鍋爐結焦與煤炭含硫量沒有必然關係。
燃煤鍋爐的結焦原因及預防
鍋爐結焦是燃煤鍋爐執行中比較普遍的問題,結焦是煤粉爐中熔融的渣粒粘結在受熱面上的一種現象。一般情況下,爐膛火焰的溫度很高,在此溫度下,燃料燃燒後的灰多呈熔化或軟化狀態。隨著煙氣一起運動的灰渣粒,由於爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻。如果液態的渣粒在接近水冷壁或爐牆前,已經因為溫度降低而凝固,當附在受熱面管壁上時,將形成一層疏鬆的灰層,執行中透過吹灰很容易除掉。若渣粒是以液態或半液態粘附到受熱面管壁或爐牆上,將形成一層緻密的灰渣層,稱為結焦。
受熱面結焦後,結焦層熱阻很大,受熱面傳熱能力下降,爐內吸熱減少,導致煙溫升高,鍋爐排煙損失增大。與此同時,會引起汽溫偏高,執行中為保持額定引數,不得不增加減溫水量,甚至被迫降低出力。爐膛出口溫度升高引起爐膛出口結焦後,增加了煙氣阻力,也會造成鍋爐執行經濟性降低。水冷壁結焦後,傳熱能力下降,結焦和不結焦部分受熱不均勻,可能引起水冷壁爆管事故。爐內結焦後,爐膛出口煙溫上升引起過熱汽溫升高,而過熱器、再熱器結焦會加大熱偏差,導致高溫過熱器、高溫再熱器超溫爆破。當鍋爐結焦嚴重,大焦突然落下時,還有可能造成滅火,甚至砸壞水冷壁管子,造成惡性事故。
1鍋爐結焦原因
從根本上看,燃煤電廠爐內結焦問題既是一個複雜的物理化學過程,也是一個爐內含灰氣流的流動和傳熱傳質過程。根據有關文獻資料對電廠結焦鍋爐進行分析調查,影響燃煤鍋爐結焦因素主要有4個:煤質特性,鍋爐設計特性引數(qv,qf,qr),爐內燃燒的空氣動力場特性及鍋爐的執行管理。鍋爐發生結焦多是各種因素複合作用的結果,以煤質特性影響最大,鍋爐特性引數次之,然後是空氣動力場特性,執行管理方面的原因也不可忽視。
1.1煤質特性
在影響結焦的因素中,煤質特性是主要的。近幾年來,由於燃料供應緊張,往往煤質很難滿足鍋爐設計煤種的要求。煤在燃燒時,其灰分熔融特性用變形溫度t1、軟化溫度t2和熔化溫度t3來表示,軟化溫度t2的高低是判斷煤灰是否容易結焦的主要指標。灰的成分不同,其熔點也不同。當煤中的硫化鐵、氧化亞鐵、氧化鉀和氧化鈉含量大時,灰熔點低,就容易結焦;當煤中的氧化矽、氧化鋁含量大時,灰熔點就高,就不容易結焦。煤的灰熔點一般在1250～1500℃,而有些煤的灰熔點則低於1100℃,鍋爐燃用這種煤就非常容易結焦。
另外,同一種灰分,其周圍介質性質改變時,熔點也要發生變化。如灰分與一氧化碳、氫氣等還原性氣體相遇時,其熔點會降低,這是因為還原性氣體在高溫下能將灰分中的高熔點氧化鐵還原成熔點低的氧化亞鐵。所以,在還原性介質中測得的灰熔點要比在氧化性介質中測得的灰熔點低。
