循环流化床锅炉结焦原因分析及预防措施

[摘要] 在电厂锅炉运行中，锅炉结焦是一个长期存在并且一直困扰着电厂锅炉运行人员的主要问题。为了提高循环流化床锅炉的经济性、安全性、稳定性，分析了循环流化床锅炉结焦的原因，认为其主要因床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度，以及炉内流化工况不良等所致。对此提出了改变燃煤焦结特性，严格控制运行参数，尽量缩短压火时间等措施，以避免循环流化床锅炉结焦。

 [关键词]  1、床料  2、结焦  3、灰熔点  4、运行参数

一、循环流化床锅炉结焦的机理

锅炉结渣是个很复杂的物理化学过程。它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结渣倾向、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程。

在燃料中都或多或少地含有灰分，特别是劣质煤的含灰量较多。灰分状态变化时经历三种温度：变形温度、软化温度、熔化温度。其中软化温度在熔融特性温度中为重要。在固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度高达1400℃ -1600℃。煤粉在炉膛内燃烧后一部分灰在炉内高温环境下呈熔化或半熔化状态。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，就容易粘附在受烟气火焰冲刷的受热面或炉墙上，产生结焦。一旦结焦发生，由于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，从而形成更大的焦块。

二、循环流化床锅炉结焦的危害

1、锅炉效率下降

受热面结渣后，使传热恶化水冷壁的吸热量降低烟气温度升高，造成排烟温度升高，锅炉热效率下降，燃烧器出口结渣，造成气流偏斜，燃烧恶化，有可能使机械未完全燃烧热损，化学未完全燃烧，热损失增，在炉膛出口处结焦，使锅炉通风阻力增，厂用电量上升。使锅炉的经济性变差。

2、影响锅炉的出力

水冷壁结渣后，由于大量的结渣附着在水冷壁上，受热面内汽水混合物吸热效果下降，如保持燃料量不变，则锅炉的蒸发量将下降，炉膛出口烟温升高，蒸汽出口温度升高，管壁温度升高。当结焦严重时，通风阻力的增，增引风机出力，当引风机出力到大时被迫降低锅炉出力。

3、影响锅炉的安全性

结渣后过热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温，结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增，对自然循环锅炉的水循环安全性以及强制循环锅炉的水冷壁热偏差带来不利影响。炉膛上部结渣块掉落时，可能砸坏冷灰斗水冷壁管，造成炉膛灭火或堵塞排渣口，使锅炉被迫停止运行，除渣操作时间长时，炉膛漏入冷风太多，使燃烧不稳定甚至灭火。锅炉的大焦块掉在冷渣机后，产生大量的水蒸气，破坏冷渣机的水封，同时使炉底漏入大量冷风，造成燃烧器区域，尤其是下排燃烧器区域煤粉火焰着火状况的严重恶化，使炉膛负压产生剧烈波动，超限而引起锅炉灭火。

 三、循环流化床锅炉结焦分类

循环流化床锅炉结焦一般分为高温结焦、低温结焦和渐进性结焦3 种。

 1、 低温结焦就是当床层整体温度低于灰渣的变形温度，由于局部超温或低温烧结引起的结焦。常在起动和压火时的床层中发生，并有可能发生在高温旋风分离器的灰斗内以及外置换热器和返料机构内。

 2、 高温结焦是指床层整体温度水平较高而流化正常时所形成的结焦现象。其特点是面积大，甚至波及整个炉床，而且从高温焦块表面上看是熔融的，冷却后呈深褐色，质地坚硬，并夹杂少量气孔。

