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SZS型煤粉工業(yè)鍋爐的結(jié)焦原因與防治措施

文檔作者：何海軍文檔來源：煤炭科學(xué)研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月28日
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· 運(yùn)行與管理· SZS型煤粉工業(yè)鍋爐的結(jié)焦原因與防治措施 55
文章編號：1004-8774(2013)04-0055-03
SZS型煤粉工業(yè)鍋爐的結(jié)焦原因
與防治措施
何海軍
(煤炭科學(xué)研究總院，北京100013)
Analysis and Control Technology of Slag-bonding in
Type SZS Pulverized Coal Fired Industrial Boiler
HE Hai-jun
(China Coal Research Institute，Beijing 100013，China)
摘要：結(jié)焦對鍋爐的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行有較大危害，通過對影響煤粉工業(yè)鍋爐結(jié)焦原因的分
析，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，總結(jié)了鍋爐系統(tǒng)完善設(shè)計(jì)的建議以及實(shí)際運(yùn)行中預(yù)防結(jié)焦的措施，取得了較
好的效果。
關(guān)鍵詞：煤粉工業(yè)鍋爐；結(jié)焦；分析；防治
中圖分類號：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
O 引言
煤粉在燃燒過程中熔化了的灰渣如果在凝固以
前沖刷到水冷壁便會(huì)粘結(jié)在上面，即產(chǎn)生結(jié)焦? 。
結(jié)焦一旦開始，越結(jié)越多，不斷蔓延，影響受熱面的
傳熱，造成爐膛出口煙氣溫度升高，鍋爐出力和效率
降低等后果，嚴(yán)重時(shí)將影響系統(tǒng)水循環(huán)致使鍋爐爆
管等事故的發(fā)生。清渣過程，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)
度較大，易引起燙傷等安全事故。因此，如何減緩或
避免鍋爐結(jié)焦對鍋爐生產(chǎn)者和使用者都是一項(xiàng)重要
的工作。
結(jié)焦的內(nèi)因是煤質(zhì)特性，包括灰熔點(diǎn)和粘結(jié)性
等。結(jié)焦的外因影響因素較多，但最根本的一條是
爐內(nèi)空氣動(dòng)力場組織得不好，一旦出現(xiàn)火焰沖刷到
水冷壁上，就可能引發(fā)結(jié)焦。本文結(jié)合在用鍋爐實(shí)
例，研究分析該類型鍋爐結(jié)焦形成的原因并且有針
對地采取措施，有效防止鍋爐結(jié)焦，提高鍋爐的運(yùn)行
效率與生產(chǎn)連續(xù)性。
l 結(jié)焦?fàn)顩r
某大型煤炭企業(yè)配置有9臺(tái)20 t／h型號為SZS
20—1．6一AⅢ型煤粉工業(yè)鍋爐，燃燒器水平布置，
鍋爐本體采用D型、膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，少量灰渣通
過爐底水封刮板機(jī)排出。燃燒室(燃燒器的組成部
收稿日期：2013-05-06
作者簡介：何海軍
(1979一)，工程師，
碩士，從事煤炭燃燒
與煤粉工業(yè)鍋爐技
術(shù)開發(fā)工作。
分，在該設(shè)備中，煤粉被點(diǎn)燃并初步燃燒)與鍋爐本
體的對接與布置方式見圖1，鍋爐本體主要設(shè)計(jì)參
數(shù)見表1。
圖1 燃燒器與鍋爐本體布置方式示意
表1 鍋爐本體設(shè)計(jì)參數(shù)
項(xiàng)目
額定蒸發(fā)量／(t·h )
額定工作壓力／MPa
額定蒸汽溫度／℃
給水溫度／℃
爐膛輻射受熱面／in
設(shè)計(jì)熱效率
排煙溫度／℃
設(shè)計(jì)燃料
參數(shù)
20
1．6
204．3
104
60
90％
150
三類煙煤煤粉
2010年，9臺(tái)鍋爐陸續(xù)投運(yùn)后，運(yùn)行狀況總體良
好，但鍋爐結(jié)焦情況也有發(fā)生，主要結(jié)焦部位集中于
燃燒室及其出口、爐膛中前部以及回燃室(爐膛與
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56 工業(yè)鍋爐 2013年第4期(總第140期)
對流管束區(qū)的折彎處)等處，見圖1、表2。鍋爐結(jié)焦
不僅對鍋爐的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成影響，也給鍋爐的
安全運(yùn)行帶來隱患。因此，如何采取措施，預(yù)防鍋爐
結(jié)焦，確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行是鍋爐房日常管理的重點(diǎn)
工作之一。
表2 結(jié)焦部位分布
類別 部位
類型1 燃燒室擴(kuò)散錐與收斂錐交界處
刑，
燃燒室與爐膛結(jié)合處，即燃燒室出口處，呈
～ 柱狀深入爐膛
類型3 爐膛前部，呈平鋪狀
類型4 爐膛中前部，灰斗分割梁處，呈山峰狀
類型5 附著于對流管上，堵塞煙氣通道
3 原因分析
3．1 煤質(zhì)特性
煤質(zhì)特性是鍋爐結(jié)焦的內(nèi)因。對于不同煤種，
煤灰的結(jié)焦特性差別很大，主要與灰的化學(xué)成分及
其礦鹽結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。大量的研究已總結(jié)出了很多
的結(jié)焦特性判別準(zhǔn)則，主要包括灰的熔融溫度、灰的
粘度和灰的成分，這些都與煤質(zhì)特性有關(guān)?；业娜?
