yùn)行調(diào)整等軟件因素和運(yùn)行系統(tǒng)、運(yùn)行設(shè)備等硬件因素的多重影響，必然會(huì)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(shí)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(fù)荷期間，經(jīng)常性地出現(xiàn)鍋爐內(nèi)部掉落大焦塊問(wèn)題，導(dǎo)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(dǎo)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(wèn)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(jī)理與二氧化硫生成的機(jī)理有著明顯不同，當(dāng)煤炭發(fā)生燃燒的時(shí)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。總體而言，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(guò)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(guò)量的氧氣輸入和較高的燃燒溫度，都無(wú)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(huì)威脅到鍋爐的運(yùn)行安全性和質(zhì)量。當(dāng)鍋爐內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，將會(huì)提升鍋爐內(nèi)部過(guò)熱汽溫，出現(xiàn)屏過(guò)、末過(guò)壁溫超溫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)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(huì)造成鍋爐運(yùn)行期間，出力水平下降，情節(jié)嚴(yán)重會(huì)引發(fā)鍋爐被迫停止運(yùn)行。鍋爐內(nèi)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，勢(shì)必會(huì)縮短鍋爐使用壽命，增加排煙熱損失、風(fēng)煙系統(tǒng)助力，降低鍋爐運(yùn)行效率，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)投入。鍋爐內(nèi)部結(jié)焦不均勻時(shí)，直接導(dǎo)致出口汽溫偏差，對(duì)于大型機(jī)組常采用的雙管制將直接使汽輪機(jī)入口汽溫?zé)崞钤龃?，?dǎo)致汽輪機(jī)壽命下降，而直流鍋爐內(nèi)部水冷壁熱偏差還會(huì)受到水冷壁結(jié)焦影響而出現(xiàn)各種問(wèn)題。

1.3 影響鍋爐生產(chǎn)能力

當(dāng)鍋爐內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)焦等問(wèn)題時(shí)，若不經(jīng)常性地做出處理，將會(huì)使其聚結(jié)成大塊焦，情節(jié)嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)造成渣溝發(fā)生堵塞，使撈渣機(jī)不能正常運(yùn)行，不得不降低負(fù)荷運(yùn)行。大塊焦受到重力影響后掉落，會(huì)導(dǎo)致冷灰斗水冷壁破壞，負(fù)荷降低將會(huì)因?yàn)榇髩K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(shí)間內(nèi)破壞爐底水封，使得鍋爐底部位置有大量的冷風(fēng)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(huì)發(fā)生變動(dòng)，甚至嚴(yán)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(wèn)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(shí)，未合理評(píng)定燃料燃燒性質(zhì)，對(duì)結(jié)焦傾向、灰沾污能力、著火穩(wěn)定性等檢驗(yàn)不完整，甚至沒(méi)有做出科學(xué)化檢驗(yàn)。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(yùn)期間低出約500kJ/kg，甚至更多，而揮發(fā)分又較標(biāo)準(zhǔn)煤高出不少，那么在燃燒的時(shí)候，由于煤質(zhì)的變化，可磨系數(shù)的變化，配風(fēng)又未能合理地變化，煤炭燃燒的火焰中心將會(huì)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(dòng)，尤其在高負(fù)荷，此時(shí)鍋爐內(nèi)部的溫度值也相對(duì)較高，更加劇了結(jié)焦的可能性。

2.2 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)原因

在設(shè)計(jì)鍋爐機(jī)組時(shí)首先要全面考慮煤炭的種類選擇，并且對(duì)煤炭種類的結(jié)焦傾向做出科學(xué)化校對(duì)，其次應(yīng)該以煙煤鍋爐低限對(duì)斷面熱負(fù)荷、容積熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷做出合理化設(shè)計(jì)，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(wèn)題是，在設(shè)計(jì)分割屏過(guò)熱器入口處的煙溫時(shí)（針對(duì)本廠鍋爐），溫度值應(yīng)該維系在1282℃，但設(shè)計(jì)煤種軟化溫度為1110℃，校核煤種軟化溫度為1170℃，顯然，分割屏過(guò)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(shì)必將會(huì)導(dǎo)致分割屏過(guò)熱器下部分位置發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象[3]。