 3、渐进性结焦是运行中较难察觉的一种结焦形式主要因布风系统设计和安装质量不好、给煤颗粒度超出设计值、运行参数控制不当、风帽错装或堵塞等所致。

这3种结焦类型并不是明显分离的，不论是哪种类型的结焦一旦渣块在床料中存在并随着时间的推移，焦块将越来越大，结果会堵塞排渣管甚至被迫停炉。

 四、循环流化床锅炉结焦现象及分类

循环流化床锅炉结焦现象一般分为局部结焦和大面积结焦2种。

关于局部结焦的现象

1、结焦部分的床温测点指示值偏高。

2、稀相区、炉膛出口温度、排烟温度和烟气含氧量的指示值偏高。

3、床位指示增长过慢，严重时床位降低。

4、炉膛负荷减少。

5、炉膛燃烧刺眼，有固定火舌出现。

关于大面积结焦的现象

1、一次风机电流摆动大、指示偏高，稍开一次风挡板，电流增长幅度大。

2、床温指示达到大。

3、稀相区、炉膛出口温度、排烟温度和烟气含氧量的指示值偏高。

 4、床位及一次风出口风压指示值降低。

5、炉膛内炉料不流化，燃料在床层表面进行。

6、负荷、气温和气压急剧下降。

7、不下渣，正压向外喷火星和黑烟。

五、循环流化床锅炉结焦原因分析

循环流化床锅炉结焦的主要原因是床料局部或整体温度超过灰熔点或烧结温度，以及炉内流化工况不良等。

1、燃料的影响

若煤的灰熔点低，当煤颗粒在炉膛内较高温度下熔化成液态或软化状态时，相互黏结，且自身燃烧放出的热量无法及时传出，就会产生结焦。其次，运行中给煤量过大，使料层中含煤量过多，料层温度升高，燃烧气氛更加趋于还原性气氛，煤的灰粒容易达到熔融及软化状态而结焦。另外，煤种变化太大，燃料制备系统选择不当，煤粒度太大或粗颗粒份额较多也会严重影响床层的流化，导致密相区超温而结焦。

2、运行参数的影响

运行中一次风量太小或减风至流化极限以下，会造成料层流化不好而出现局部温度过高的情况。一旦局部出现结焦就会黏结周围的颗粒而使结焦扩大。这种情况主要发生在起动过程中，因为起动时料层太低，风量较小，整个料层未能均匀地达到较好的流化状态。另外，料层差压是一个反映燃烧室料层厚度的参数。在锅炉运行中，料层厚度大小会直接影响锅炉的流化质量，如料层厚度过大，有可能引起流化不好造成炉膛结焦或灭火。

3、返料影响

返料风过小，或返料器突然由于耐火材料的塌落而堵塞，或因料层差压高放循环灰外泄失控等原因，返料无法正常返至炉内都会造成床温过高而结焦。若此时再通过加煤来维持压力及汽温，则床温在返料未回炉膛及加煤的双重作用下会急剧上升而导致床上结焦。若运行中返料温度过高，可能会造成返料器内结焦。

4、结构方面的影响

布风板设计不良、风帽布置不合理或风帽损坏，造成布风板布风不均，会造成部分料层不流化而产生结焦。另外返料阀设计不当，返料风可能导致阀体内可燃物的燃烧，从而使返料温度升高造成返料器内结焦。

5、点火过程中由于料层薄，床温升涨过快，造成超温。

6、热态启动时，由于操作缓慢，造成炉料局部不流化。

7、点火过程中，单侧煤气点火装置运行，底料受热不均，流化状态破坏。

8、保温砖脱落或风帽脱落，床上有异物破坏流化。

9、运行操作人员问题。

六、循环流化床锅炉结焦处理

电厂在工业生产中的作用是举足轻重的，因此要保证发电量指标的完成就要有稳定的工作环境，最主要的就是锅炉的稳定经济燃烧。所以对锅炉结焦这种现象的及时处理就显的尤为重要。

1、局部结焦发现有焦块，放渣口不下渣时，可适当提高一次风压，并及时连续捅渣，直到下渣正常为止。

2、如煤质配备不当，应汇报总调，并在上煤时改变配比，可适当降低负荷运行。

3、大面积结焦时，立即停炉。

4、根据要求，启动风机冷却，冷却后及时处理。

七、预防循环流化床锅炉结焦的措施

为了保证锅炉的安全、经济、稳定运行，就必须要采取相应的措施来阻止锅炉结焦现象的出现。

1、改变燃煤的焦结特性，保证良好而稳定的入炉煤质，入炉煤颗粒度符合要求。

2、在每次锅炉起动前认真检查风帽、风室，清理杂物。起动时，应进行冷态流化试验，确认床层布风均匀，流化良好。

3、加快起动速度，尽量缩短煤、气混烧时间。点火初期当床温达到投煤温度时，应立即投煤，燃烧稳定后果断断油。在事故处理过程中，也应及时断油，使煤油混燃时间缩短，避免结焦。