1.2鍋爐設計特性引數的影響煤粉鍋爐爐膛是鍋爐最主要的組成部分之一,除了與燃燒器一起形成良好的燃燒條件以利於燃料著火外,主要是保證燃料的燃盡和將燃料產生的煙氣冷卻至必要的程度。爐膛結構設計特性對結焦影響很大,爐膛容積熱負荷qv、爐膛截面熱負荷qf是根據設計煤種和額定引數設計的。qv過大表示爐膛容積過小,爐膛水冷壁面積設計過小,爐膛內火焰溫度高,容易造成結焦;相反,如果qv過小,則表示爐膛容積過大,爐內水冷壁佈置增加,爐膛內火焰溫度偏低,容易滅火。爐膛截面熱負荷qf決定爐膛截面尺寸,qf越小,表示釋放同樣熱量時,爐膛截面愈大,爐膛截面周界長度也大,燃燒區域每米爐膛高度沿橫截面周界所具有的輻射受熱面越多,傳熱能力越強,就越不容易結焦。qf選取比qv更為重要,因為這一數值的大小決定了爐膛形狀,直接影響空氣動力場,它的選取與燃料種類、灰渣特性、排渣方式、燃燒方式有關。
隨著鍋爐容量的增大,燃燒器採用多層佈置,燃燒器區域壁面熱負荷qr表示爐內燃燒區域溫度水平與換熱強度,是設計大型鍋爐時作為qv和qf的一種補充指標,qr越大說明爐膛燃燒區域受熱面溫度水平高,容易引起受熱面結焦,為了防止qr過高,可將上下排燃燒器距離拉大,降低qr,對燃用有嚴重結焦傾向的煤有利。qv、qf、qr是衡量鍋爐爐膛燃燒的重要引數,也是判斷鍋爐是否容易結焦、燃燒是否穩定的重要依據。
1.3空氣動力場特性影響爐內空氣動力工況不良而造成的燃燒切圓過大或燃燒中心偏離,也會造成高溫煙氣流沖刷水冷壁面,使熔渣在接觸壁面前無法凝固而結焦。
1.3.1爐內實際切圓切向燃燒在爐內形成強烈旋轉上升的氣流,氣流最大切向速度的連線構成爐內實際切圓,爐膛中心是速度很低的微風區,這就是切向燃燒鍋爐爐膛內空氣動力場的特點。實際切圓是切向燃燒的一個重要引數,對爐膛結焦、穩燃以及爐膛出口的煙速、煙溫偏差都有重要的影響,實際切圓偏大則容易引起結焦,實際切圓偏小則影響燃燒穩定性。因此,保證適中的實際切圓直徑非常重要,影響實際切圓直徑的主要引數有安裝切圓直徑、燃燒器高寬比、燃燒器的間隙率、一、二次風動量比、燃燒器噴口總面積與爐膛截面積比及燃燒器擺角等。
1.3.2一次風射流剛性
剛性是抗偏轉能力的衡量標準,與噴口的結構及射流的動量有關,細長型噴口射流剛性比短粗型要強,當一次風射流動量增大時,氣流抗偏轉能力變強。
1.3.3射流兩側補氣條件差異射流兩側補氣條件主要由爐膛截面長寬比、假想切圓直徑、燃燒器組高寬比確定。對爐膛截面長寬比大的爐膛,燃燒器軸線與兩側牆面的夾角差增大,當假想切圓直徑增大時,也導致同樣的結果,燃燒器軸線與兩側牆面的夾角不等,造成射流兩側補氣條件差別大,引起作用在射流兩邊的壓差,使氣流容易貼邊而結焦。
1.3.4燃燒器組高寬比及燃燒器噴口間隙燃燒器組高寬比及燃燒器噴口間隙也影響射流兩側補氣條件。燃燒器組高寬比越大時,燃燒器組中間部分從上下兩側獲取補氣的條件越差,爐內旋轉強度增加,一次風貼牆嚴重引起結焦。
1.3.5一、二次風動量比一次風速主要根據煤粉著火以及輸送的需要和火焰傳播速度選取,二次風主要是根據風粉氣流擴散混合燃燒和焦碳燃盡的需要選取。一次風射流偏轉的主要原因是上游鄰角橫掃過來的慣性力,該慣性力是由上游一、二、三次風混合後形成的綜合動量。一、二次風動量比越大,則一次風射流偏轉程度越大,爐內實際切圓越大,越容易引起結焦。
1.4執行管理方面的原因
爐內過量空氣係數、四角風粉的均勻性、爐內溫度水平、煤粉細度、一次風速、鍋爐是否超負荷執行等都會影響結焦。另外,是否及時吹灰對爐內結焦也有影響。
2預防措施
2.1合適的爐膛熱負荷
