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【摘要】针对锅炉结焦、积灰的机理，浅析玉门油田水电厂锅炉结焦的原因及如何预防
【关键词】火电厂 锅炉 结焦 预防
1 引言
火电站主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时会以各种形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结渣和积灰。锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力，使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性，还可能造成烟气通道的堵塞，影响了锅炉的安全运行，严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。2012年二季度我厂就发生过这类事故，#1炉在运行的过程中由于过热器部位结焦、积灰严重形成烟气走廊，至使部分过热器管束冲刷、损坏严重，其他锅炉也不同程度出现过热器积灰严重的现象，严重影响了锅炉的安全、经济、平稳运行。
2 锅炉结焦机理
当燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，煤粉燃烧后形成的灰分一半处于熔化或半熔化状态。正常情况下，由于水冷壁温度相对较低，灰渣粒在接近水冷壁管之前，以辐射换热的形式释放热量，其自身温度迅速降低而凝固，最终可能在水冷壁管上形成一层疏松的积灰，在锅炉运行中积灰层自行脱落或通过吹灰器吹落，积灰层不至于发展为焦块。 若灰渣粒在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受热面或炉墙上，从而产生结焦。焦层的热阻使得传热恶化，焦层表面因得不到充分冷却而温度很高，再加上焦层表面粗糙，炉内灰渣粒更容易粘附上去，加速结焦过程的发展，从而形成更大的焦快。
3 结焦原因分析
3.1 煤质特性对结焦的影响
煤种不同，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。其大致规律是：煤灰中高熔点的成分越多，灰的熔点越高，不易结焦。相反，低熔点的成分会降低灰的熔点，容易结焦。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，这些都与燃料的性质有关。在煤灰组成中有些是易熔的化合物，主要是碱金属的化合物，它们的熔点都在1000℃以下。灰中的难熔成分主要是酸性氧化物，熔点在1600℃—2000℃之间。所以，灰成分中Na2O、K2O 等碱金属化合物的含量高时，灰熔点低，就容易结焦；而SiO2、Al2O3 等酸性氧化物含量高的灰分溶点高，不容易结焦。另外，氧化铁（Fe2O3）的熔点很高，但是氧化亚铁（FeO）的熔点只有1000℃。有些金属氧化物，如CaO、Mg0，其本身熔点很高，约2600℃—2800℃。但在高温作用下，往往会与其它成分（如SiO2、Al2O3、FeO）结合成低熔点共晶体，熔点在1000℃—1200℃。
我厂自2012年三月份开始煤质发生了较大的变化，下面是对我厂六期#1、#2号锅炉设计煤种和入炉各煤种灰特性参数的对比分析（见表1）：
从表1的灰特性数据可以看出淖毛湖煤中Na含量超标严重，混煤1、混煤2中的Na、K也远远超出了设计煤种。在燃烧过程中发现当混煤中淖毛湖煤比例较高时，灰熔点明显降低，结焦也特别严重。
3.2 瓦斯气硫含量超标对结焦的影响
玉门油田水电厂自2011年开始进行瓦斯气掺烧改造，到2011年底#1、#2爐瓦斯气全部投运。投运初期瓦斯气中硫含量较为稳定，但是到2012年2月份开始瓦斯气成份变化较大，由于硫化氢含量的增加，致使烟气中的二氧化硫含量成倍增加。
当烟气中的硫含量增加时，容易产生粘结性积灰。粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒，并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。当锅炉的燃烧不正常时，烟气中带有大量的碳粒子，这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亚硫酸（H2SO3）。亚硫酸是很强的还原剂，会再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也会直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很强的粘性，它沉积在受热面上不仅很牢固，而且硫酸有很强的腐蚀性，它与受热面作用生成硫酸亚铁（FeSO4），更增加的这种灰的牢固性。我厂在掺烧瓦斯气过程中，对瓦斯气硫含量没有有效的控制手段，燃烧过程中当瓦斯气的H2S含量较大时，使烟气中SO2增多，且掺烧的瓦斯气影响到煤粉的正常燃烧，烟气中的碳粒子增多，大大加剧了过热器部位的积灰。另外，瓦斯气的喷燃口布置在原燃烧器上部，投运瓦斯气后可使火焰中心抬高，炉膛出口烟温升高，这也是结焦加剧的因素之一。
4 预防结焦的措施
4.1 煤质保证
在条件允许的情况下，减少Mg、Na、k含量高的煤种在混煤中的比例，提高煤质，做好配煤工作，保证煤质稳定。
4.2 瓦斯气成分达标
对瓦斯气硫含量有分析能力，保证炼厂来瓦斯气硫化氢含量不高于设计值。4.3 定期吹灰
由于原有声波吹灰器效果欠佳，在过热器部位布置长吹并定时吹灰，及时清理积灰，防止灰渣大量积聚，防止结渣的恶化、控制结焦程度。
4.4 燃烧工况调整
通过锅炉燃烧性能试验，适当调整瓦斯气喷燃口位置，一、 二次风的风速和比例，使炉内火焰中心温度和炉膛出口的烟气温度不致过高，并保持适当的过剩空气系数，使燃烧充分、 完全。
5 结束语
影响锅炉结焦、积灰的因素有很多，燃料成分变化对锅炉结焦有着根本的影响。另外，炉内空气工况、锅炉运行参数等也是影响因素之一。本文根据成熟的锅炉理论知识结合燃料成分变化的实际情况对我厂锅炉结焦、积灰进行了分析。
参考文献
[1] 范从振.锅炉原理 [M].中国电力出版社，1986（1998重印）
[2] 何源.锅炉对流受热面的积灰及其对策[J].甘蔗糖业.1999（05）
