华电红雁池发电公司锅炉结焦原因分析.pdf

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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 421 新疆华电红雁池发电公司#1-#4 炉结焦原因分析 齐 佶 李 鹏 （新疆华电红雁池发电有限责任公司 乌鲁木齐 830047） 【摘 要】本文通过对实际运行中华电红雁池发电公司#1-#4 炉结焦问题的分析，并结合其它公司的一些经 验和数据，认为锅炉结焦主要是煤质特性、锅炉设计特性参数、炉内燃烧的空气动力场特性及锅炉运行调整等原因 造成的。为此，提出一些建议和预防措施。 【关键词】煤质 燃烧 结焦 措施 0 前言 华电红雁池发电公司#1、#2 锅炉为武汉锅炉厂制造的 WGZ 670/13.7-10 型超高压锅炉，基本型

2、 式为：自然循环、一次中间再热、倒 U 型布置、中速磨正压直吹式制粉系统、直流燃烧器四角切圆 燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢构架、紧身封闭。锅炉按带基本负荷定压运行方式进行设计，并 具有一定的调峰能力。每台锅炉配四台 ZGM-95 型中速正压直吹式磨煤机，每台磨煤机带 6 只喷燃器 采用一层半布置。制粉系统正常运行时三台磨煤机运行，一台磨煤机备用。#3、#4 锅炉为超高压锅 炉，基本型式为：一次中间再热超高压自然循环汽包炉、型布置、单炉膛、燃烧器四角布置，切 圆燃烧、平衡通风、固态排渣、采用管式空气预热器、钢构架（双排柱） 。 2006 年 14 号炉相继出现了渣量较多的现象，喷燃器及检查孔处

3、大量结焦，过热器、再热器 壁温偏高，减温水几乎全开。经就地检查，发现锅炉水冷壁大面积结焦，严重影响锅炉出力和安全。 1 锅炉结焦原因分析 锅炉结焦机理是十分复杂的物理化学过程，它和燃煤煤质、锅炉结构设计及锅炉燃烧调整等因 素有关。炉膛出口结焦的主要原因是锅炉出口烟温高于煤灰熔点，一般要求锅炉炉膛出口烟温比煤 灰熔点低 100150，才能防止锅炉炉膛出口结焦。本文从炉膛结构、燃用煤质、锅炉运行参数等 方面出发分析该厂锅炉的结焦问题。 1.1 锅炉炉膛结构设计问题 炉膛容积热负荷、炉膛断面热负荷、燃烧器区域热负荷、炉膛几何尺寸对锅炉结焦有直接关系。 炉膛容积热负荷设计值的选取不但影响煤的燃尽，更重

4、要的是影响炉膛出口温度和炉膛温度，选取 不当易使炉膛上部及炉膛受热面结焦。 1.2 煤质问题 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 422 结焦的内因受灰质的组成成分和熔化温度影响，燃用煤种的煤质对电厂锅炉的结焦有着根本的 影响。煤灰对于高温受热面沾污结焦的倾向，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、铁钙比及硅比值来判断其结焦倾向，用 Na2O 的质量分数 可以判断其沾污性。自 2005 年下半年由于国家对小煤矿的关停工作开始，新疆各地的火电企业出现 了不同程度的煤荒，煤质大幅度下降，煤种变化也非常大，甚至一天内

5、烧的有 3-4 矿点的煤种，造 成使用煤种远远偏离设计煤种，特别是使用神华集团五彩湾的煤种后造成了锅炉炉膛大面积结焦， 由于玛纳斯电厂、华电苇湖梁电厂和国红雁池电厂锅炉吹灰器不能正常投运，迫使以上三个电厂轮 流停机除焦，华电红雁池发电厂锅炉及时投运蒸汽吹灰器，避免了停炉除焦，表 1 为华电红雁池发 电厂锅炉设计燃用煤及 2006 年 4 台锅炉燃用乌鲁木齐五彩弯掺烧煤经新疆电科院送检煤样分析指 标。 表 1 设计燃用煤乌鲁木齐五彩弯掺烧煤煤样分析指标 项目 设计值（#1、#2 炉） 设计值（#3、#4 炉） 五彩弯煤样 1 全水份 12.25%（收到基水份） 7.68% 37% 2 灰中氧化钙