由於實際燃用煤與設計煤種不同,會造成qv、
qf過高而產生結焦,可透過改造燃燒器或衛燃帶來降低燃燒器區域的熱負荷,使爐膛內溫度場分佈合理,避免發生結焦。
2.2合理的煤粉細度
根據實際煤種情況,透過對煤粉分離器及制粉系統的調整,保證合適的煤粉細度,當燃煤的揮發分有所變化時,可透過改變一次風率作為防止結焦和穩燃的輔助手段。在實踐中,煤粉細度的選擇,應兼顧穩燃、爐膛及爐膛出口受熱面是否結焦、機械未完全燃燒損失、制粉電耗等因素綜合考慮。
2.3吹灰
加強吹灰器的管理,保證吹灰器的投入率,尤其要確保屏式過熱器、高溫過熱器部位吹灰器的正常工作,應定時吹灰,防止受熱面積灰影響傳熱,使煙氣溫度過高引起結焦。
2.4混合煤摻燒
混合摻燒不同的煤種,特別是混燒結焦性強和結焦性差的煤種,是預防結焦、提高鍋爐熱效率的好方法;但結焦性強的煤種要避免和高灰分煤種混燒,這樣會加劇鍋爐的結焦。
2.5改善爐內空氣動力工況
透過嚴格的空氣動力場試驗,縮小假想切圓的直徑,並且把單切圓擾動改為雙切圓擾動。由原來的一、二次風混合燃燒擾動的一個假想切圓,改造成由一次風粉擾動和二次風擾動形成的2個假想切圓,二次風切圓在外,防止了煤粉氣流的貼壁、飛邊現象,從而有效地避免了水冷壁結焦。要堵塞漏
風,漏風破壞了正常的爐內空氣動力工況,影響火焰充滿程度與攪拌混合情況,並改變了火焰中心位置,降低爐溫,使燃料著火推遲,火焰中心上移,促使受熱面結焦。
爐膛熱負荷、爐膛內燃燒工況、氧量在執行中可以監測到,若發現異常,應及時調整,有結焦應及時清除,這是防止結焦的有效手段。
鍋爐結焦與煤炭含硫量沒有必然關係。
燃煤鍋爐的結焦原因及預防
鍋爐結焦是燃煤鍋爐執行中比較普遍的問題,結焦是煤粉爐中熔融的渣粒粘結在受熱面上的一種現象。一般情況下,爐膛火焰的溫度很高,在此溫度下,燃料燃燒後的灰多呈熔化或軟化狀態。隨著煙氣一起運動的灰渣粒,由於爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻。如果液態的渣粒在接近水冷壁或爐牆前,已經因為溫度降低而凝固,當附在受熱面管壁上時,將形成一層疏鬆的灰層,執行中透過吹灰很容易除掉。若渣粒是以液態或半液態粘附到受熱面管壁或爐牆上,將形成一層緻密的灰渣層,稱為結焦。
受熱面結焦後,結焦層熱阻很大,受熱面傳熱能力下降,爐內吸熱減少,導致煙溫升高,鍋爐排煙損失增大。與此同時,會引起汽溫偏高,執行中為保持額定引數,不得不增加減溫水量,甚至被迫降低出力。爐膛出口溫度升高引起爐膛出口結焦後,增加了煙氣阻力,也會造成鍋爐執行經濟性降低。水冷壁結焦後,傳熱能力下降,結焦和不結焦部分受熱不均勻,可能引起水冷壁爆管事故。爐內結焦後,爐膛出口煙溫上升引起過熱汽溫升高,而過熱器、再熱器結焦會加大熱偏差,導致高溫過熱器、高溫再熱器超溫爆破。當鍋爐結焦嚴重,大焦突然落下時,還有可能造成滅火,甚至砸壞水冷壁管子,造成惡性事故。
1鍋爐結焦原因
