1锅炉结焦概述

晋控电力长治发电有限责任公司 1、2 号机组锅炉是由上海锅炉厂制造的超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式炉。制粉系统采用冷一次风正压直吹式系统，配 6 台中速磨煤机和 6 台称重式给煤机。每台磨煤机引出的 4 根煤粉管道通过煤粉分配装置将每根管道分成两根分别与上下两个相邻的一次风喷嘴相连，共计 48 只分 12 层布置于炉膛四角，在炉膛中呈四角切圆方式燃烧。

在锅炉投产一年后，锅炉运行中经常出现结渣现象，尤其是在使用煤种偏离设计值的情况下，结焦会更加严重，锅炉结焦不但会影响机组的安全和经济运行，而且结焦后的清焦工作给检修人员带来的风险也急剧增加。锅炉水冷壁和过热器的受热面结焦不仅会导致出口烟温、蒸汽温度和烟气温度上升，还可能引起管壁过热和超温，威胁到受热面的安全运行。尤其在过热器受热面出现结焦现象时，会导致受热面的吸热不均匀现象，这将增加过热器的热偏差。

当锅炉上部的焦块脱落时，不仅会损坏锅炉的水冷壁，还会影响火焰的稳定性，甚至引发锅炉灭火事故。如果炉膛喷燃器出口发生结焦，不仅会影响正常的煤粉气流，还会破坏炉内空气动力场，造成更严重的煤粉刷墙，加剧结焦过程，更有甚者会导致锅炉灭火。如果结焦问题严重，可能不得不停炉进行清焦工作。

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2焦渣的形成

煤炭中的煤灰在高温条件下开始融化，若堆积而成，则会形成焦炭。灰的熔融通常分为软化阶段、形变阶段和熔化（流变）阶段。随着炉温升高，灰渣的融化更为容易，也增加了熔渣生成的可能性。

煤灰的结渣倾向与灰渣的熔点密切相关，而灰分主要由硅、铝、碱等杂质构成，不同煤种中的杂质含量也各异。煤灰的熔融温度与煤灰的组成紧密相关，特别是随着煤灰中铁含量及碱含量的提高，煤灰的熔点会降低。高硫铁矿含量会导致更多渣产生；而不同的煤灰具有不同的熔点。

煤灰融化后呈现黏性，当其接触到冷却表面时，容易附着。锅炉燃烧速度极快，煤粉在2-3秒内由燃烧器喷出，经过加热、干燥、点火直至完全燃烧。在1450-1650℃的范围内，灰颗粒全部融化，形成胶状颗粒，然而，这些颗粒仍然悬浮在空气中。当这些颗粒上升到炉口时，由于出口温度低于火焰中心温度，胶体颗粒将冷却并固化，避免了结渣。

在未充分燃烧的情况下，灰渣的熔点下降到300-350℃，将导致胶状灰颗粒无法固化，形成熔渣。在管壁上形成一层焦炭渣，其黏附性极强，使得煤灰颗粒更易附着在管壁上。形成焦渣层后，水冷壁管吸热效果不佳，表面温度升高，更有利于焦炭与熔渣的附着，从而形成一种自我加重的恶性循环。

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3原因分析

受热面结渣是一个涉及到多个复杂因素的复杂过程，无论何种原因产生的结渣，首先必须具备两个基本条件：即当火焰接近炉膛壁面时，烟气中的灰渣仍然处于熔融状态；二是对炉膛内受热面的直接冲刷。而造成这两种影响的具体原因则较为复杂。

3.1燃烧过程中空气量不足

在燃烧时，由于缺乏足够的空气，使得煤粉难以充分燃烧，而不充分的燃烧还会生成一氧化碳。当烟气中 CO含量越高，灰的熔点就越低，尽管炉膛出口的温度不高，但是由于一氧化碳等还原性气体的存在，使得灰渣的形成非常严重。燃烧高挥发分煤粉时，若掺入足够的空气，同样会加重结渣现象。

3.2与空气混合不良

因为燃油和空气的混合没有很好地混合，所以即便供应了通常需要的空气数量，也会产生空气不足的问题。由于搅拌不好，有些部位的空气多，燃烧得更彻底，而有些部位，则不够彻底。混合差主要是因为空气流量分配不当（一次风和二次风的配比不合理等），以及燃料和二次风的调节不到位。因此，燃烧器的结构对煤粉的掺混和性能有着重要的影响，燃烧器的不合理配置和结构上的缺陷将导致煤粉的结渣更加严重。

3.3燃料和空气分布不均造成火焰偏斜

由于燃油与气流的分配不均匀，导致了火焰的偏转。一般情况下，炉心的温度应是最大的，但因火焰的偏转，最上层的火层会向侧面偏移，在遇到水冷壁时，迅速附着，生成焦炭。燃油与气流的不均匀分配常常是因为没有及时地调节或不恰当地调节。

没有燃尽的煤粉会附着在加热表面，一次空气量太大，二次空气量太少，因此，煤粉还没有充分地燃烧，就会附着在受热表面上，因此，这里的墙壁温度很高，而且它的粘结性也很好，所以很容易结焦。

3.4炉膛热负荷大

随着炉内热负荷的增大，炉内体积也随之减小，同时炉内的温度也随之升高，尤其是在1450℃以上的高温下，灰渣表面会发生熔融，从而导致结渣加剧。炉膛出口烟气温度升高与过量的掺气、火焰中心过高、受热面内结垢及外部积灰等因素密切相关。炉内漏风对烟气温度的上升也有显著的影响。

