论文-结焦分析及对冷渣器运行的影响与对策

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结焦分析及对冷渣器运行的影响与对策刘爱民（河北电力培训中心）摘要：本文详细介绍了煤灰熔融性的影响因素，循环流化床锅炉运行中的结焦类型及避免产生结焦的原则性方法；还对结焦对冷渣器正常运行的影响作了进一步的分析。关键词：结焦冷渣器流化床锅炉循环流化床锅炉以其燃料适应性广，污染物排放量低符合环保要求等优点，自它问世以来在世界各国得到迅速发展，近几年在我国也得到广泛应用。但由于流化床锅炉在我国的起步较晚，在设计制造和运行维护等方面都缺乏必要的经验，因此这几年投运的机组在运行中难免出现一些问题，而结焦对流化床锅炉来说是一个最常见又较难处理的问题。众多电厂的运行实践表明冷渣器的正常运行与否是影响整台锅炉正常运行的重要因素，而影响冷渣器安全运行的主要原因还是结焦。因此本文要从结焦的机理、预防、处理措施及对冷渣器安全运行的影响等方面的问题进行讨论。1结焦的理论分析1.1煤灰的熔融特性煤在燃烧后残存的灰分是由各种矿物成分组成的混合物，它没有固定的由固相转变为液相的熔融温度。煤灰的融化过程需要经历一个较宽的温度区间。煤灰在高温灼烧时某些低熔点组分开始熔融，并与另外一些组分发生反应形成复合晶体，此时它们的熔融温度将更低。在一定温度下，这些组分还会形成熔融温度更低的某种共熔体。这种共熔体有进一步溶解灰中其他高熔融温度物质的能力，从而改变煤灰的成分及其熔融特性。由于煤灰中含有多种成分，没有固定的熔点，故常用变型温度（t1）、软化温度(t2)及流动温度(t3)来反映煤灰的熔融特性，一般以软化温度(t2)为代表，各种煤灰的软化温度t2多在1100℃~1600℃。运行经验表明，灰的软化温度<1350℃就可能造成锅炉结焦。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。但实际上，影响灰熔融性的因素是多方面的。首先是煤的化学成分，通常用各种氧化物的百分数含量表示。并分为酸性氧化物如SiO2、AL2O3和TiO3等，及碱性氧化物Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O等。这些物质在纯净状态下熔点大都较高。但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将结合为熔点更低的某种共熔体。其次，煤灰周围介质的性质对灰熔融性有较大影响。当炉内处于氧化性气氛时，灰中的铁成氧化状态，熔点较高。在还原性气氛和半还原性气氛中，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。因此介质气氛不同，会使熔点变化200℃~300℃。1.2煤灰结渣性的常规判别准则725

