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【摘 要】针对包头第一热电厂#2炉多次发生严重结焦，导致大屏超温，被迫减负荷掉焦，严重影响
了机组的安全、稳定、经济运行的情况[1]。通过对锅炉燃烧结焦机理的研究，分析其结焦原因，采用改造燃烧器，运行调整，优化燃烧工况，减轻机组结焦情况，使其带负荷能力能够提高。
【关键词】锅炉结焦；燃烧优化；结焦机理
1.引言
火电厂锅炉结焦是客观存在，不可避免的。锅炉结焦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。而且导致蒸汽温度、金属壁温超温。严重时会发生设备损坏、人身伤亡事故。锅炉大面积结焦，受热面超温，被迫减负荷，而且锅炉掉大焦时，可能造成火检消失、局部爆燃等现象发生，并引发锅炉灭火[2]。
针对#2炉设备的实际情况，通过改变氧量试验和对燃烧调整，尝试着找出一、二次风量、风速大小对锅炉结焦的影响。通过对不同煤质的煤参配，找出合适的配煤方式，减轻锅炉的结焦。利用检修期间，对燃烧器进行了分析改造，通过冷态试验，了解#2炉的空气动力场情况。综合上述途径，对#2炉结焦情况，提出解决方案，在运行中加以借鉴。
2.结焦机理
结焦的机理可概括为：当温度高于灰熔点的烟气冲刷受热面时，烟气中熔融的灰渣粘附到受热面上形成结焦。结焦是一个复杂的物理、化学、动力学过程，它除了和煤质密切相关外，还受锅炉结构、燃烧器型式及布置、炉膛温度水平、烟气气氛、炉内动力工况等因素的影响[3]。
锅炉结焦原因分析是根据煤质、炉膛温度、燃烧设备、运行情况等方面着手进行的。总体归纳起来，影响锅炉结渣的主要因素有如下几个方面：
2.1 煤的结焦特性
主要包括灰的熔化温度和灰成分结焦指数。
2.2 炉膛结构及燃烧器设计
主要包括炉内空气动力工况。炉内空气动力组织不良，会很容易引起锅炉受热面结渣，如火焰中心偏斜、火焰刷墙或燃烧切圆直径偏大以及较高的管壁温度水平，都是引起结渣的重要因素。
2.3 运行工况
在运行工况方面，锅炉结焦主要与过剩空气量、锅炉负荷、烟气温度、煤粉细度、运行操作不正常、吹灰间隔等运行工况有关。局部缺氧运行或着过量空气系数过小，在水冷壁附近出现还原性气氛，或由氧化气氛转变成还原气氛等都会使结焦提高几倍。一般来讲结焦随锅炉负荷及烟气温度的增加而增加。煤粉细度对锅炉结焦的影响说法不一。有试验表明，提高煤粉细度将会使燃烧区域温度升高，从而加剧结焦，但有的试验结论却是粗煤粉将加重结焦。所以煤粉细度应视煤种与具体的锅炉结构而定，过细不仅增加制粉电耗，还可能会提高燃烧器区域热负荷而可能引起结焦，过粗不仅不利于着火和煤粒的燃尽，而且易造成炉膛上部和过热器部位结焦。另外，较大的燃烧过剩空气能减少结焦，这是由于炉膛内还原区范围缩小以及炉膛出口温度降低的缘故。运行操作不正常，炉内氧量及温度波动过十剧烈，使水冷壁附近氧化层和还原层交替出现，使管壁铁锈层时受还原时受氧化作用，氧化层变成海绵状，给腐蚀介质提供了较大的反应面积，这样就人为地创造了结焦条件。同时不合理的吹灰器位置和吹灰时间间隔，也是导致结焦的因素之一。
3.燃烧调整对结焦的影响
3.1 改变氧量对结焦的影响[4]
750t/h改变氧量试验，5台制粉系统运行，炉膛组吹灰20分钟后各参数稳定，保持一级减温水量恒定。试验结果见表3-1。锅炉效率取绩效时时测定值为准。
表3-1 750t/h改变氧量试验测量结果
数值名称 单位 1 2 3
锅炉连续蒸发量 t/h 752 750 751
锅炉效率 % 93 92.5 91