2.3 負(fù)荷升速率過(guò)快原因

分析對(duì)比鍋爐內(nèi)部掉落的大塊結(jié)焦物質(zhì)前期階段的運(yùn)行參數(shù)值，一般情況下，結(jié)焦物質(zhì)的發(fā)生時(shí)間段固定在白天升負(fù)荷時(shí)和高負(fù)荷后的運(yùn)行階段，此時(shí)鍋爐內(nèi)部的溫度較高，并且在此之前，負(fù)荷升速率大約在每分鐘10MW左右。升負(fù)荷速度較快，將會(huì)造成爐內(nèi)燃燒劇烈，伴隨著磨煤機(jī)出力增加，煤粉細(xì)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(huì)在最短時(shí)間內(nèi)大量結(jié)焦，繼而出現(xiàn)爐膛出口溫度升高過(guò)多結(jié)焦更為惡劣的惡性循環(huán)。

3 鍋爐結(jié)焦應(yīng)對(duì)措施

3.1 建立鍋爐輔機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

（1）風(fēng)煙系統(tǒng)。鍋爐在運(yùn)行期間的氧量，主要是還原性氣氛或者是氧化氣氛，其對(duì)于鍋爐結(jié)焦有著很大的影響。若是在鍋爐運(yùn)行期間，其氧量比較低，那么將會(huì)增加爐內(nèi)的還原性氣氛，造成煤炭的灰熔點(diǎn)降低，致使鍋爐發(fā)生結(jié)焦問(wèn)題。含鐵量與灰熔點(diǎn)之間呈現(xiàn)出反比關(guān)系，若是鐵量增加，灰熔點(diǎn)將會(huì)下降，若是不能對(duì)鐵量做好嚴(yán)格控制，還將會(huì)對(duì)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(dāng)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(huì)影響還原性氣氛，使得三氧化二鐵發(fā)生還原反應(yīng)，形成一氧化鐵，灰熔點(diǎn)也會(huì)隨之在最短時(shí)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(yīng)，由此形成低熔點(diǎn)的共晶體，此時(shí)的灰熔點(diǎn)將會(huì)到達(dá)165℃。如遇燃燒期間使用的煤炭質(zhì)量出現(xiàn)變動(dòng)，運(yùn)行人員將不能以實(shí)際情況作為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致鍋爐在燃燒期間，其所選擇的配風(fēng)方式難以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。特別是當(dāng)上層噴嘴位置的煤粉顆粒在燃燒的時(shí)候沒(méi)有徹底燃燒干凈，將會(huì)造成顆粒比較大的煤粉在爐膛的出口沒(méi)有燃燒殆盡，造成出口的煙溫升高，使得結(jié)焦情況嚴(yán)重，所以在運(yùn)行期間，需要合理地運(yùn)用風(fēng)煙系統(tǒng)，增加鍋爐在運(yùn)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(duì)鍋爐內(nèi)的灰塵進(jìn)行吹掃，并且完成除渣工作。在運(yùn)行吹灰系統(tǒng)時(shí)，要根據(jù)區(qū)域范圍內(nèi)的結(jié)焦嚴(yán)重度作出綜合性判斷，強(qiáng)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(shí)清理，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦聚集板結(jié)嚴(yán)重，直接影響爐內(nèi)換熱，使溫度進(jìn)一步升高，結(jié)焦可能性進(jìn)一步增加的惡性循環(huán)。所以要在運(yùn)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(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)作出調(diào)試時(shí)，需要對(duì)空氣動(dòng)力場(chǎng)做好組織，對(duì)鍋爐設(shè)備的制造和安裝展開(kāi)驗(yàn)證，保證其能夠符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)鍋爐內(nèi)部的空氣動(dòng)力場(chǎng)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(duì)鍋爐的爐壁產(chǎn)生碰撞時(shí)，倘若是仍舊處于熔化狀態(tài)或者軟化狀態(tài)，那么將會(huì)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(yùn)行調(diào)整中盡量要保持燃燒器擺動(dòng)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(dòng)過(guò)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(yán)重的結(jié)焦和積灰現(xiàn)象。若是設(shè)計(jì)完成的風(fēng)量、風(fēng)速以及風(fēng)位置不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)出現(xiàn)還原性氣氛，主要是因?yàn)檠趿繘](méi)有得到充分揮發(fā)或者是焦炭熾熱。若是煤粉爐當(dāng)中的氧氣含量不超過(guò)3%時(shí)，將會(huì)因?yàn)榫植垦鯕夂窟^(guò)低而造成一氧化碳含量迅速增加。空氣過(guò)量系數(shù)加大，使得配風(fēng)的均勻性增加，避免在局部位置出現(xiàn)過(guò)高的熱負(fù)荷，以避免在局部位置出現(xiàn)還原性氣氛。通過(guò)對(duì)四角風(fēng)分配的均勻性作出調(diào)整，能夠避免在運(yùn)行期間出現(xiàn)一次風(fēng)氣流對(duì)壁面造成直接沖刷的現(xiàn)象，在必要的情況下，還應(yīng)在對(duì)投運(yùn)后的鍋爐根據(jù)燃料種類變化進(jìn)行一次風(fēng)速的再次調(diào)平，以減少因未選用試驗(yàn)燃料而造成的實(shí)際風(fēng)速偏離設(shè)計(jì)值太多，切圓不完整且貼壁運(yùn)行。

