锅炉炉膛结渣的原因和对安全运行的影响分析

【摘要】本文主要从锅炉结渣的危害、引起锅炉结渣的原因和锅炉结渣的防范措施这三个方面讨论了电厂燃煤锅炉结渣的问题。

【关键词】锅炉 结渣 危害 防治措施 煤质特性

随着国内大容量机组国产化技术的发展，火电机组的装机容量越来越大。但因我国各地动力煤煤质差异过大，炉膛结渣和受热面沾污等现象较普遍，限制了锅炉出力，威胁机组的安全运行。针对各地煤质特性特点，以及锅炉本身的特性，预测煤质结焦倾向，寻找防止和减轻结焦的方法和措施，对提高锅炉的经济性和安全性有着重要的意义。

1 结渣的危害

所谓“结渣”是指在受热壁面上熔灰积聚的过程。其本质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而形成的结渣。结渣轻则弱化传热、导致锅炉热效率降低和NOx排放量增加，重则会导致机组降负荷运行或停炉，甚至发生其它更为严重的恶性事故。其危害主要表现在以下几个方面：

（1）降低炉内受热面的传热能力。灰污在受热面上沉积后其热阻很大，在水冷壁上结渣会使水冷壁导热能力降低、炉内吸热量减少、炉内火焰中心向后推移、炉膛出口烟温相应升高、排烟热损失增大，影响运行经济性。一般污染数小时后水冷壁传热能力会降低30%～60%。同时结渣严重时由于传热阻力增大，锅炉无法维持满负荷运行，只得增加投煤量，引起炉膛出口烟温进一步升高，使得灰渣更易粘附在受热面上，从而形成恶性循环，并诱发一系列恶性锅炉事故，如过热器和省煤器管束堵灰、爆管，出渣系统堵死等。

（2）由于炉膛出口烟气温度升高，会导致过热器壁温升高过热爆管。炉膛出口烟气温度升高，飞灰易粘附在对流和屏式过热器上，引起过热器结渣、沾污和腐蚀。

（3）在喷燃器出口处，可能会因结渣而影响煤粉气流的正常喷射，引起气流偏移，形成局部高温，烧坏喷燃器。

（4）燃烧室上部大块灰渣掉落时，会砸坏水冷壁管和排渣系统，有可能使排渣系统出口发生堵塞，造成炉膛灭火，甚至人身伤亡。

（5）在传热减弱的情况下，为维持锅炉出力需消耗更多燃料，使引、送风机负荷增加，因此引起电耗增加。并且由于通风设备的容量有限，加之结渣时易发生烟气通道阻塞，可能会造成引风量不足。

2 引起锅炉结渣的原因

根据有关文献资料对电厂结渣锅炉进行分析调查，影响燃煤锅炉结渣因素主要有4个：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的运行管理。锅炉发生结渣多是各种因素复合作用的结果，以煤质特性影响最大，锅炉特性参数次之，然后是空气动力场特性，运行管理方面的原因也不可忽视。

2.1 煤质特性

在影响结渣的因素中，煤质特性是主要的。近几年来，由于燃料供应紧张，往往煤质很难满足锅炉设计煤种的要求。煤在燃烧时，其灰分熔融特性温度高低是判断煤灰是否容易结渣的主要指标。灰的成分不同，其熔点也不同。当煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时，灰熔点低，就容易结渣；当煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点就高，就不容易结渣。