融溫度越低、粘度越大，就越容易結(jié)焦。煤粉在燃燒
時(shí)，其灰分熔融溫度用變形溫度DT、軟化溫度ST、
熔化溫度F 值來表示。軟化溫度ST的高低是判
斷煤灰是否容易結(jié)焦的主要指標(biāo)，軟化溫度越低，則
結(jié)焦性越強(qiáng) J。
3．2 爐內(nèi)氣氛條件
煤灰是多成分的復(fù)雜化合物，同一煤種的灰渣
在不同的煙氣介質(zhì)中，化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化，灰熔點(diǎn)
也隨著成分的改變而改變。同一煤種的灰渣，在弱
還原性中，其灰熔點(diǎn)較低，在氧化性中則較高。這是
因?yàn)樵诓煌臍怏w介質(zhì)下，煤灰中的化學(xué)成分發(fā)生
了氧化還原反應(yīng)。運(yùn)行中操作不當(dāng)，燃燒調(diào)整不合
理，都會(huì)在爐膛內(nèi)局部區(qū)域產(chǎn)生一氧化碳和氫氣等
還原性氣體。在這種氣氛中，灰中熔點(diǎn)較高的
Fe 0，將還原成熔點(diǎn)很低的FeO，使灰熔點(diǎn)降低很
多，甚至可能降低300～350℃，因此大大增加了結(jié)
焦的可能性 。
3．3 爐膛結(jié)構(gòu)特性
爐膛設(shè)計(jì)與燃燒器布置對鍋爐結(jié)焦有重要影
響。同一煤種，在爐膛設(shè)計(jì)與燃燒器布置不同的鍋
爐中，受熱面的結(jié)焦程度會(huì)有很大差別。設(shè)計(jì)爐膛
時(shí)，選用較低的斷面熱負(fù)荷和容積熱負(fù)荷有利于防
止鍋爐結(jié)焦 J。燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置方式對
鍋爐運(yùn)行性能有著直接影響。為防止受熱面結(jié)焦，
應(yīng)確保燃燒器安裝的精度，避免偏置導(dǎo)致火焰偏斜
沖刷爐墻貼壁燃燒，該狀況不僅導(dǎo)致燃料燃燒不完
全也將為爐膛結(jié)焦提供外在條件。燃燒器噴入爐膛
內(nèi)的火焰直徑應(yīng)適當(dāng)小于爐膛直徑(寬度和高度)，
特別是主燃高溫區(qū)，避免火焰沖刷受熱面是緩解爐
膛結(jié)焦的重要保障，因此燃燒器噴入爐膛火焰的最
大直徑是爐膛設(shè)計(jì)的主要依據(jù)參數(shù)。
3．4 爐內(nèi)空氣動(dòng)力場
影響氣流偏離的重要因素是燃燒器出口氣流在
爐膛內(nèi)所形成的旋流直徑及爐膛形狀，氣流旋轉(zhuǎn)直
徑增大，火焰爐膛充滿度好、燃料爐膛停留時(shí)間長，
燃料燃盡率及系統(tǒng)熱效率將升高，但氣流旋轉(zhuǎn)直徑
過大，也可能引起火焰偏轉(zhuǎn)貼壁，以至引起結(jié)焦 。
因此，較小旋流直徑是減少氣流偏離，避免氣流沖刷
水冷壁的重要措施。
3．5 運(yùn)行參數(shù)調(diào)整
操作參數(shù)、操作條件設(shè)置不合理也是引起鍋爐
結(jié)焦的重要因素。燃燒時(shí)低負(fù)荷運(yùn)行、風(fēng)量不足，主
火炬前移、集中，并引起局部超溫可能會(huì)引起鍋爐結(jié)
焦；超負(fù)荷運(yùn)行、主火炬超溫，也可引起結(jié)焦；爐膛下
部漏風(fēng)引起空氣動(dòng)力場偏移，火焰掃壁以及煤粉過
細(xì)或過粗，致使火焰集中前移或后移等都可能會(huì)引
起鍋爐不同部位、不同程度的結(jié)焦。
4 防治措施
根據(jù)以上分析，結(jié)合對鍋爐結(jié)焦情況的跟蹤檢
查，并有針對性地做了多項(xiàng)技改試驗(yàn)，取得了良好的
效果，為后續(xù)鍋爐設(shè)計(jì)以及現(xiàn)有鍋爐運(yùn)行提供了良
好的優(yōu)化與預(yù)防措施。
4．1 設(shè)計(jì)優(yōu)化
(1)燃燒室為“核”狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，前錐與后錐交