大屏壁温 ℃ 490 485 481
转向室烟温 ℃ 598 585 586
排烟温度，甲侧 ℃ 142 134 135
排烟温度，乙侧 ℃ 148 140 144
飞灰可燃物 % 1.5 1.2 1.1
对比燃烧区域挂焦情况 多 一般 少
1工况氧量为3.1%，2工况氧量为3.7%，3工况氧量为4.2%。从表3-1可以看出，3工况时，大屏温度最低，炉膛上部烟温最低，但是因总风量偏大，转向室和排烟温度在两者之间，锅炉效率最低，但是通过观察孔看到燃烧区域挂焦情况最少。1工况时，锅炉效率最高，大屏温度最高，炉膛上部烟温最高，因燃烧推迟，排烟温度也有上升。
由此可见锅炉大氧量运行对安全运行有利，但是锅炉效率偏低。实际运行中750t/h蒸发量时锅炉氧量保持在3.5%～4.0%之间运行。
3.2 改变一次风压对结焦的影响
在锅炉负荷700t/h负荷下进行该实验，通过调整一次风机出力，控制一次风压。试验结果见表3-2。
表3-2 700t/h改变一次风压试验测量结果
数值名称 单位 4 5 6
锅炉连续蒸发量 t/h 700 701 700
锅炉效率 % 93 93.3 93.2
大屏壁温 ℃ 485 487 487
转向室烟温 ℃ 575 570 571
排烟温度，甲侧 ℃ 137 132 133
排烟温度，乙侧 ℃ 143 136 138
飞灰可燃物 % 1.3 1.4 1.6
对比燃烧区域挂焦情况 多 少 少
工况4保持一次风压7.5Kpa，工况5保持一次风压8.5Kpa，工况6保持一次风压9.0Kpa。由表3-2可见，一次风压低时，锅炉燃烧区域结焦明显。一次风压对锅炉效率及其它参数影响不大。 一次风速越低，燃烧器出口的回流区越大，锅炉燃烧越稳定。现在的情况是锅炉炉膛温度过高，燃烧器区域产生严重结焦，因此正常运行中，700t/h负荷下，锅炉一次风压一般保持8.4 Kpa～9.0 Kpa之间。
3.3 改变二次风配风方式对结焦的影响
5台制粉系统运行情况下，改变二次风配风方式试验，试验结果见表3-3。
由表3-3可见，鼓腰配风方式大屏温度相对较低，但是锅炉效率基本不变。通过观察孔观察到的燃烧区域的挂焦情况基本相同。考虑到平衡配风对锅炉的安全性好，故实际运行中均采用平衡配风方式。
4.煤质的掺配对结焦的影响
包头第一热电厂来煤共有4—6家地方煤，煤质相对不太稳定，由于煤场掺配煤不当造成锅炉炉膛结焦。未避免此类因素的影响，特做如下工作：①采用来煤一厂两化制度，进行比较，保证来煤质量稳定；②新安装一套全闭环智能燃料管理系统，实时对掺配煤进行科学管理，根据每日中调下发的机组负荷预计，进行智能掺配入炉煤，利用三个上煤方式（#1、2斗轮机、地沟），从四个煤场挖取独立存放的单一煤种上到锅炉5个原煤斗中，通过制粉系统进入炉膛燃烧混合，根据排渣情况、环保参数和燃烧各参数进行及时更换掺配方式，最大程度避免炉膛结焦，确保环保排放达标。
表3-3 改变二次风配风方式试验测量结果
数值名称 单位 7 8
配风方式 平衡配风 鼓腰配风
锅炉连续蒸发量 t/h 580 581
锅炉效率 % 93.4 93.3
大屏壁温 ℃ 486 480
转向室烟温 ℃ 570 572
排烟温度，甲侧 ℃ 131 132
排烟温度，乙侧 ℃ 137 136
飞灰可燃物 % 1.3 1.4
对比燃烧区域挂焦情况 一般 一般
5.空气动力场对结焦的影响[5]
检查发现燃烧器倾角不完全相同，有的倾角为0，有的下倾4°到10°之间。测量一次风速发现同层四角一次风速偏差超过5%，尤其E磨煤机四角一次风速最大偏差20%。