6、 CaO 4.65% 6.35% 34.2% 3 灰中氧化钠 Na2O 0.98% 0.96% 10.65% 4 灰中三氧化硫 SO3 1.04% 4.58% 18.36% 5 灰中二氧化硅 SiO2 44.5% 50.1% 11.87% 6 灰中二氧化二铁 Fe2O3 17.43% 8.27% 8.33% 7 灰中三氧化二铝 AI2O3 24.75% 21.27% 9.93% 8 灰中氧化镁 MgO 3.70% 3.56% 3.76% 9 灰中二氧化钛 TiO2 0.85% 0.89% 0.43% 10 灰中氧化钾 K2O 0.90% 1.58% 0.90% 11 低位发热量 Qdw 21.

7、040MJ/kg 23.770MJ/kg 6.88 MJ/kg 变形温度 DT 1150 1130 1240 软化温度 ST 1260 1300 1410 12 灰熔融 性 流动温度 FT 1285 1410 （1）灰中 Na2O 对锅炉积灰结焦的影响 通过表 1 的数据，五彩弯煤样灰中 Na2O 实测值为 10.65%，而#1、#2 炉设计值为 0.98%，#3、#4 炉设计值为 0.96%。通过查阅有关碱性氧化物中资料 Na2O 对锅炉玷污影响最为显著，表 2 为发电 用煤质量验收-解析国际 GB/T18666-2002 专题汇编中 Na2O 含量作为判断煤中玷污的标准。 表 2 Na2O

8、 含量对沾污的影响 烟煤灰灰中 Na2O（%） 灰中 Na2O（%） 积灰结渣倾向 0.5 低 0.51.0 中 1.02.5 高 2.5 严重 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 423 通过上述表，我厂燃用的五彩弯煤的煤中灰份 Na2O 含量属于严重积灰、结焦型煤质。 （1）灰中 Fe2O3/CaO 对锅炉积灰结焦的影响 表 3 Fe2O3/CaO 对锅炉积灰结焦的影响 Fe2O3/CaO 0.3 不结渣 Fe2O3/CaO 0.3-3.0 中等或严重结渣 Fe2O3/CaO 3.0 不结渣 表 3 为发电用煤质量验收-解析国际 GB/T18666-20

9、02 专题汇编中灰中 Fe2O3/CaO 对锅炉积 灰结焦影响的标准。 通过表 3 的参数，我们得到五彩弯煤的 Fe2O3/CaO 为 0.24，应该不属于中等或严重结焦煤。但 是一旦与其他煤掺配后 Fe2O3/CaO 会升高到某一水平，成为中等或严重结渣的煤种。 （2）灰份中碱酸比（B/A）对结焦的影响 表 4 为发电用煤质量验收-解析国际 GB/T18666-2002 专题汇编中灰中碱酸比（B/A）对锅炉 结焦影响的标准。 碱酸比的计算式为 2322 232 TiOOISiO ONa MgOCaOOFe + + = AA B （1） 表 4 碱酸比（B/A）判断结渣倾向界限值： 0.206

10、 轻微结焦 0.206-0.4 中等结渣 酸碱比 0.4 严重结渣 将表 1 中数据代入式 1 中可看出我厂燃用五彩湾煤中灰份碱酸为 2.25，为严重强结焦煤种。 通过表 1 我们得到乌鲁木齐五彩弯灰中 SO3为 18.36%， 而设计值为 1.04%和 4.58% （#1、 #2 和#3、 #4） ，而 SO3和灰中含量较高 Na2O、CaO 在炉膛发生化学反应生成较多的 Na2SO4、CaSO4，而 Na2SO4熔 点极低，只有 880，极易与 CaSO4在炉膛熔融结焦。 （3）灰中 SiO2（硅比）对锅炉积灰结焦的影响 表 5 为发电用煤质量验收-解析国际 GB/T18666-2002