界處直徑最大，截面風(fēng)速最低，當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行并降低
配風(fēng)時(shí)，該處可能出現(xiàn)類型1狀的結(jié)焦，為緩解此類
結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生，在燃燒室中試驗(yàn)加設(shè)壓縮空氣對
吹裝置，間歇在線吹掃燃燒室易結(jié)焦部位，試驗(yàn)證明
該裝置可以極大緩解該類型結(jié)焦?fàn)顩r的發(fā)生，可以
作為選配設(shè)備裝備于系統(tǒng)中。
(2)燃燒室加速噴口與鍋爐爐膛連接處有長度
為300 mm的耐火混凝土過渡段，過渡段直徑與加
速噴口直徑相同，見圖1。當(dāng)高溫火焰、熾熱焦粒經(jīng)
過此處時(shí)可能粘接于此，形成結(jié)焦源，導(dǎo)致類型1與
(或)類型2兩種形式的結(jié)焦。由于該鍋爐過渡段
周邊受水冷管限制，過渡段直徑外擴(kuò)受限，通過在過
渡段裝設(shè)耐熱不銹鋼板，增加壁面光滑度，阻止結(jié)焦
源的形成，可有效解決類型2形式的結(jié)焦，緩解類型
1形式的結(jié)焦。另外，經(jīng)計(jì)算與實(shí)踐檢驗(yàn)，燃燒室噴
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· 運(yùn)行與管理· SZS型煤粉工業(yè)鍋爐的結(jié)焦原因與防治措施 57
出口與爐膛齊平，取消過渡段，或過渡段不可避免，
則沿?zé)煔饬飨蚍较?，過渡段設(shè)置不小于45。的擴(kuò)散
角也可避免結(jié)焦源的形成。
(3)SZS型煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)有約10％的粉煤
灰以灰渣形式通過爐底落灰口、水封刮板機(jī)排出。
該爐膛底部劃分為5個(gè)落灰斗，落灰斗之間設(shè)置分
割梁，用耐火混凝土澆筑而成，梁頂平面寬約
200 mm，該構(gòu)造易引起類型4形式的結(jié)焦。在第二
分割梁處，火焰旋流直徑達(dá)到最大、溫度最高，分割
梁頂易形成結(jié)焦源引起結(jié)焦。后續(xù)設(shè)計(jì)易設(shè)置通體
灰斗、取消分割梁，即可滿足落灰渣功能，亦可緩解
類型4形式的結(jié)焦。
4．2 預(yù)防措施
鍋爐在使用過程中，通過運(yùn)行管理與方式的優(yōu)化
調(diào)整，采取科學(xué)的防治措施，可以緩解甚至杜絕結(jié)焦。
(1)保持煤質(zhì)的適應(yīng)性與匹配性。煤粉工業(yè)鍋
爐爐膛容積小，燃燒停留時(shí)間短，較之電站鍋爐運(yùn)行
工況差，對煤質(zhì)的要求相對嚴(yán)格，通常要求煤粉干燥
無灰基揮發(fā)分( )不低于28％ ，否則易造成燃盡
率降低。當(dāng)使用揮發(fā)分較低的煤種時(shí)，燃料活性低
不易燃燒，為滿足鍋爐出力，提高爐膛溫度，通常需
加大供料量，致使火焰主燃區(qū)后移，在回燃室附近形
成高溫區(qū)，進(jìn)而可能引起類型5形式的結(jié)焦。該狀
況造成煙氣通道截面積減小，爐膛正壓燃燒，給鍋
爐、燃燒器等設(shè)備的正常、安全運(yùn)行帶來隱患。因此
需嚴(yán)格選用合適煤種，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；另外，選
擇灰熔點(diǎn)較高、粘結(jié)性較小的煤種對避免鍋爐結(jié)焦
極為關(guān)鍵。
(2)適當(dāng)?shù)拿悍哿６燃壟淅诰徑饨Y(jié)焦。煤粉
工業(yè)鍋爐對煤粉粒度要求為200目過篩率約90％，
磨制過細(xì)，利于燃盡，但增加制粉電耗，同時(shí)主燃區(qū)
前移，可能引起結(jié)焦。煤粉過粗，運(yùn)行負(fù)荷、配風(fēng)小
時(shí)，易引起類型3形式的結(jié)焦；運(yùn)行負(fù)荷、配風(fēng)大時(shí)，