1煤灰结渣性的常规判别准则包括：煤灰成分结渣指数、煤灰熔融结渣指数及煤灰粘度结渣指数。煤灰熔融特性温度最初用于层燃炉判别灰渣粘结性指标，现也用于判别固态排渣煤粉炉的结渣倾向；煤灰粘度最初用来表示液态排渣炉或旋风炉内低粘度灰渣的流动特性，现也用于判别固态排渣煤粉炉的结渣特性；循环流化床锅炉中常有煤灰成分结渣指数中的硅铝比来判别结渣倾向。由于煤灰中各组分熔点不同，铁和钙起增强结渣的作用。在还原性气氛中，熔融的铁促进结渣的早期形成；在氧化性气氛中，钙可显著降低硅酸盐玻璃体的粘度。而钾是促进玻璃体形成的助溶剂，当褐煤灰中K2O含量大于1%时，结渣性较严重。当K2O含量小于0.2%时，次烟煤灰的结渣性较轻。硅一般可减轻结渣性，但硅含量过高时会产生无定型玻璃质，反而使结渣性增强。而AL2O3含量增加可减轻结渣性。因此，煤灰中酸性成份比碱性成分的熔点高，故碱酸比是作为结渣倾向的一个判别指标。煤灰中2SiO2/AL2O3的比值称为硅铝比，它对煤灰的熔融性有较大影响，也可作为判别是否结渣的指标。研究表明，当2SiO2/AL2O3=1．18时，一般不会结渣；而当2SiO2/AL2O3〉1．18时，有自由SiO2存在并可能与形成共晶体，使煤灰的熔化温度下降，有可能出现结渣。1.3流化床锅炉运行中的结焦类型分析结焦是流化床锅炉运行中较常见的问题，无论在开始投入运行还是正常运行期间都有可能发生，产生的原因也是多种多样的。产生结焦最直接的原因是局部或整体温度超出灰熔点或烧结温度，据此，常将结焦分为高温结焦和低温结焦两种类型。当床层整体温度低于灰渣变形温度而由于局部超温或低温烧结而引起的结焦叫低温结焦。它产生的焦块是较松散的，常带有许多嵌入的未烧结颗粒，强度低易击碎。低温结焦不仅会在锅炉启动过程或压火时在床内出现，也常出现在炉膛以外的各设备中，如高温旋风分离器的灰斗、外置换热器、返料机构及冷渣器内。灰渣中碱性氧化物（如Na2O和K2O等）含量较高时较容易发生。避免低温结焦的最好方法是保证结焦易发地带流化良好，颗粒间混合迅速，从而使颗粒间的温度均匀，避免局部的颗粒温度高于整体温度，从而可防止低温结焦。有些情况下，在炉内补充一定量的无发热量的床料也有助于避免低温结焦。高温结焦是指床层物料流化良好，物料间温度均匀，但整体温度较高，达到煤灰的熔融温度而形成的结焦现象。当给煤量过大，而风量又未及时调整时常出现高温结焦；返料机构故障致使温度较低的返还物料减少时，物料对床温的冷却作用减弱，也常出现高温结焦；冷渣器内含可燃物较多或冷却风量过小时也常出现高温结焦。高温结焦的焦块表面上是熔融的，冷却后为深褐色，常夹杂少量气泡，强度较大不易击碎。1.4避免结焦的原则性方法不论高温结焦还是低温结焦，最根本的原因是煤灰的熔融温度达到了。因此，避免结焦根本原则是防止局部或整体床温升高到灰熔点，也就是要做到床层的热量收支平衡及床料间良好混合这两点。做到了床层的热量收支平衡才能保证整体床温在允许的范围内，做到了床料间良好混合才能保证不出现局部的超温结焦。以下几点是避免流化床锅炉结焦的原则性方法：1.4.1尽可能选择燃用灰熔点高的不易结焦的煤质，对入炉煤的粒径及均匀性要严格控制，防止726

2大颗粒的煤进入炉膛燃烧。1.4.2保证布风系统制造及安装质量合格，这是保证床层物料流化良好的前提，物料的流化良好又是床温均匀的保证。1.4.3运行中的一次风量的控制，首先要保证大于临界流化风量，保证床料的良好流化。此外还要结合给煤量及密相区的燃烧份额来保证床温在允许范围内。1.4.4控制好床料厚度，床料太薄容易把床料吹穿，未吹穿部分流化不良极易结焦，此外床料少投煤后，床料含炭量高床温不易控制；床料太厚，床层阻力大，流化不良也易结焦。1.4.5保证回料机构运行正常，回料故障会使床料失去返料冷却，从而造成床温失控。1.4.6给煤尽量均匀，包括给煤口尽量多且布置均匀；每个给煤口的下煤量也要均匀，防止某给煤口出现瞬间大量给煤。瞬间大量给煤会使局部燃料量太高，从而造成局部床温过高。1.4.7加强运行参数监视，尤其是床温的监视，对燃料量和风量做到勤调细调，保证流化良好。1.4.8避免锅炉长期超负荷运行或负荷增加太快。另外，因为结焦过程具有自动加剧性，所以无论是高温结焦或是低温结焦，只要发生所形成焦块的张大速度会越来越高。因此，发生结焦时应及早处理以免加剧。2结焦对冷渣器正常运行的影响及对策2.1引起冷渣器进渣管堵塞，从而影响锅炉的排渣过程冷渣器进渣管堵塞会使炉膛内的床料不能正常排除，使床压升高，进而被迫停炉。进渣管堵塞的主要原因有：由于炉膛内结焦而产生大的焦块而堵塞、由于炉膛内有大块的保温材料脱落而堵塞、冷渣器进渣管本身的结焦而堵塞等。冷渣器进渣管堵塞的现象很明显，冷渣器进渣管温度降低；冷渣器选择室温度降低；开大脉动风或打开压缩空气吹扫时，选择室床温床压仍无变化。防止冷渣器进渣管堵塞的措施有：防止炉膛结焦及保温材料脱落；冷渣器应经常切换运行，避免某台冷渣器长期停运，这样容易使进渣管本身结焦；发现有进渣管有堵塞迹象时，应及时处理，避免故障扩大。2.2冷渣器选择室产生高温结焦冷渣器在开始投入运行及正常运行期间都会发生高温结焦事故，一般情况发生部位都在距离炉膛最近的选择室。选择室发生高温结焦时床温升高，同时床压也不正常升高，而且床温常常升高到超过炉膛床温，仍难以控制。停止排渣后，采取大风量进行吹扫处理，也不能将冷渣器中的炉渣进行正常流化排出。停炉处理时会发现选择室常常是结满渣块，并且含有较多的炭颗粒，已经结的渣块中有明显分层现象。发生高温结焦会影响冷渣器的正常运行，严重时会堵塞整个选择室使流化床被迫停止运行。造成冷渣器高温结焦的原因是床温升高，而床温升高的原因则是在选择室的吸放热量关系不平衡。一方面进入冷渣器选择室的风量低于正常值，或从炉膛来的排渣量过大，从而造成热量在选择室堆积温度升高；另一方面是从炉膛来的排渣中含有一定量的可燃物，在选择室内进行再次燃烧，从而造成选择室床温升高，实际中第二种情况发生的机会较多。727