11、专题汇编中灰中 SiO2（硅比）对锅炉 积灰结焦影响的标准。 表 5 SiO2（硅比）对锅炉积灰结焦的影响 硅比 78.8 轻微积灰结渣 66.178.8 中度积灰结渣 G（%） 66.1 严积灰结渣重 322 2 OFeMgOCaOSiO 100SiO 当量+ =G （2） 由表 1 的数据带入式 2 可计算出五彩弯煤中硅比为 24%，由表 6 可看出属于严重积灰、结焦型 煤质。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 424 五彩湾煤中的全水分实测值为 37.1%，而华电红雁池发电厂锅炉设计值均远远小于这个值，由 于煤粉干燥时间和温度是根据锅炉燃料全水份值而

12、设计的，全水份过大使得煤粉在制粉过程中干燥 不彻底，含水煤粉进入炉膛后先吸热热干燥，然后才能有效燃烧，造成煤粉燃烧滞后，炉膛出口温 度、过热器温度增高，加剧过热器部位积灰结焦。 通过表 1 我们得知：五彩湾煤的灰变形温度大于 1410。究其原因是因为煤中高含量的 CaO 造 成，但是一旦与其他煤掺配后 CaO 含量降到某一水平，会立即引起灰熔点大幅降低。 1.3 锅炉运行参数对锅炉炉膛结焦的影响 （1）锅炉氧量对锅炉积灰结焦的影响 锅炉运行氧量即炉内的氧化或还原性气氛，它对锅炉的结焦有非常大的影响，如果锅炉运行氧 量偏低，燃烧不完全，煤中的碳与不足量的氧发生化学反应及燃烧，会产生大量的还原气体

13、一氧化 碳，炉内还原性气氛较强。 CO2（不足量）CO2CO （3） 在炉内氧化性气氛中，铁可能以 Fe2O3形态存在，这时随着含铁量的增加，其熔点的降低比较缓 慢；在炉内还原性气氛中（氧量不足） ，Fe2O3会还原成 FeO， Fe2O3COFeOCO2 （4） 而 FeO 熔点较低，灰熔点随之迅速降低，而且 FeO 最容易与灰渣中的 SiO2形成熔点很低的 2FeOSiO2，其灰熔点仅为 1065 。 （2）炉膛火焰中心对锅炉积灰结焦的影响 锅炉在实际运行中，由于炉内气流组织不佳，造成火焰中心偏移。譬如，四角上的燃烧器风粉 动量分配不均匀，致使实际切圆变形，高温火焰偏离炉膛中心，而造成锅炉

14、某部分结焦严重。炉膛 燃烧器区域热负荷或容积热负荷偏高，在燃烧器区域燃料燃烧放出的大量热量没有足够的水冷壁受 热面来吸收，因此导致燃烧器区域的局部温度过高，造成燃烧器区域的结渣；另外，燃料和烟气在 炉内的停留时间过短，燃料未能完全燃烧，引起炉膛出口烟温偏高，造成炉膛出口受热面结渣。 （3）炉膛燃烧切圆直径对锅炉积灰结焦的影响 锅炉在实际运行中由于种种原因造成切圆直径偏大，出现一次风粉气流贴墙等情况，也容易造 成结渣。 （4）煤粉细度对锅炉积灰结焦的影响 煤粉对锅炉结焦的影响。如果煤粉细度变大，煤粉变粗，煤粉中的粗颗粒很容易从煤粉气流中 分离出来与水冷壁发生冲撞；此外，粗颗粒的燃尽需要相当长的时

15、间，因此常常贴壁造成还原性气 氛而增加了结渣的机率。 （5）一次风速对锅炉积灰结焦的影响 一次风速偏高。一次风速度偏高，一次风射流本身的动量或者说一次风射流的刚性较强，致使 煤粉气流冲击对面炉墙，不但会引起锅炉飞灰含量增加，而且会造成炉墙结渣。 2 防止锅炉结焦的预防措施 锅炉积灰结焦严重时，将严重危及锅炉的经济和安全运行，因此根据我公司实际供煤情况和锅 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 425 炉运行情况提出以下防范措施： （1） 加强燃料监督工作，对入厂的煤种严格把关，提前对煤质进行分析，给运行人员提供燃 烧调整上的依据。 （2）根据目前的燃煤供应情况