從根本上看,燃煤電廠爐內結焦問題既是一個複雜的物理化學過程,也是一個爐內含灰氣流的流動和傳熱傳質過程。根據有關文獻資料對電廠結焦鍋爐進行分析調查,影響燃煤鍋爐結焦因素主要有4個:煤質特性,鍋爐設計特性引數(qv,qf,qr),爐內燃燒的空氣動力場特性及鍋爐的執行管理。鍋爐發生結焦多是各種因素複合作用的結果,以煤質特性影響最大,鍋爐特性引數次之,然後是空氣動力場特性,執行管理方面的原因也不可忽視。
1.1煤質特性
在影響結焦的因素中,煤質特性是主要的。近幾年來,由於燃料供應緊張,往往煤質很難滿足鍋爐設計煤種的要求。煤在燃燒時,其灰分熔融特性用變形溫度t1、軟化溫度t2和熔化溫度t3來表示,軟化溫度t2的高低是判斷煤灰是否容易結焦的主要指標。灰的成分不同,其熔點也不同。當煤中的硫化鐵、氧化亞鐵、氧化鉀和氧化鈉含量大時,灰熔點低,就容易結焦;當煤中的氧化矽、氧化鋁含量大時,灰熔點就高,就不容易結焦。煤的灰熔點一般在1250～1500℃,而有些煤的灰熔點則低於1100℃,鍋爐燃用這種煤就非常容易結焦。
另外,同一種灰分,其周圍介質性質改變時,熔點也要發生變化。如灰分與一氧化碳、氫氣等還原性氣體相遇時,其熔點會降低,這是因為還原性氣體在高溫下能將灰分中的高熔點氧化鐵還原成熔點低的氧化亞鐵。所以,在還原性介質中測得的灰熔點要比在氧化性介質中測得的灰熔點低。
1.2鍋爐設計特性引數的影響煤粉鍋爐爐膛是鍋爐最主要的組成部分之一,除了與燃燒器一起形成良好的燃燒條件以利於燃料著火外,主要是保證燃料的燃盡和將燃料產生的煙氣冷卻至必要的程度。爐膛結構設計特性對結焦影響很大,爐膛容積熱負荷qv、爐膛截面熱負荷qf是根據設計煤種和額定引數設計的。qv過大表示爐膛容積過小,爐膛水冷壁面積設計過小,爐膛內火焰溫度高,容易造成結焦;相反,如果qv過小,則表示爐膛容積過大,爐內水冷壁佈置增加,爐膛內火焰溫度偏低,容易滅火。爐膛截面熱負荷qf決定爐膛截面尺寸,qf越小,表示釋放同樣熱量時,爐膛截面愈大,爐膛截面周界長度也大,燃燒區域每米爐膛高度沿橫截面周界所具有的輻射受熱面越多,傳熱能力越強,就越不容易結焦。qf選取比qv更為重要,因為這一數值的大小決定了爐膛形狀,直接影響空氣動力場,它的選取與燃料種類、灰渣特性、排渣方式、燃燒方式有關。
隨著鍋爐容量的增大,燃燒器採用多層佈置,燃燒器區域壁面熱負荷qr表示爐內燃燒區域溫度水平與換熱強度,是設計大型鍋爐時作為qv和qf的一種補充指標,qr越大說明爐膛燃燒區域受熱面溫度水平高,容易引起受熱面結焦,為了防止qr過高,可將上下排燃燒器距離拉大,降低qr,對燃用有嚴重結焦傾向的煤有利。qv、qf、qr是衡量鍋爐爐膛燃燒的重要引數,也是判斷鍋爐是否容易結焦、燃燒是否穩定的重要依據。
1.3空氣動力場特性影響爐內空氣動力工況不良而造成的燃燒切圓過大或燃燒中心偏離,也會造成高溫煙氣流沖刷水冷壁面,使熔渣在接觸壁面前無法凝固而結焦。
1.3.1爐內實際切圓切向燃燒在爐內形成強烈旋轉上升的氣流,氣流最大切向速度的連線構成爐內實際切圓,爐膛中心是速度很低的微風區,這就是切向燃燒鍋爐爐膛內空氣動力場的特點。實際切圓是切向燃燒的一個重要引數,對爐膛結焦、穩燃以及爐膛出口的煙速、煙溫偏差都有重要的影響,實際切圓偏大則容易引起結焦,實際切圓偏小則影響燃燒穩定性。因此,保證適中的實際切圓直徑非常重要,影響實際切圓直徑的主要引數有安裝切圓直徑、燃燒器高寬比、燃燒器的間隙率、一、二次風動量比、燃燒器噴口總面積與爐膛截面積比及燃燒器擺角等。