进行冷态空气动力场试验时，发现炉内空气动力场比较紊乱，各层一次风射流形成的切圆逆时针旋转时由于同层四角风速不均，部分变形为椭圆形，炉后水冷壁、炉乙侧水冷壁的局部射流冲刷严重，各层二次风射流形成的切圆逆时针旋转，直径最大值达到5000 mm，切圆中心多数向炉膛后侧和乙侧部偏移。整体燃烧器射流形成的切圆逆时针旋转情况和很大的切圆直径，造成炉后水冷壁上结焦明显严重。
在燃烧器上做如下改造可缓解锅炉结焦：
①调整假想切圆直径，避免火焰对水冷壁的冲刷。
②通过部分燃烧器倾角调整，降低炉膛出口烟气温度。
在进行改造后，通过试验发现：冷态时，一、二次风管道内风速偏差可以调整在平均风量的偏差在5%以内；空气动力场良好，一、二次风切圆大小适中，大部分位于中心。火焰充满度良好，无刷墙现象。
6.结论
针对包头第一热电厂#2炉结焦严重的情况，通过对结焦形成机理的分析，结合实际情况，利用平日对燃烧的调整总结，找出燃烧调整方面引起结焦的因素；通过锅炉冷态试验的方式，找出锅炉设备引起结焦的问题，制定治理方案；在煤质中通过结焦观察，随时更换配煤方式，减缓因煤质引起结焦的因素。
由于燃烧器摆角和各燃烧器风速不均匀，造成炉内切圆和充满度差，通过锅炉冷态试验，对燃烧器和各燃烧器风速进行调整。在燃烧过程中燃烧的不安全，炉膛还原型气氛增大，使得灰熔点降低，这也是结焦的主要因素。通过对锅炉效率测定，变氧量试验、变一、二次风等燃烧试验，确定一、二次风量、风速，平衡配风。
参考文献：
[1]包头第一热电厂运行规程.
[2]樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[4]林江.大型电站锅炉设计与运行中防止炉内结渣的措施[J].中国电力，1993，03.
[5]朱彤等.燃烧器分组对炉内切圆直径影响的冷态试验研究[D].锅炉燃烧技术学术会议论文集，1996.
了机组的安全、稳定、经济运行的情况[1]。通过对锅炉燃烧结焦机理的研究，分析其结焦原因，采用改造燃烧器，运行调整，优化燃烧工况，减轻机组结焦情况，使其带负荷能力能够提高。
【关键词】锅炉结焦；燃烧优化；结焦机理
1.引言
火电厂锅炉结焦是客观存在，不可避免的。锅炉结焦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。而且导致蒸汽温度、金属壁温超温。严重时会发生设备损坏、人身伤亡事故。锅炉大面积结焦，受热面超温，被迫减负荷，而且锅炉掉大焦时，可能造成火检消失、局部爆燃等现象发生，并引发锅炉灭火[2]。
针对#2炉设备的实际情况，通过改变氧量试验和对燃烧调整，尝试着找出一、二次风量、风速大小对锅炉结焦的影响。通过对不同煤质的煤参配，找出合适的配煤方式，减轻锅炉的结焦。利用检修期间，对燃烧器进行了分析改造，通过冷态试验，了解#2炉的空气动力场情况。综合上述途径，对#2炉结焦情况，提出解决方案，在运行中加以借鉴。
2.结焦机理
结焦的机理可概括为：当温度高于灰熔点的烟气冲刷受热面时，烟气中熔融的灰渣粘附到受热面上形成结焦。结焦是一个复杂的物理、化学、动力学过程，它除了和煤质密切相关外，还受锅炉结构、燃烧器型式及布置、炉膛温度水平、烟气气氛、炉内动力工况等因素的影响[3]。
锅炉结焦原因分析是根据煤质、炉膛温度、燃烧设备、运行情况等方面着手进行的。总体归纳起来，影响锅炉结渣的主要因素有如下几个方面：
2.1 煤的结焦特性
主要包括灰的熔化温度和灰成分结焦指数。
2.2 炉膛结构及燃烧器设计
