B&WB―220/9.81―M型煤粉锅炉结渣原因分析及对策

摘要：本文从燃煤锅炉结渣的机理入手，通过对B&WB―220/9.81―M型煤粉锅炉燃用煤种结渣特性分析，指出现燃用煤种与锅炉炉型耦合存在一定的不适应性是锅炉结渣的主要原因，采取设备改造、运行调整等措施，有效解决结渣问题，实现了锅炉长周期运行。

关键词：锅炉 结渣 原因 对策

1、前言

某分公司热电站锅炉是北京巴布科克.威尔科斯生产，型号为B&WB―220/9.81―M型煤粉锅炉，设计煤种为山西晋城无烟煤，校核煤种为河南新密贫煤，燃烧系统采用四角喷燃、水平浓淡分离燃烧器。

自投产以来，锅炉一直存在着不同程度的结渣问题，主要为炉内结渣、过热器受热面挂渣，多次因结渣严重而被迫停炉。锅炉连续运行时间一般只有30多天，就因结渣问题而被迫停炉，最长运行时间也不超过2个月。结渣严重制约了锅炉的长周期安全运行。

2、燃煤锅炉结焦机理

炉内结焦是复杂的物理化学过程和流体动力学过程。当炉膛内温度较高时，煤中的部分灰粒会呈熔融、半融状态，如果这部分灰粒在到达受热面之前不到足够的冷却，就会有较强的粘附能力，就容易粘附在受烟气（火焰）冲刷的受热面或炉墙上。因渣层热阻较高，外表面温度升高，甚至达熔化状态，容易粘附熔融、半融状态的灰粒和未燃尽的焦炭，便形成初始结焦层，成为结渣继续发展的条件。

3、结渣的原因分析

3.1电站现燃用煤种结渣特性分析

3.1.1现燃用煤种结渣特性

现燃用煤种为新登和高平煤组成的混合煤，对两种煤及混煤的煤质分别做分析。常规分析如表一，非常规分析如表二。从表一分析看，新登煤和高平煤均为低挥发份难燃煤种，其灰的变形温度均大于1500℃，属不易结渣煤种。从表二的煤热重分析看，新登煤及其混煤属于着火特性中等、燃烬特性中等的煤种，而高平煤则属于难燃烬的、难着火的煤种。通过国电热工院测试，新登煤属于中等结渣煤种。煤灰的熔融特性是判断锅炉运行中是否会结焦的主要因素之一。电站锅炉设计煤种变形温度DT＞1400℃，实际燃用高平煤和新登煤以2：1的比例混合煤变形温度也高于1400℃，属不易结焦煤。但实际运行过程中，锅炉结渣问题突出，说明实际燃用煤的灰熔点降低而使锅炉易结渣。

表一、新登、高平煤及其混煤的煤质特性

名称 符号 单位 数值

设计煤 新登煤A 高平煤B 混煤A/B=1/2

挥发份 Vdaf % 8.67 13.40 10.10 10.13

灰份 Aar % 14.46 15.31 14.98 15.31

变形温度 DT ℃ 》1400 》1500 》1500 》1500

表二新登、高平煤及其混煤的热重分析

名称 符号 单位 数值

新登煤A 高平煤B A/B混煤

燃烬指数 Cb / 7.9548 9.7354 8.8420

着火特性 / / 中等 难 中等

燃烬特性 / / 中等 难 中等

3.1.2现燃用煤种煤灰熔点降低的因素分析

灰的化学成分和煤灰周围高温的环境介质(气氛)性质，前者是内因，后者是外因，但两者又是相互影响的。首先，煤中的酸性氧化物（如SiO2、Al2O3、TiO2）和碱性氧化物（如Fe2O3、Na2O、CaO、MgO、K2O）在纯净状态下，其熔点很高。但是，在燃烧时各组分间可能相互反应，生成具有更低熔点的共晶体。其次，煤灰周围介质的性质对灰熔点有较大影响。由于燃烧调整不当及加入瓦斯后使炉壁周围形成的还原性气氛， Fe2O3会还原成FeO，并可能与其他氧化物形成共熔体，灰熔点随含铁量的增加而迅速下降。经验表明，在还原性气氛中，会使灰熔点降低200～300℃，因而结焦增加，使不易结焦煤变为易结焦煤。

