马伟
华电新疆五彩湾北一发电有限公司
摘 要：随着科学技术水平的提升，国家的大力发展进程，对能源的需求量也越来越大了，这就给各大能源机构企业提出了要求，火力燃煤发电厂自然也不例外。但火力燃煤发电厂有一个普遍存在的问题一直没有得到解决，那就是锅炉结焦的问题，锅炉结焦不仅对发电厂的锅炉运行状态有影响，同时对发电厂的能源产出也有巨大的影响，本篇文章将对锅炉结焦现象进行分析并对有效解决措施进行探讨。
关键词：锅炉结焦；防治措施
一 对锅炉结焦现象展开研究的现实意义
随着社会经济体系的飞速发展，对于能源的需求进一步扩大，因此火力燃煤发电厂的日常能源产出就需要更大的锅炉来进行工作。锅炉容量提升副作用是炉膛受热面的热负荷急剧上升，尤其是超超临界锅炉，对于受热面的受热均匀会有更高的要求。
在燃煤机组火力发电厂运行当中，燃烧器与锅炉的结焦问题，是火力燃煤发电厂的工作人员最头疼的问题，这不仅是关系到火力燃煤发电厂的锅炉燃烧效率，而且严重威胁了锅炉的带负荷能力，同时除焦工作对火电厂也变的更加艰难，加重了工作人员的工作强度。在经过多次尝试之后可以发现，无论锅炉怎样运行，一样会出现结焦现象，导致相关机械设备出现损坏，如果是出现了严重结焦的锅炉，甚至会因为焦块的大量堆积直接导致锅炉被迫停运，影响到了整个火力燃煤发电厂的正常运转。
根据上述情况可知应当对锅炉的燃烧器结构进行分析，再根据实际情况对其运行的方式做出相应的调整，对锅炉的运行状态进行优化，从而确保锅炉在日常工作中能够正常运转。
二 锅炉结焦的机理
锅炉炉膛的火焰中心温度是能够达到1400℃以上的超高温，在锅炉的运转状态中，煤粉燃烧温度极高。这些煤粉在燃烧的过程中会产生大量的灰颗粒以及灰渣，这些灰颗粒以及灰渣在超高温的作用下就会处于熔融状态，再加上炉内的空气动力场的作用下极易成为附着物附着在各个受热面上，从而形成焦点，随着时间的推移，这些焦点就形成了焦块，随之形成结焦现象。
不止在受热面上，燃烧器等设备上也会出现这种现象，因为烟气和灰颗粒的温度是可以随着烟气的流动持续下降的，因此当温度下降到一定程度之后，就被冷却成了固体，附着在受热面或者燃烧器等设备上形成结渣。
锅炉结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上。锅炉烟气中的灰经由一系列复杂的过程之后粘附在受热面上才能形成锅炉结焦现象，进而导致热交换减少、排烟量增大、工质不能正常流动等一系列的不良现象。
当水冷壁出现结焦现象的时候，必须增加炉内的燃料量来保证蒸发量与负荷相对平衡，而这么做带来的影响是风机的负载度提高，风烟系统容易被堵塞，锅炉的出力也受到了限制。此外，排烟量的增加会导致炉膛出口的温度进一步增加，进而可能出现结焦现象。
当锅炉内部出现结焦现象时，如果没有得到及时的清理，那么结焦现象会以非常快的速度加重，当焦块达到一定程度之后，就会影响到锅炉的正常运转，从而使得燃烧状态恶化。
三 影响锅炉结焦的原因
火力燃煤发电厂日常运转的能源主要是来自锅炉的燃烧发力，锅炉在运行状态中会产生大量的高温烟气，再加上煤粉燃烧会产生大量的如灰渣颗粒等附着物，在受到煤粉燃烧过程中的各种因素影响下，就很容易出现锅炉结焦现象，导致相关机械设备受到破坏。
燃烧器的运行方式、射流偏转以及炉内空气动力场失衡都是导致炉内出现结焦现象的主要影响因素。
（1）锅炉运行的核心设备就是燃烧器，他主要是进行风粉的混合作用，从而让煤粉与空气充分的混合，稳定燃烧状态，燃烧器的运行状态直接决定了锅炉运行的安全性、生命周期和稳定性。超超临界锅炉中的燃烧器一般采用旋流燃烧器，旋流燃烧器由圆形喷口组成，燃烧器中有旋流发生器。煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，喷射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。