主要包括炉内空气动力工况。炉内空气动力组织不良，会很容易引起锅炉受热面结渣，如火焰中心偏斜、火焰刷墙或燃烧切圆直径偏大以及较高的管壁温度水平，都是引起结渣的重要因素。
2.3 运行工况
在运行工况方面，锅炉结焦主要与过剩空气量、锅炉负荷、烟气温度、煤粉细度、运行操作不正常、吹灰间隔等运行工况有关。局部缺氧运行或着过量空气系数过小，在水冷壁附近出现还原性气氛，或由氧化气氛转变成还原气氛等都会使结焦提高几倍。一般来讲结焦随锅炉负荷及烟气温度的增加而增加。煤粉细度对锅炉结焦的影响说法不一。有试验表明，提高煤粉细度将会使燃烧区域温度升高，从而加剧结焦，但有的试验结论却是粗煤粉将加重结焦。所以煤粉细度应视煤种与具体的锅炉结构而定，过细不仅增加制粉电耗，还可能会提高燃烧器区域热负荷而可能引起结焦，过粗不仅不利于着火和煤粒的燃尽，而且易造成炉膛上部和过热器部位结焦。另外，较大的燃烧过剩空气能减少结焦，这是由于炉膛内还原区范围缩小以及炉膛出口温度降低的缘故。运行操作不正常，炉内氧量及温度波动过十剧烈，使水冷壁附近氧化层和还原层交替出现，使管壁铁锈层时受还原时受氧化作用，氧化层变成海绵状，给腐蚀介质提供了较大的反应面积，这样就人为地创造了结焦条件。同时不合理的吹灰器位置和吹灰时间间隔，也是导致结焦的因素之一。
3.燃烧调整对结焦的影响
3.1 改变氧量对结焦的影响[4]
750t/h改变氧量试验，5台制粉系统运行，炉膛组吹灰20分钟后各参数稳定，保持一级减温水量恒定。试验结果见表3-1。锅炉效率取绩效时时测定值为准。
表3-1 750t/h改变氧量试验测量结果
数值名称 单位 1 2 3
锅炉连续蒸发量 t/h 752 750 751
锅炉效率 % 93 92.5 91
大屏壁温 ℃ 490 485 481
转向室烟温 ℃ 598 585 586
排烟温度，甲侧 ℃ 142 134 135
排烟温度，乙侧 ℃ 148 140 144
飞灰可燃物 % 1.5 1.2 1.1
对比燃烧区域挂焦情况 多 一般 少
1工况氧量为3.1%，2工况氧量为3.7%，3工况氧量为4.2%。从表3-1可以看出，3工况时，大屏温度最低，炉膛上部烟温最低，但是因总风量偏大，转向室和排烟温度在两者之间，锅炉效率最低，但是通过观察孔看到燃烧区域挂焦情况最少。1工况时，锅炉效率最高，大屏温度最高，炉膛上部烟温最高，因燃烧推迟，排烟温度也有上升。
由此可见锅炉大氧量运行对安全运行有利，但是锅炉效率偏低。实际运行中750t/h蒸发量时锅炉氧量保持在3.5%～4.0%之间运行。
3.2 改变一次风压对结焦的影响
在锅炉负荷700t/h负荷下进行该实验，通过调整一次风机出力，控制一次风压。试验结果见表3-2。
表3-2 700t/h改变一次风压试验测量结果
数值名称 单位 4 5 6
锅炉连续蒸发量 t/h 700 701 700
锅炉效率 % 93 93.3 93.2
大屏壁温 ℃ 485 487 487
转向室烟温 ℃ 575 570 571
排烟温度，甲侧 ℃ 137 132 133
排烟温度，乙侧 ℃ 143 136 138
飞灰可燃物 % 1.3 1.4 1.6
对比燃烧区域挂焦情况 多 少 少
工况4保持一次风压7.5Kpa，工况5保持一次风压8.5Kpa，工况6保持一次风压9.0Kpa。由表3-2可见，一次风压低时，锅炉燃烧区域结焦明显。一次风压对锅炉效率及其它参数影响不大。 一次风速越低，燃烧器出口的回流区越大，锅炉燃烧越稳定。现在的情况是锅炉炉膛温度过高，燃烧器区域产生严重结焦，因此正常运行中，700t/h负荷下，锅炉一次风压一般保持8.4 Kpa～9.0 Kpa之间。