16、，进行合理、科学的燃煤掺烧方法。燃煤掺烧不是简单的好煤于 与差煤的掺烧，进行掺烧要有充分科学依据。掺混煤种选择恰当、配比合理、混合均匀，就可保证 入炉煤质与锅炉及其它系统、设备的适应性和煤质的长期的稳定性，克服因煤质变化引起的任何问 题。 科学合理的配煤不仅能防止锅炉结焦，而且提高劣质煤的利用率，降低燃料成本，减少发电成 本，也可以扩大购煤主动权，拓宽锅炉燃煤范围定煤质特性的煤可选择不同种、不同数量的煤混 配而成，从而使电厂不再完全依赖于某一种或类煤。 （3）采用新设备和工艺，尽量做到煤质的在线适时分析，可以让运行人员及时的了解到入炉的 煤质情况。可以做到超前调节。 （4）运行人员加强锅炉运行

17、工况与设备状况的分析。对易结焦（渣）的煤种要加强对减温水量 变化、炉膛出口温度、各级烟温及过热器、省煤器管壁温度变化趋势的分析。发现锅炉减温水量异 常增大以及管壁温度超温和排烟温度异常等情况，应立即汇报相关人员，采取适当方法，比如降低 负荷运行并且进行吹灰工作，必要时可以降低主、再热汽温运行，保持连续吹灰。当发现经采取以 上措施处理无效时，必须停炉处理。 （5）高度重视吹灰工作。在煤质无法改变的情况下，要坚持吹灰工作。保证吹灰器完好并正常 投入。发现吹灰效果不好或吹灰器故障，应立即填写缺陷，并督促检修人员消缺。尽量保持炉膛水 冷壁和各水平烟道、尾部烟道的受热面的清洁。吹灰时加强对渣系统的检查和

18、监视。发现异常时可 以暂时中断吹灰工作，但是应该尽快排除异常，及时恢复。发现严重结焦时，可以考虑连续吹灰。 （6）加强燃烧调整，及时调整过剩空气系数和一、二次风率、煤粉细度、风速和风煤比，使煤 粉燃烧良好，不在水冷壁附近产生还原性气氛，避免火焰偏斜直接冲刷水冷壁；严禁低氧量长时间 运行，避免缺氧燃烧造成高温腐蚀或严重结焦（渣） ；各角配风均匀，火焰中心保持适当位置，防止 气流冲刷水冷壁造成大面积结焦；周期性改变锅炉负荷可控制大量结焦（渣） 、掉焦（渣） ，但要防 止负荷然大幅度变化造成大块落焦（渣）砸坏承压部件；在保证锅炉汽温的前提下开大上排二次风 门，减少下排二次风门开度，或者采取其它方法适

19、当降低火焰中心，减少炉膛上部结焦；尽量提高 热风温度，以利于煤粉的干燥和完全燃烧。 3 小结 从上述可以看出，引起锅炉积灰结焦的主要因素有四个方面，即煤质特性、锅炉设计特性参数、 炉内燃烧的空气动力场特性及锅炉运行调整。锅炉发生积灰结焦是多因素复合作用结果。但其中， 以煤质特性占绝对优势。通过具体分析锅炉结焦原因并采取有效对策，可以抑制锅炉结焦，改善锅 炉运行工况，提高锅炉效率。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 426 参考文献： 1 孙亦禄.1993 年 煤中矿物杂质对锅炉的危害M.北京水利电力出版社. 2 李彦林.2001 年 燃烧锅炉积灰结渣试验研究与工程应用M 石油工业出版社 3 解居臣 2002 年 发电用煤质量验收-解析国际 GB/T18666-2002 专题汇编 4 撒应禄. 1994 年 锅炉受热面外部过程M.北京水利电力出版社. 作者简介： 齐佶，男，1975 年生，助理工程师，毕业于东北电力大学动力工程系，现在新疆华电红雁池发电厂从事运行管 理工作。 李鹏，男，1978 年生，助理工程师，毕业于北方交通大学动力工程系，现在新疆华电红雁池发电厂从事锅炉运 行工作。