[3] 冯宝安.锅炉煤质特性和混煤燃烧的应用研究[D].东南大学硕士学位论文.1997
【关键词】火电厂 锅炉 结焦 预防
1 引言
火电站主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时会以各种形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结渣和积灰。锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力，使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性，还可能造成烟气通道的堵塞，影响了锅炉的安全运行，严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。2012年二季度我厂就发生过这类事故，#1炉在运行的过程中由于过热器部位结焦、积灰严重形成烟气走廊，至使部分过热器管束冲刷、损坏严重，其他锅炉也不同程度出现过热器积灰严重的现象，严重影响了锅炉的安全、经济、平稳运行。
2 锅炉结焦机理
当燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，煤粉燃烧后形成的灰分一半处于熔化或半熔化状态。正常情况下，由于水冷壁温度相对较低，灰渣粒在接近水冷壁管之前，以辐射换热的形式释放热量，其自身温度迅速降低而凝固，最终可能在水冷壁管上形成一层疏松的积灰，在锅炉运行中积灰层自行脱落或通过吹灰器吹落，积灰层不至于发展为焦块。 若灰渣粒在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受热面或炉墙上，从而产生结焦。焦层的热阻使得传热恶化，焦层表面因得不到充分冷却而温度很高，再加上焦层表面粗糙，炉内灰渣粒更容易粘附上去，加速结焦过程的发展，从而形成更大的焦快。
3 结焦原因分析
3.1 煤质特性对结焦的影响
煤种不同，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。其大致规律是：煤灰中高熔点的成分越多，灰的熔点越高，不易结焦。相反，低熔点的成分会降低灰的熔点，容易结焦。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，这些都与燃料的性质有关。在煤灰组成中有些是易熔的化合物，主要是碱金属的化合物，它们的熔点都在1000℃以下。灰中的难熔成分主要是酸性氧化物，熔点在1600℃—2000℃之间。所以，灰成分中Na2O、K2O 等碱金属化合物的含量高时，灰熔点低，就容易结焦；而SiO2、Al2O3 等酸性氧化物含量高的灰分溶点高，不容易结焦。另外，氧化铁（Fe2O3）的熔点很高，但是氧化亚铁（FeO）的熔点只有1000℃。有些金属氧化物，如CaO、Mg0，其本身熔点很高，约2600℃—2800℃。但在高温作用下，往往会与其它成分（如SiO2、Al2O3、FeO）结合成低熔点共晶体，熔点在1000℃—1200℃。
我厂自2012年三月份开始煤质发生了较大的变化，下面是对我厂六期#1、#2号锅炉设计煤种和入炉各煤种灰特性参数的对比分析（见表1）：
从表1的灰特性数据可以看出淖毛湖煤中Na含量超标严重，混煤1、混煤2中的Na、K也远远超出了设计煤种。在燃烧过程中发现当混煤中淖毛湖煤比例较高时，灰熔点明显降低，结焦也特别严重。
3.2 瓦斯气硫含量超标对结焦的影响
玉门油田水电厂自2011年开始进行瓦斯气掺烧改造，到2011年底#1、#2爐瓦斯气全部投运。投运初期瓦斯气中硫含量较为稳定，但是到2012年2月份开始瓦斯气成份变化较大，由于硫化氢含量的增加，致使烟气中的二氧化硫含量成倍增加。
当烟气中的硫含量增加时，容易产生粘结性积灰。粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒，并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。当锅炉的燃烧不正常时，烟气中带有大量的碳粒子，这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亚硫酸（H2SO3）。亚硫酸是很强的还原剂，会再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也会直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很强的粘性，它沉积在受热面上不仅很牢固，而且硫酸有很强的腐蚀性，它与受热面作用生成硫酸亚铁（FeSO4），更增加的这种灰的牢固性。我厂在掺烧瓦斯气过程中，对瓦斯气硫含量没有有效的控制手段，燃烧过程中当瓦斯气的H2S含量较大时，使烟气中SO2增多，且掺烧的瓦斯气影响到煤粉的正常燃烧，烟气中的碳粒子增多，大大加剧了过热器部位的积灰。另外，瓦斯气的喷燃口布置在原燃烧器上部，投运瓦斯气后可使火焰中心抬高，炉膛出口烟温升高，这也是结焦加剧的因素之一。
4 预防结焦的措施
4.1 煤质保证
在条件允许的情况下，减少Mg、Na、k含量高的煤种在混煤中的比例，提高煤质，做好配煤工作，保证煤质稳定。
4.2 瓦斯气成分达标
对瓦斯气硫含量有分析能力，保证炼厂来瓦斯气硫化氢含量不高于设计值。4.3 定期吹灰
由于原有声波吹灰器效果欠佳，在过热器部位布置长吹并定时吹灰，及时清理积灰，防止灰渣大量积聚，防止结渣的恶化、控制结焦程度。
4.4 燃烧工况调整
通过锅炉燃烧性能试验，适当调整瓦斯气喷燃口位置，一、 二次风的风速和比例，使炉内火焰中心温度和炉膛出口的烟气温度不致过高，并保持适当的过剩空气系数，使燃烧充分、 完全。
5 结束语
影响锅炉结焦、积灰的因素有很多，燃料成分变化对锅炉结焦有着根本的影响。另外，炉内空气工况、锅炉运行参数等也是影响因素之一。本文根据成熟的锅炉理论知识结合燃料成分变化的实际情况对我厂锅炉结焦、积灰进行了分析。
参考文献
[1] 范从振.锅炉原理 [M].中国电力出版社，1986（1998重印）
[2] 何源.锅炉对流受热面的积灰及其对策[J].甘蔗糖业.1999（05）
[3] 冯宝安.锅炉煤质特性和混煤燃烧的应用研究[D].东南大学硕士学位论文.1997