3造成炉膛排渣中含有可燃物的原因有多方面：2.2.1冷渣器投运之前床压过高，这样打开脉动风排渣时，大量带有可燃物的炉渣就可能进入冷渣器。2.2.2瞬间给煤量过大或锅炉设计时给煤口距离排渣口太近，致使给煤不能在床层中充分混合、燃烧就从排渣口排出。2.2.3床层流化状态不良，床料颗粒间的混合不良也造成炉膛排渣含可燃物。2.2.4给煤挥发份含量低或煤粒过大常造成，大颗粒煤不能在炉膛内完全燃烧，又不可能带入稀相区继续燃烧，势必造成它们排入冷渣器。2.2.5一、二次风风量配比不合适，特别是下二次风风量偏小，影响二次风的横向穿透力，进而影响床料的横向混合及密相区的燃烧份额，从而造成密相区可燃成分含量增加，增加排渣含炭量的机会。防止冷渣器高温结焦的措施，可结合以上原因采取相应办法。另外根据冷渣器床温水平、温升速率和当时锅炉的投煤情况采取如下措施：（1）如果由于锅炉给煤量增大而引起排渣可燃物增多，且当时冷渣器床温较高，温升速率也较大，则应立即停止排渣，并关闭选择室流化风，采用缺氧的办法来抑制床温进一步升高。待床温大幅下降后再开启流化风，并投入排渣。（2）如果不是由于锅炉给煤量增大而引起渣器床温升高，温升速率也较小，则要加大流化风，促进床温下降，同时也要适当控制排渣量。2.3冷渣器选择室产生低温结焦冷渣器低温结焦大多出现在选择室，此时选择室内存在大量的灰渣粘结，可将整个选择室堵满，偶尔在第一冷却室入口处也出现。低温结焦产生的渣块表面呈灰白色，有明显的层状结构，质地松散，外力容易击碎。低温结焦也常常堵塞冷渣器，影响冷渣器正常运行。造成冷渣器低温结焦的原因主要有：2.3.1煤种的特性，前面已有较详细论述。2.3.2循环流化床锅炉炉膛内的燃烧工况决定了密相区存在较多的挥发分存在，而密相区的燃烧份额决定了挥发份不能在密相区完全烧完，多余的挥发份会附着在床料表面。这些附着挥发份的床料进入冷渣器后，易造成低温烧结。2.3.3冷渣器内流化状况不好，常造成局部的流化死区和床料堆积，造成低温烧结。2.3.4冷渣器进渣量的波动也会影响床料的流化状态。进渣量的波动常因炉膛床压的变化及促动风量的变化而引起。防止冷渣器低温结焦的的措施主要是改善内的，始终保持冷渣器良好的流化状态，防止床料堆积造成低温烧结。3结论煤灰熔融性的影响因素包括：煤的化学成分及煤灰周围介质的性质等。流化床锅炉运行中常存在高温结焦和低温结焦两种情况，避免发生结焦根本方法是防止局部或整体床温升高到灰熔点。728

4结焦对冷渣器的运行有很大影响，主要引起冷渣器进渣管堵塞、选择室高低温结焦，调整好炉膛流化及燃烧工况及冷渣器的流化状况可有效防止冷渣器故障。参考文献：[1]岑可法等．循环流化床锅炉理论设计与运行．北京：中国电力出版社，1998[2]刘龙淼．锅炉故障处理大全．北京：兵器工业出版社，1992[3]樊泉桂等．火电厂锅炉设备及运行．北京：中国电力出版社，2001[4]刘德昌主编．流化床燃烧技术的工业应用．北京：中国电力出版社，1999729