射出喷口后在气流中心形成回流，这个回流叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流拥有了一定热量并达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的边缘向外传播。与此同时，在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫做外回流区，外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。由于二次风也形成旋转气流，二次风与一次风的混合比较强烈，使燃烧过程连续进行，不断发展，直至燃尽。如果风煤配比不合理，再加上内外二次风配比不合适就会影响炉内燃烧动力场，从而产生结焦现象。
（2）由于五彩湾电厂处于准东煤矿地区，属于坑口电厂，故燃烧煤种为准东煤，准东煤特性就是水分中高、结焦强、碱金属含量高，尤其是碱金属CaO的含量高，最高可达60%左右，准东煤的灰熔点在1100-1200℃之间，属于易熔灰，准东煤属于高钠煤，在燃烧过程中燃煤中的钠会以蒸汽的形式析出，与烟气中的硫化物反应生成硫酸钠盐，并容易在换热面上形成粘稠的熔融态冷凝膜，它会捕捉气态重的固体颗粒，进而加速积灰过程，造成管壁腐蚀和积灰。准东煤的特性就是极易结焦，所以要进行掺烧高岭土，如果说掺烧比例不精准，那么锅炉就会极易结焦，给火电厂带来更大的麻烦。
（3）在锅炉运行调整中如果氧量不足，缺氧运行，锅炉水冷壁壁面周围的氧化性气氛变弱还原性气氛增强，当炉膛内的气氛成还原性的时候，燃烧过程就会出现煤粉未充分燃烧的现象产生氧化碳等气体，使得灰颗粒的熔融温度大幅度降低，从而急剧加重了锅炉的结焦现象。
（4）对于火焰的燃烧方式调整不当，磨的组合方式或上层燃尽风的开度不同都会导致火焰发生偏移进行飞边燃烧，火焰冲刷水冷却壁，烟气中的灰分经过冷却附着在水冷却壁上，导致水冷却壁上出现结焦现象。
（5）煤粉的细度没有进行合理的调整，磨煤机运行不正常，导致煤粉的细度变粗，从而延长了煤粉的燃烧时间，未在一定时间内燃烧完毕的煤粉遗留下来，在受热面上形成了结焦现象，如果此问题一直没有被发现解决那么结焦现象会急剧加重。
（6）结焦与燃烧调整有关，燃烧调整不合理，一次风压过低，风速过低，煤粉过细，着火早，二次风速过大，均会引起煤粉气流擦墙而产生结焦。
（7）锅炉运行时负压太高，漏风严重，使主燃烧区严重缺风，还原性加强。
（8）炉膛容积热负荷过大：由于锅炉设计不合理或锅炉长期超出力，而造成炉膛容积热负荷过大，炉膛温度过高，超过灰熔点，锅炉就会很容易结焦。
（9）结焦与锅炉设备漏风有关，炉膛漏风增大，进入炉内的风量减少，降低了燃烧室的温度，推迟燃烧进程，这样就会使燃烧不充分的煤粉粘结在过热器受热面上产生结焦现象。如果是冷灰斗处漏风就会抬高火焰中心，火焰拉长，导致炉膛出口烟温升高，容易引起屏过结焦。空预器漏风，不但引风机电耗增大，而且部分送风量进入烟道，容易造成炉内缺氧。
（10）结焦与燃烧器喷射角度有关，若燃烧器安装角度有偏斜、燃烧器本身存在缺陷，扩散角过大，也会产生结焦现象。
导致结焦现象出现的影响因素是非常多的，炉型选择和设计不佳、煤粉细度不合理、煤质差或掺烧不合适、吹灰不及时或吹灰频次不够、煤粉燃烧时没有进行合理配风、氧量不足、长期超负荷运行、燃烧调整不正常等都有可能产生锅炉结焦现象，进而影响到锅炉的正常运转。
四 锅炉结焦的防治措施
（1）选择合适的炉膛热力参数，锅炉设计时重点考虑如何控制炉膛出口温度，排烟温度等，通过选取较低的炉膛容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域受热面热负荷，增大管子间节距，或者增大炉膛高度，防止结焦、积灰。
（2）采用降低氮氧化物排放的手段后，为降低两侧墙水冷壁发生高温腐蚀的趋势，在前后墙水冷壁靠近侧墙处设计有贴壁风，其目的是在炉膛侧墙水冷壁附近形成保护性气氛预防或改善侧墙水冷壁高温腐蚀和结焦。贴壁风风门开度要根据水冷壁结焦情况进行试验调整，调整到最佳状态。
（3）锅炉排烟温度设计应该偏低一些，包括炉膛出口烟温，降低煤灰的软化温度，防止结焦。