4预防和消除结渣的方法

4.1降低炉膛出口烟气温度

在足够空气的条件下，烟气温度的喷出对于锅炉是否成渣至关重要。因此，必须控制炉口烟气温度在一定范围内，通常低于灰熔点50-100℃。为了避免炉前烟气温度过高，需要采取适当的调节措施来降低炉内温度。

(1) 合理利用一次风：一次风的适度利用可以确保煤粉均匀混合，使火焰快速而充分燃烧，从而降低炉口烟气温度。若一次风过大，可能导致火焰重心上移，进而使炉内烟气温度上升。因此，在实际操作中，需要适当调整一次风和二次风的速度及比例。

(2) 降低加热炉的热量：尽量提高锅炉效率，在相同负荷下，燃烧越充分，炉膛内停留时间越长，效率越高；同时，减小锅炉中饱和蒸气排出量，严禁发生大过载，避免突然加大或减轻负载。

(3) 促进煤的点火：通过提前点火，延长燃料在炉中的燃烧时间，进而使出口烟气温度下降。

(4) 控制多余的空气量：适当维持多余空气量，增加过量空气有助于降低锅炉出口烟气温度，对过热器和再热器的积灰和结渣有一定的抑制作用。研究表明，适量的过量空气有助于减缓受热面结渣的趋势，而过量空气不足时，炉内可能产生还原性气体，导致灰渣熔点降低，结渣几率增加。然而，过量空气量过大可能导致烟气量增加，炉口烟温度升高，因此需要维持适度的过剩空气量。

4.2组织良好的炉内空气动力场

在煤粉炉的燃烧过程中，燃烧中心温度通常在1400-1700℃之间。在这个温度范围内，大部分灰分都处于熔融或软化状态。由于水冷壁的吸热作用，烟气及其携带的灰的温度都会降低。然而，如果在煤灰冲击炉壁时仍然处于软化或熔融状态，就可能与炉壁发生粘附，尤其是在具有燃烧带的炉壁区域。这些区域的炉壁温度较高且表面较粗糙，更容易形成结渣，同时也是产生大量焦渣的地方。

因此，确保火焰的中心位置合适至关重要，不能让其偏离中间点或紧贴边缘。这有助于防止软化或熔融的煤灰与炉壁发生黏附，减少结渣的发生。在火焰的布置和调节中，需要特别注意中心位置的控制，以维持适当的燃烧条件，提高锅炉的运行效率，同时减少结渣和焦渣的产生。

4.3 保证合适的煤粉细度和均匀度

粗的煤粉会延长燃烧进程，使燃烧滞后，提高了炉膛出口烟气温度。同时，未充分燃尽的煤粉颗粒在烟气中存在，容易形成结渣。过细的煤粉颗粒易附着在壁面上，降低了换热效率。由于煤种偏离设计值，磨煤机出力受提高煤粉细度的影响，因此保持合理的煤粉细度是避免锅炉结焦和煤粉刷墙的重要手段，将煤粉细度R90维持在15%左右较为合理。

4.4 加强监视，及时清焦吹灰，保持受热面清洁

及时清理积灰结渣是非常关键的，尤其是在初期，清理较为容易。除焦、吹灰等工序越早进行，所需的人工投入就越少。

4.5 保证燃煤质量

运行人员应了解煤种的各项指标，并根据煤种特点采取适当的调节方式和防范措施，确保燃煤质量的稳定。

4.6 其他原因

燃烧器的磨损、安装角度不正确或偏差太大，以及未经修正的喷嘴都可能导致火焰的倾斜和结渣。如果吹灰器数量不足或旋转不畅，无法进行适当的吹灰，也可能导致灰粒附着在加热面上，形成结渣。因此，在燃烧器设计、安装和吹灰器的运行方面需要保证质量，以防止火焰异常和结渣问题的发生。

5、锅炉运行操作预防措施

在设计工况下，应综合考虑设计煤种及检核煤种的结焦趋势，炉膛容积热负荷、截面热负荷和燃烧器区域壁面热负荷均取下限，以达到降低结焦的目的。然而过热器进口烟温在设计值1373℃、设计煤种灰熔点在1350、1290℃之间，可能导致进口烟温偏高，引起过热器下部结焦。

为保持受热面清洁，锅炉必须执行定期吹灰制度，吹灰时注意渣斗的落渣情况。通过水冷壁吹灰能保持水冷壁清洁, 强化炉膛吸热, 降低进入锅炉过热器的烟气温度; 过热器吹灰能及时清除过热器上的结焦, 防止焦块长大导致跌落大焦块砸坏渣斗或冷灰斗水冷壁。

为保证炉内火焰不倾斜，不出现贴墙燃烧，对燃烧进行适当调节。定期测温煤粉管内，防止煤粉管路阻塞引起的炉膛火焰分布不均匀。

通过控制空气流量，保证氧气在合适条件下运行，避免氧气供应过大或过小。在高负载情况下，适度增加操作氧量，可降低炉内烟气温度，避免还原性氛围生成导致结焦。

在锅炉正常运行中，加强受热面温度监测，发现异常上升及时解决。 

适当掺烧灰熔点较高的煤，并且对来煤进行煤灰熔融特性试验分析，以进行合理的入炉煤调质处理。

6结束语

通过对锅炉结焦问题的深入分析和细致探讨，本文提出了一系列有效的预防和解决方案，为锅炉运行提供了有益的指导。合理调节燃烧过程、确保良好的空气动力场、监测受热面温度、保持煤粉质量等措施，都为锅炉结渣问题的解决提供了科学的思路和方法。在实际运行中，操作人员应密切关注锅炉运行状况，及时采取相应的措施，以确保锅炉的安全、稳定和经济运行。

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