又可能造成類型5形式的結(jié)焦。保障煤粉粒度或適
當(dāng)?shù)牧６燃壟?，適當(dāng)拉長爐膛火焰，降低主燃區(qū)溫
度，對減少結(jié)焦現(xiàn)象的發(fā)生有積極意義。
(3)運(yùn)行負(fù)荷不宜過低。煤粉工業(yè)鍋爐燃燒工
況為懸浮式室燃，負(fù)荷低、系統(tǒng)風(fēng)速小，會(huì)引起煤粉、
煤灰在局部地區(qū)沉積，較易引起類型3形式結(jié)焦現(xiàn)
象的發(fā)生。通常要求運(yùn)行負(fù)荷不低于60％ ，配風(fēng)不
低于80％ ，適當(dāng)犧牲部分排煙熱損失(g )，杜絕煤
粉、煤灰沉積，以及減少由此引發(fā)的結(jié)焦。
(4)火焰旋流直徑、燃燒器裝配中心重合度以
及爐膛密封性是引起結(jié)焦的關(guān)鍵因素?；鹧嫘髦?
徑是引起爐膛結(jié)焦的關(guān)鍵外因，旋流直徑大，火焰掃
壁，可能引起結(jié)焦，煤粉工業(yè)鍋爐火焰旋流角度即旋
流直徑可以調(diào)節(jié)，系統(tǒng)調(diào)試過程中設(shè)置燃燒器旋流
角度是重要的工作之一；燃燒器與鍋爐本體的對接
必須謹(jǐn)慎，保證燃燒器與爐膛中心的重合，杜絕偏
置，否則將引起火焰掃壁進(jìn)而引發(fā)結(jié)焦；爐膛密封性
特別是爐底的密封性是保障爐膛空氣動(dòng)力場穩(wěn)定的
因素之一。
(5)合理配風(fēng)，保持適當(dāng)?shù)倪^量空氣系數(shù)。過
量空氣系數(shù)不僅關(guān)系到運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，而且對結(jié)焦有
較大影響，確保爐膛的氧化性氣氛，避免灰分被還原
所引起的灰熔點(diǎn)降低。一般情況下，爐膛出口處保
持過量空氣系數(shù)為1．15—1．25，爐膛出口氧量在
3％ 一5％，既能保證經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，又可杜絕還原
性氣氛產(chǎn)生，有效防止結(jié)焦。
(6)管理到位，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦，盡早處理。鍋爐結(jié)焦
后，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行工況將會(huì)發(fā)生明顯變化，此
時(shí)要準(zhǔn)確判斷、盡早處理，否則會(huì)帶來事態(tài)的擴(kuò)大，
例如由于鍋爐結(jié)焦，傳熱降低、水循環(huán)不暢導(dǎo)致爆管
事故的發(fā)生等。鍋爐清焦除需注意工作安全外，還
需特別注意清除干凈，避免遺留處作為結(jié)焦源而迅
速形成新的結(jié)焦。
(7)使用鍋爐除渣清焦劑 J、鍋爐受熱管壁噴
涂新型防結(jié)焦涂層等在不同文獻(xiàn)上均有介紹、描述，
可以作為減緩結(jié)焦的一種方式給予嘗試。
5 結(jié)語
煤質(zhì)適應(yīng)性、空氣動(dòng)力場設(shè)計(jì)科學(xué)性是影響鍋
爐系統(tǒng)結(jié)焦的關(guān)鍵因素，加上預(yù)防結(jié)焦的各種輔助
手段，可以減緩或杜絕鍋爐燃燒系統(tǒng)的結(jié)焦。本文
結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，就SZS型煤粉工業(yè)鍋爐的結(jié)焦實(shí)例
給予分析，為鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì)提出部分建議，并為生產(chǎn)
運(yùn)行提出防控措施，經(jīng)實(shí)踐證明，鍋爐結(jié)焦得到有效
的解決，鍋爐的熱效率也得到一定的改善。盟
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