（4）随着能源的开采，火电燃煤发电厂的用煤量也开始紧张起来，因此进入燃煤发电厂的煤的品质具有多样化的特征，导致实际的掺配和掺烧的煤种与设计燃煤的煤种有较大的差异，因此，需要将进入火力发电厂的煤的品质进行多次采样参照分析，将不同品质的煤分开存放，严格把控入炉煤，做到精准掺烧，掺烧高岭土时比例要合适，数据要精准，然后根据国家相关规定以及自己火电厂实际燃烧煤种特性选择合适的掺烧品种的煤，进行合理掺配和掺烧，这种方法虽然不能完全保证实际燃烧的煤种与设计所需的煤种一致，但可以将煤质的影响降到最低，从而大幅度降低煤质对于锅炉结焦现象的影响，
（5）锅炉内的燃烧器结构是影响锅炉内空气动力场平衡的重要因素，重点是将燃烧器外二次风旋流强度降低，増加整个风粉的射流刚性，进一步减少煤粉贴壁的可能。应根据炉膛测温情況，对各燃烧器的内、外风门进行调整，应将A，F层的外二次风门开大，内二次风关小，以增加内二次风的射流刚性，减轻火焰偏斜程度。其次适当的调整内、外二次风，还能增大回流区域，这样就有更多的烟气被卷吸回来进行二次重新燃烧，使得燃烧充分，合理的调整锅炉燃烧器内外二次风可以防治结焦现象。
（6）在煤粉进入锅炉之前，必须保证煤粉是最佳细度状态，做好磨煤机动态分离器的调整工作，保证煤粉细度和均匀性合格，参照飞灰含碳量在线检测结果和炉渣日化验报告确定运行中分离器的转速。如果煤粉粗，火炬拖长，粗粉就会因惯性作用直接冲刷受热面。再则，粗煤粉燃烧温度比细煤粉烟温高许多，熔化比例高，冲墙后容易引起结焦。调整原则为磨煤机由下到上煤粉细度依次变细，使煤粉细度R90接近设计值18％，减少因煤粉过细造成局部热负荷偏高或炉膛出口温度高而结焦的可能。考虑到磨煤机运行一段时间后，磨辊之间有磨损，重新调整液压油加载力，从而降低或延缓结焦现象。
（7）燃烧方式调整：锅炉设计为前后墙3层对冲燃烧，所以在实际运行中应尽量采用对称方式投入磨煤机组，特别要防止某个磨煤机检修时间过长，造成单侧燃料投入过多增大局部结焦的可能；其次，对上下层燃烧器的出力进行调整，分散各燃烧器的出力，避免单个燃烧器喷口出力过大，炉膛热量过于集中。最有可能结焦的F，A层（最下层）两侧燃烧器轮流切换运行。在控制好脱硫出口NOx情况下，降低磨煤机给煤量，多投用一台磨，从而降低单个燃烧器出口热负荷。
（8）)锅炉在进行燃烧时，如果火焰中心产生偏移就会导致火焰直接冲刷水冷壁导致结焦现象，因此需要对火焰中心进行严格把控，同时还可以通过增加炉内过剩空气系数等方式来减少锅炉内的结渣量。
（9）炉膛易结渣区域合理增加和布置吹灰器数量，受热面清洁的炉膛，水冷壁附近的烟气受到足够的冷却使灰粒固化，有利于防止结渣。相反当受热面沾灰时，往往诱发炉内结渣，而一旦结渣，烟气得不到冷却，更易结渣，形成恶性循环，因此及时、全面有效吹灰就成为防止结渣的重要手段。整个炉膛区域布置足够数量的炉膛吹灰器可有效地保证炉膛水冷壁的清洁。
（10）运行人员按照吹灰规定进行定期吹灰，合理控制吹灰频率，保证吹灰器正常使用，尽量保持炉膛水冷壁和水平烟道、尾部烟道等部位的清洁。吹灰期间，加强对排渣系统的监视。结焦、沾污严重时，可考虑连续吹灰，或者多次吹灰，吹灰时保证疏水温度大于260℃以上，防止吹灰带水。吹灰时要监视吹灰参数稳定，吹灰枪进退正常，发现异常及时通知检修处理，合理的吹灰能有效防止锅炉受热面结焦。
五 结语
由于导致结焦现象的影响因素有很多，所以锅炉结焦问题一直很难控制，想要减轻或延缓锅炉结焦现象，就必须从多个角度入手，如炉型的优化、合理配风、合理掺配煤质、合理分配煤量、及时吹灰、正确调整燃烧等，总之大致是从两个总方向去进行着手，一是减少炉内因各种因素影响而出现的附着物和结渣，二是及时清除积灰或者结焦物质。只要控制好这两个总方向，那么锅炉结焦现象就能得到很好的控制。
参考文献：
[1]林情，660MW超临界锅炉结焦原因分析与治理[J]，科技展望，2016
[2]吴安顺，600MW超临界直流锅炉结焦的原因分析与对策[J]，机电信息，2016
[3]董志乾，张聪，660MW超临界锅炉结焦原因分析与治理[J]，能源科技，2020