3.3 改变二次风配风方式对结焦的影响
5台制粉系统运行情况下，改变二次风配风方式试验，试验结果见表3-3。
由表3-3可见，鼓腰配风方式大屏温度相对较低，但是锅炉效率基本不变。通过观察孔观察到的燃烧区域的挂焦情况基本相同。考虑到平衡配风对锅炉的安全性好，故实际运行中均采用平衡配风方式。
4.煤质的掺配对结焦的影响
包头第一热电厂来煤共有4—6家地方煤，煤质相对不太稳定，由于煤场掺配煤不当造成锅炉炉膛结焦。未避免此类因素的影响，特做如下工作：①采用来煤一厂两化制度，进行比较，保证来煤质量稳定；②新安装一套全闭环智能燃料管理系统，实时对掺配煤进行科学管理，根据每日中调下发的机组负荷预计，进行智能掺配入炉煤，利用三个上煤方式（#1、2斗轮机、地沟），从四个煤场挖取独立存放的单一煤种上到锅炉5个原煤斗中，通过制粉系统进入炉膛燃烧混合，根据排渣情况、环保参数和燃烧各参数进行及时更换掺配方式，最大程度避免炉膛结焦，确保环保排放达标。
表3-3 改变二次风配风方式试验测量结果
数值名称 单位 7 8
配风方式 平衡配风 鼓腰配风
锅炉连续蒸发量 t/h 580 581
锅炉效率 % 93.4 93.3
大屏壁温 ℃ 486 480
转向室烟温 ℃ 570 572
排烟温度，甲侧 ℃ 131 132
排烟温度，乙侧 ℃ 137 136
飞灰可燃物 % 1.3 1.4
对比燃烧区域挂焦情况 一般 一般
5.空气动力场对结焦的影响[5]
检查发现燃烧器倾角不完全相同，有的倾角为0，有的下倾4°到10°之间。测量一次风速发现同层四角一次风速偏差超过5%，尤其E磨煤机四角一次风速最大偏差20%。
进行冷态空气动力场试验时，发现炉内空气动力场比较紊乱，各层一次风射流形成的切圆逆时针旋转时由于同层四角风速不均，部分变形为椭圆形，炉后水冷壁、炉乙侧水冷壁的局部射流冲刷严重，各层二次风射流形成的切圆逆时针旋转，直径最大值达到5000 mm，切圆中心多数向炉膛后侧和乙侧部偏移。整体燃烧器射流形成的切圆逆时针旋转情况和很大的切圆直径，造成炉后水冷壁上结焦明显严重。
在燃烧器上做如下改造可缓解锅炉结焦：
①调整假想切圆直径，避免火焰对水冷壁的冲刷。
②通过部分燃烧器倾角调整，降低炉膛出口烟气温度。
在进行改造后，通过试验发现：冷态时，一、二次风管道内风速偏差可以调整在平均风量的偏差在5%以内；空气动力场良好，一、二次风切圆大小适中，大部分位于中心。火焰充满度良好，无刷墙现象。
6.结论
针对包头第一热电厂#2炉结焦严重的情况，通过对结焦形成机理的分析，结合实际情况，利用平日对燃烧的调整总结，找出燃烧调整方面引起结焦的因素；通过锅炉冷态试验的方式，找出锅炉设备引起结焦的问题，制定治理方案；在煤质中通过结焦观察，随时更换配煤方式，减缓因煤质引起结焦的因素。
由于燃烧器摆角和各燃烧器风速不均匀，造成炉内切圆和充满度差，通过锅炉冷态试验，对燃烧器和各燃烧器风速进行调整。在燃烧过程中燃烧的不安全，炉膛还原型气氛增大，使得灰熔点降低，这也是结焦的主要因素。通过对锅炉效率测定，变氧量试验、变一、二次风等燃烧试验，确定一、二次风量、风速，平衡配风。
参考文献：
[1]包头第一热电厂运行规程.
[2]樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京：中国电力出版社，2002.
[4]林江.大型电站锅炉设计与运行中防止炉内结渣的措施[J].中国电力，1993，03.
[5]朱彤等.燃烧器分组对炉内切圆直径影响的冷态试验研究[D].锅炉燃烧技术学术会议论文集，1996.