4、锅炉起动期间，返料装置必须充满灰后方可投入，以防风反窜。点火初期先不投返料风，待底料中的细灰充满返料装置后则应开返料风，保证床内有料。

5、点火过程中，床温达到 500℃以上可加入少量的煤以提高床温。刚开始投煤时，不得过快过猛，遵循少量间断的原则。如果加煤量过多，由于煤粒燃烧不完全，整个床料含碳量增一旦加大风量，就会猛烈燃烧，床温上升很快，甚至超过灰的软化温度，结果造成整床超温结焦。点火给煤过程中若发现底料局部发亮或底料温度急剧升高，说明底料有结焦的趋势，则应该减少给煤量，增加风量避免结焦。

6、综合考虑结焦和控制 NOx 的影响床温应控制在850-950℃之间，高不应超过 1000℃。通过调整风煤配比及返料量控制。如因煤粒变粗或煤质变差等原因引起床温波动，应视情况适当提高一次风量来流化床层，抑平床温，以免出现大颗粒沉积，造成局部或整体超温结焦现象。如床温几点极不平衡或个别点极高，应遵循就高不就低的原则及时进行处理。国外的研究报告和国内运行经验证明，流化床中的结焦温度比煤粉炉中低得多。一般情况下，流化床中温度低于灰软化温度150 -250℃就开始结焦，因此建议控制局部床温不能高于950 -1000℃。另外在低负荷运行时，如发现床温突然下降，除了断煤外，很可能是床料沉积，这时若增给煤量，反而会加剧沉积，使流化床的流化质量变差，造成局部结焦。当判明是床料沉积时，应打开冷渣排放管放渣，待床温正常后适当调节至较高负荷下运行。变负荷运行时，也应控制床温在允许范围内，做到升负荷先加风后加煤，降负荷先减煤后减风，燃烧调节要平稳避免床温大起大落。

7、运行时应控制返料温度高不能超过1000℃+ T%，温度过高有可能造成返料器内结焦，特别是在燃用较难燃的无烟煤时。因为存在燃料后燃情况，温度控制不好极易发生结焦。返料温度可以通过调整给煤量和返料风量来调节，如温度过高，可适当减少给煤量并加大返料风量，同时检查返料器有无堵塞，及时清除。保证返料器的通畅。

8、料层差压应控制在5 -7kPa 之间。料层的厚度可以通过炉底放渣管排放底料的方法来调节。锅炉运行中如果料层差压超出正常范围，说明流化不正常，下部有沉积或结渣，此时，可短时开大一次风，吹散焦块，并打开放渣管排渣，如不能清除，应立即停炉检修。采用人工放渣要及时，做到少放勤放，不允许一次放过多的床料，不得用压风的方式降低料层差压。排出的炉渣有渣块应汇报司炉，排渣结束后排渣门要关闭严密。

9、运行过程中，保持合理的风煤配比及一、二次风配比。运行中一次风量不得低于对应料层厚度下的低临界流化风量，以保证床料流化正常。二次风补充燃烧中氧的不足，其调整应根据燃煤挥发分的高低随负荷进行。

10、压火时首先关闭返料阀风、二次风机然后停止给煤机。待料层温度比正常温度降低 50 ℃左右时，立即停止一次风机和引风机，并迅速关严送风门，使料层从流化状态迅速转变为静止堆积状态，与空气隔绝，动作越快越好。

11、对于高温分离器，保证任何时候含氧量不低于 3-5 % 以降低飞灰可燃物含量，避免分离器和返料机构内发生二次燃烧而超温。运行中要定期察看返料的情况，监视返料器床层的温度是否正常。

12、应确保合格的炉内浇注料及耐火耐磨材料质量及施工质量，避免因浇注料等材料塌落而引起结焦。

八、结语

循环流化床锅炉结焦不单会影响到锅炉的安全稳定运行，甚至还会损坏设备。在流化床锅炉运行中，要认真做好冷态试验，保证良好的流化质量，同时要认真调整好煤量、风量，严格控制床温及料层差压等运行参数，这样可以避免流化床锅炉结焦。（建湖公司   王建东）