3.3 機(jī)組運(yùn)行與停運(yùn)保養(yǎng)

運(yùn)行人員需要經(jīng)常性地對(duì)鍋爐展開(kāi)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(guò)于嚴(yán)重，要及時(shí)上報(bào)給相應(yīng)的管理人員。定期組織工作人員分析鍋爐運(yùn)行情況，對(duì)鍋爐運(yùn)行的幾個(gè)重要系統(tǒng)展開(kāi)全面且系統(tǒng)性調(diào)查，重點(diǎn)分析容易出現(xiàn)結(jié)焦問(wèn)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(duì)再熱器管壁溫度變化情況和過(guò)熱器管壁溫度變化情況做出詳細(xì)分析，明確鍋爐爐膛內(nèi)部的氧氣含量[5]。當(dāng)鍋爐處于正常的額定運(yùn)行工況時(shí)，倘若是出現(xiàn)了減溫水量變化異常、過(guò)熱器和再熱器管壁溫度異常超溫等問(wèn)題，要合理地降低負(fù)荷，并吹灰。需注意的是管理人員在組織對(duì)鍋爐底部蓬焦進(jìn)行清除時(shí)，往往會(huì)因底部多處開(kāi)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(yǔ)

鍋爐結(jié)焦問(wèn)題，是導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行效率下降的重要因素，這就要求相關(guān)管理者對(duì)鍋爐結(jié)焦故障有系統(tǒng)且全面的認(rèn)識(shí)。造成鍋爐結(jié)焦問(wèn)題的原因，主要是分隔屏過(guò)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(qiáng)化設(shè)備管理，優(yōu)化調(diào)整其運(yùn)行能力，定時(shí)吹灰處理，可減輕鍋爐結(jié)焦問(wèn)題。本文從風(fēng)煙系統(tǒng)優(yōu)化、調(diào)試與調(diào)整各參數(shù)以及機(jī)組運(yùn)行和停機(jī)保養(yǎng)等三個(gè)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(yùn)行效率提供借鑒。