2.2 锅炉设计特性参数的影响

煤粉锅炉炉膛是锅炉最主要的组成部分之一，除了与燃烧器一起形成良好的燃烧条件以利于燃料着火外，主要是保证燃料的燃尽和将燃料产生的烟气冷却至必要的程度。炉膛结构设计特性对结渣影响很大，炉膛容积热负荷qv、炉膛截面热负荷qf是根据设计煤种和额定参数设计的。qv过大表示炉膛容积过小，炉膛水冷壁面积设计过小，炉膛内火焰温度高，容易造成结渣；相反，如果qv过小，则表示炉膛容积过大，炉内水冷壁布置增加，炉膛内火焰温度偏低，容易灭火。炉膛截面热负荷qf决定炉膛截面尺寸，qf越小，表示释放同样热量时，炉膛截面愈大，炉膛截面周界长度也大，燃烧区域每米炉膛高度沿横截面周界所具有的辐射受热面越多，传热能力越强，就越不容易结渣。qf选取比qv更为重要，因为这一数值的大小决定了炉膛形状，直接影响空气动力场，它的选取与燃料种类、灰渣特性、排渣方式、燃烧方式有关。随着锅炉容量的增大，燃烧器采用多层布置，燃烧器区域壁面热负荷qf表示炉内燃烧区域温度水平与换热强度，是设计大型锅炉时作为qv和qf的一种补充指标，qr越大说明炉膛燃烧区域受热面温度水平高，容易引起受热面结渣，为了防止qr过高，可将上下排燃烧器距离拉大，降低qr，对燃用有严重结渣倾向的煤有利。2.3 空气动力场特性影响

炉内空气动力工况不良而造成的燃烧切圆过大或燃烧中心偏离，也会造成高温烟气流冲刷水冷壁面，使熔渣在接触壁面前无法凝固而结渣。

2.4 运行管理方面的原因

炉内过量空气系数、四角风粉的均匀性、炉内温度水平、煤粉细度、一次风速、锅炉是否超负荷运行等都会影响结渣。另外，是否及时吹灰对炉内结渣也有影响。

3 运行中防止结渣的措施

3.1 加强煤质管理

应加强对燃煤的分析，准确判断燃煤是否符合锅炉设计煤质或接近设计煤质的主要特性。如果燃煤易结焦，在有条件的情况下可以掺烧不易结渣的其他煤种。

3.2 加强燃烧调整

通过试验进行燃烧调整，确定锅炉在不同的负荷下燃烧器及磨煤机的合理投运方式，防止燃烧器区域热负荷过于集中。尽量不要在高负荷时油煤混烧，以避免燃烧器区域出现缺氧现象。通过试验，确立合理的经济煤粉细度，确定合宜的一、二次风的风率、风速和风煤比，以及燃料风、辅助风的配比，避免火焰中心过分上移造成屏区结渣，避免火焰偏斜冲刷炉壁。3.3 加强锅炉运行工况的监督

运行中发现有结渣现象时，应及时处理，避免结渣扩大化。定期分析锅炉运行工况，在燃用易结渣的煤时，要重点分析减温水量的变化和炉膛出口温度的变化规律，以及过热器、再热器管壁温度的变化情况。锅炉在额定工况运行时，若发现减温水量异常增大和过热器、再热器管壁超温，或喷燃器全部下倾，减温水已用足，而仍有受热面管壁超温时，应适当降负荷运行并加强吹灰。

3.4 加强焦渣的清除

周期性地改变锅炉负荷是控制大量结渣、掉渣的一种有效手段。在夜间电网负荷低时降低锅炉负荷，可以有效地清除炉膛及过热器区域的焦渣。坚持按规程进行炉膛吹灰，定时巡检炉膛四周的着火孔，及时人工清除燃烧器区域的浮焦，避免结渣扩大化，并加强吹灰器的缺陷管路的维修管理。

4 结论

引起锅炉结渣的原因主要有煤质特性、锅炉设计特性参数、空气动力场特性和运行管理这四方面的原因。锅炉发生结渣多是各种因素复合作用的结果，以煤质特性影响最大，锅炉特性参数次之，然后是空气动力场特性，运行管理也不可忽视。认真分析具体锅炉的结渣原因，实施有针对性的对策，锅炉结渣还是可以解决的。

参考文献

[1] 罗晓，郑永利.锅炉受热面结渣的危害与预防.石油化工腐蚀与预防，2004，21（3）：60-62

[2] 韩天财.燃煤锅炉塌焦运行特征及预防措施.东北电力技术，2006，10：24-26