3.2.现燃用煤种与炉型耦合问题分析

燃煤锅炉的炉内结渣以及对流受热面的粘污过程、程度不仅与燃煤的特性有关，而且与锅炉结构参数即热容积热负荷和断面热负荷、燃烧器形式及布置等有着密不可分的关系。在煤种一定的条件下，上述锅炉结构参数选择不当的情况下，炉内燃烧过程中，就会在卫燃带、燃烧器喷口以及吹灰器喷口等非吸热面上形成结渣，严重时水冷壁上也会结渣。

河南电力设计院将设计煤种归属于着火难且不易结渣的煤种，故两炉炉膛容积选用比较小，对现用燃煤而言，炉膛容积热负荷就略显偏大。断面热负荷虽然不算高，但由于针对设计煤种利于着火和稳燃设计的109m2卫燃带，以及下二次风口的瓦斯喷口投用，致使燃烧器区域的热负荷于单纯燃用煤粉的热负荷（瓦斯与煤粉相比，燃烧过程短，放热集中）这两个因素致使炉内燃烧器区域的燃烧温度很高，达到了1500℃以上。另一方面，由于实际燃用的新登、高平混煤并非不结渣煤种，特别是新登煤，在非吸热面上容易形成结渣。同时，由于两炉的炉膛容积偏小，因而煤粉气流在炉内停留时间短，炉膛出口温度较高。从而使熔化的灰在流经过热器区域是粘结在过热器受热面上，形成较为严重的挂渣。由上分析，由于实际燃用煤种具有一定的结渣趋势以及瓦斯气的投用，使得锅炉本体设备和燃料之间存在着一定的不适应性，这是炉内结渣和过热器区域挂渣的主要原因。

从燃烧器的形式看，该站采用直流浓淡燃烧器，这对于着火是有利的，但对于燃尽过程和结渣过程却不利。这与现燃煤种有一定的不适应性，也是锅炉结渣的主要原因之一。

综上所述，锅炉现燃用煤种，实际属于中等结渣性能的煤种，和锅炉设备以及燃烧器形式等存在者一定的不适应性，是引起炉内结渣和过热器区域挂渣的主要原因。

4、缓解锅炉结渣对策

经过分析，现燃用煤种和锅炉设备并非不完全匹配。在燃用现用煤种不变的情况下，可通过设备方面的小改造以及运行调整的手段达到减轻、缓解炉内结渣和过热器挂渣。

4.1运行方面

4.1.1控制运行氧量

运行氧量大小不仅影响煤粉气流的燃烬，对炉内结渣和过热器受热面挂渣有一定影响。经调试表明，将锅炉运行氧量控制在5.0%-6.0%之间较为合适。

4.1.2配风方面

二次风配风方式影响一、二次风的混合、煤粉气流的燃烬、火焰的稳定性，进而影响到过热器受热面的挂渣。经过调试，在掺烧瓦斯的情况下，应采用“反双曲线”的配风方式；在不燃用瓦斯的情况下，应采用“均等”配风。

4.1.3加强吹灰器的维护检修，做好吹灰器的投用

吹灰器吹灰是一种比较有效的进一步缓解结渣、挂渣问题的运行手段。在运行中，实施定期吹灰。

4.1.4锅炉负荷分配

通过定期调整锅炉负荷，利用高、低负荷交替变化，从而使炉内结渣和过热器挂渣受热应力的变化而“自行脱落”或强度降低，在此基础上再辅以吹灰，减少过热器受热面因挂渣而形成的堵塞的现象及炉内大块渣的产生。

4.2.设备方面

4.2.1去除部分卫燃带

将卫燃带部分去除，炉膛出口温度较以往同等工况低60-160℃，比较好的减轻了过热器受热面的挂渣程度。

4.2.2.燃烧器改造

将两炉上层燃烧器改为带钝体的普通燃烧器，下层燃烧器保持不变的措施，既可保证稳燃，又可以增加燃烬程度，经运行后发现效果很好。

4.3.3.三次风喷口摆角调整

三次风口下倾，可以缓解这些问题，并且可降低锅炉飞灰可燃物含量以及降低排烟温度，提高锅炉经济性。经过空气动力场调试，下倾70较为理想。

5、结论

通过设备改造，调整锅炉运行方式，锅炉结渣得到了有效控制，连续运行能力有了很大提高。截止目前为止，两炉已连续运行过百天，单炉最长运行达260天，已到达国内同类装置先进水平。

参考文献：

[1]徐通模、金定安、温龙著《锅炉燃烧设备》 西安交通大学出版社 1990.1

[2]山西电力工业局编《锅炉设备运行技术》 水利电力出版社 1985.5

[3]西安国电热工院《我国主要动力用煤燃烧试验结果汇编》1990.10