火力發電廠煤粉鍋爐結渣的危害、原因分析與對策

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1 鍋爐結渣的危害

(1)引起過熱汽溫升高、甚至造成管道爆破。鍋爐結渣后,爐膛部分吸熱減少,造成經過過熱器的煙溫升高,由于鍋爐過熱器管材允許承受的最高溫度往往比正常值僅有幾十度的裕量,加上隨著溫度升高、管材的強度快速下降,往往造成過熱管道加速老化、提前爆破。如果是汽包鍋爐,水冷壁局部結渣,往往造成管子受熱不均,嚴重時會導致水冷壁管路中水循環破壞,短期過熱管道爆破。

(2)可能發生掉渣滅火、造成受熱面或人身傷害。鍋爐結渣后,如果發現不及時或采取措施不力,結渣會不斷加劇,形成惡性循環,當受熱面上粘結的渣塊受到的重力大于粘結力時,自行脫落可能塌滅爐膛火焰造成鍋爐滅火。大渣塊掉落還可能砸壞爐底水冷壁管、同時造成爐內嚴重冒正壓,導致火焰噴出造成火災,渣水溢出對周邊人員造成人身傷害。

(3)導致鍋爐出力下降,甚至被迫停爐。受熱面結渣后,鍋爐同樣熱負荷下吸熱量就會減少,導致鍋爐出力下降,為了保證鍋爐出力就必然要加大燃料量,造成鍋爐熱負荷增加,進一步加劇鍋爐結渣和汽溫上升,當汽溫調整手段不足以保證汽溫在安全范圍時,必然被迫降低鍋爐出力。陷入惡性循環后,只能被迫停爐。

(4)使排煙損失增大、降級鍋爐熱效率。灰渣是熱的不良導體,灰渣粘結在受熱面上,使爐膛內有效吸熱減少,造成排煙溫度升高,排煙熱損失增大,鍋爐熱效率降低。

2 原因分析

鍋爐結渣的機理為爐膛內的溫度過高,灰渣在接觸到水冷壁管(或爐墻)前沒有得到有效的冷卻,軟化(熔融)狀態下的灰渣粘結性強,就容易粘結到受熱面上形成結渣。同時灰渣沉積會使管壁變得更加粗糙,加重了灰渣粘附在管壁上的可能,導致整個管壁的粘結厚度不斷增加,因此不及時采取措施,灰渣沉積會不斷發展、愈演愈烈。

鍋爐結渣的原因是多方面的,本文主要從灰分的熔融特性和運行調整的角度分析其形成原因:

2.1 灰分的熔融特性 結渣主要取決于灰分的熔融特性(一般取灰的軟化溫度代表灰的熔點),灰的熔點越高越不容易結渣,反之灰渣的熔點越低越容易結渣。影響灰的熔點的因素主要取決于灰的成分組成、存在的介質氣氛、灰的黏度和濃度。(1)灰的組成成分中,酸性氧化物一般熔點較高,例如二氧化硅為1470℃,三氧化二鋁為2015℃。堿性氧化物一般熔點較低,例如氧化鉀、氧化鈉的熔點為700℃。也就是說,灰中酸性成分增加,熔點會提高;堿性成分增加,熔點會下降。(2)介質氣氛對熔化特性的影響。同一煤種,半還原氣氛中灰分的熔點一般比氧化氣氛下約低30-300℃。(3)灰的黏度越高,越容易結渣。灰濃度也會影響灰的熔點,灰濃度越高,一些高熔點的氧化鈣、氧化鎂在高溫作用下,更容易與其他氧化物結合,生成低熔點共晶體,降低灰的熔點。

2.2 運行調整方面

(1)火焰刷墻。采用四角切圓燃燒的鍋爐,火焰切圓超過預定情況,就會使煤粉氣流發生偏斜,或者采用旋流式燃燒器的鍋爐,由于氣流旋流強度過大,也會導致火焰刷墻,處于熔融狀態的灰渣來不及冷卻就碰到水冷壁管,導致火焰刷墻部位大量結渣。

(2)爐膛熱負荷過大。運行中配風不當,造成爐膛火焰過于集中,爐膛局部熱負荷過大,周邊部位就容易結渣。另外由于其他原因,鍋爐本身超負荷運行也是導致爐膛熱負荷過大,引起鍋爐結渣的重要原因。

(3)火焰中心過高。運行中配風不當,如果下層風量較大、上層風量較小,容易造成火焰中心過高,造成爐膛上部冷卻條件較差的部位,由于熱負荷過大引起結渣。

(4)爐內還原性氣氛增加。過量空氣系數過小加之風粉混合不好,使爐內還原性氣氛增加,導致灰熔點降低,這時爐膛出口煙氣溫度可能并不高,仍然可能出現較為嚴重的結渣現象。

2.3 其他方面 燃燒器制造質量不高、安裝不正、風筒磨損后沒有及時修復,風門擋板卡澀調整不動都可能造成流場破壞、氣流偏斜,導致噴燃器區域結渣。同時吹灰器故障不能投用、或運行人員不及時吹灰,導致受熱面積灰不能及時清除,也會加劇該區域受熱面結渣。

3 鍋爐結渣的解決對策

(1)由于燃燒器的質量會對結渣情況產生直接的影響,所以保證燃燒器的設計、制造和安裝質量,并在停爐期間及時檢查修復,控制并保證燃燒器的性能,對預防鍋爐結渣非常重要。只有保障煤粉燃燒的穩定性才能夠同步提高燃煤鍋爐的效率,同時能夠有效的改善爐內結渣的情況。

(2)重視運行觀察和調整,只有合適的風量供給才能夠使著火點位置正常,使爐內火焰中心位置適合,保證爐內火焰能夠穩定的燃燒,呈現出金黃色的火焰,使火焰的中心保持在燃燒室中部,從而可以有效的避免出現火焰刷墻的情況發生。

(3)對鍋爐系統進行經常性的檢查,對鍋爐設備中漏風的情況進行及時的處理,重點是空預器的漏風率,防止大量漏風導致進入爐膛助燃的風量不足,進而影響鍋爐的燃燒,還應該保證合適的空氣過剩量,防止出現缺氧燃燒的情況。

(4)使用不同的煤種會對熱值產生直接的影響,所以電廠鍋爐應該盡量采用設計煤種,不能保證的情況下,對不同煤種進行分類后進行摻配摻燒,兼顧入爐熱值和灰渣的結渣性能,從而既能保證煤粉在鍋爐中充分燃燒,又要盡量避免出現結渣的情況。煤種跟熱值的相對穩定能夠保證鍋爐燃燒過程的適合性,當采購的煤種出現變化時不應該直接進行使用,需要先進行化學測驗,制定合理的摻配摻燒方案后才可以使用,并在運行中及時修正。

(5)使用煤種變化較大時,要及時進行燃燒方式調整,并調整吹灰頻率,及時清除受熱面積灰。鍋爐運行當中,當發現較為嚴重的結渣情況時,可以適當增加吹灰頻次、及時調整摻配摻燒方案、必要時可以申請進行負荷快速升降進行除渣。因為鍋爐結渣是一個不斷加劇的惡性循環,因此提前預防、盡早發現、及時處理是預防鍋爐結渣并進一步加劇的根本措施。

總結

綜上所述,火力發電廠要想有效控制鍋爐結渣問題,就需要通過燃料控制、運行調整、檢修質量等多方面采取措施,從而保障鍋爐機組能夠安全穩定長周期運行。