1.3.2一次風射流剛性
剛性是抗偏轉能力的衡量標準,與噴口的結構及射流的動量有關,細長型噴口射流剛性比短粗型要強,當一次風射流動量增大時,氣流抗偏轉能力變強。
1.3.3射流兩側補氣條件差異射流兩側補氣條件主要由爐膛截面長寬比、假想切圓直徑、燃燒器組高寬比確定。對爐膛截面長寬比大的爐膛,燃燒器軸線與兩側牆面的夾角差增大,當假想切圓直徑增大時,也導致同樣的結果,燃燒器軸線與兩側牆面的夾角不等,造成射流兩側補氣條件差別大,引起作用在射流兩邊的壓差,使氣流容易貼邊而結焦。
1.3.4燃燒器組高寬比及燃燒器噴口間隙燃燒器組高寬比及燃燒器噴口間隙也影響射流兩側補氣條件。燃燒器組高寬比越大時,燃燒器組中間部分從上下兩側獲取補氣的條件越差,爐內旋轉強度增加,一次風貼牆嚴重引起結焦。
1.3.5一、二次風動量比一次風速主要根據煤粉著火以及輸送的需要和火焰傳播速度選取,二次風主要是根據風粉氣流擴散混合燃燒和焦碳燃盡的需要選取。一次風射流偏轉的主要原因是上游鄰角橫掃過來的慣性力,該慣性力是由上游一、二、三次風混合後形成的綜合動量。一、二次風動量比越大,則一次風射流偏轉程度越大,爐內實際切圓越大,越容易引起結焦。
1.4執行管理方面的原因
爐內過量空氣係數、四角風粉的均勻性、爐內溫度水平、煤粉細度、一次風速、鍋爐是否超負荷執行等都會影響結焦。另外,是否及時吹灰對爐內結焦也有影響。
2預防措施
2.1合適的爐膛熱負荷
由於實際燃用煤與設計煤種不同,會造成qv、
qf過高而產生結焦,可透過改造燃燒器或衛燃帶來降低燃燒器區域的熱負荷,使爐膛內溫度場分佈合理,避免發生結焦。
2.2合理的煤粉細度
根據實際煤種情況,透過對煤粉分離器及制粉系統的調整,保證合適的煤粉細度,當燃煤的揮發分有所變化時,可透過改變一次風率作為防止結焦和穩燃的輔助手段。在實踐中,煤粉細度的選擇,應兼顧穩燃、爐膛及爐膛出口受熱面是否結焦、機械未完全燃燒損失、制粉電耗等因素綜合考慮。
2.3吹灰
加強吹灰器的管理,保證吹灰器的投入率,尤其要確保屏式過熱器、高溫過熱器部位吹灰器的正常工作,應定時吹灰,防止受熱面積灰影響傳熱,使煙氣溫度過高引起結焦。
2.4混合煤摻燒
混合摻燒不同的煤種,特別是混燒結焦性強和結焦性差的煤種,是預防結焦、提高鍋爐熱效率的好方法;但結焦性強的煤種要避免和高灰分煤種混燒,這樣會加劇鍋爐的結焦。
2.5改善爐內空氣動力工況
透過嚴格的空氣動力場試驗,縮小假想切圓的直徑,並且把單切圓擾動改為雙切圓擾動。由原來的一、二次風混合燃燒擾動的一個假想切圓,改造成由一次風粉擾動和二次風擾動形成的2個假想切圓,二次風切圓在外,防止了煤粉氣流的貼壁、飛邊現象,從而有效地避免了水冷壁結焦。要堵塞漏
風,漏風破壞了正常的爐內空氣動力工況,影響火焰充滿程度與攪拌混合情況,並改變了火焰中心位置,降低爐溫,使燃料著火推遲,火焰中心上移,促使受熱面結焦。
爐膛熱負荷、爐膛內燃燒工況、氧量在執行中可以監測到,若發現異常,應及時調整,有結焦應及時清除,這是防止結焦的有效手段。