锅炉结渣及燃烧讲义

锅炉结焦及燃烧讲义1锅炉结焦及燃烧一、结焦的概念在锅炉炉膛中心，火焰温度高达1400-1600℃左右，煤粉燃烧时，其灰分处于熔化状态，当熔化的灰粒在离开火焰碰到受热面或炉墙时受到冷却就会粘附在受热面的管子或炉墙上，而且越结越多，这种现象就叫结焦。大家注意到上述概念牵扯到了这样的几个名词：煤粉燃烧，灰粉熔化状态，那么我们有必要对煤粉燃烧和灰粉熔化状态进行一简单的介绍：1、煤的成分为了了解煤的某些特性，将煤的成分分为：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（H2O）、灰分（A）；这里主要介绍灰分，灰分是煤粉燃烧完全燃烧后形成的固体残余物的统称，其主要成分有硅、铝、铁和钙以及少量的镁、钛、钠和钾等元素的组成的化合物。依据炭化程度分，炭化程度越深，挥发分含量越少，碳的含量越多。我国动力煤习惯上分为4类：无烟煤：挥发分6.5—10%，着火困难，燃尽不易；贫煤：挥发份低，约10—19%，燃烧性质与无烟煤接近；烟煤：挥发分含量高，挥发分19—37%，碳化程度低于无烟煤；褐煤：挥发分含量较高，挥发分37%以上，有利于着火。我公司燃料煤特性一览表序号项目工业分析及元素分析%代号设计煤王、魏校核一王家山校核二魏家地1应用基全水分份Wy9.7512.686.822分析基水分Wf2.153.071.273可燃基挥发分Vh28.5831.925.254应用基灰分Ay22.3416.8128.095应用基碳Cy54.9155.4654.286应用基氢Hy2.972.872.967应用基氧Oy8.7510.856.548用用基氮Ny0.710.770.659应用基硫Sy0.570.460.6610应用基低位发热量KJ/kgQdw21,74322,18321,29911可磨性系数(BTU法)Kkm1.171.151.1712可磨性系数(哈氏)Kkm59585913磨损指数Ke5.574.114煤粉细度R90212320锅炉结焦及燃烧讲义22、灰的性质灰的性质主要是指它的熔化性和烧结性，熔化性主要影响炉内的运行工况，烧结性主要影响对流受热面的结灰性能。在火焰中心，灰分处于熔化状态或软化状态，具有粘性，如果遇到受热面管子，很容易粘接在上面，形成结渣。关于灰分的熔化性能，目前都用实验的方法测得，把灰制成底为等边三角形的椎体，底边长为7mm，锥体高20mm,然后加热根据灰的状态变化确定三个温度指标来表示灰的熔化性质：（1）变形温度t1，指锥顶变圆或开始倾斜的温度；（2）软化温度t2，锥顶弯至锥底或萎缩呈球形的温度；（3）熔化温度t3，指椎体呈液体状态能沿平面流动的温度。3、影响灰熔点的因素：（1）成分因素：灰的化学成分很复杂，通常用各种氧化物的百分含量来表示，包括SiO2、Fe0,Al2O3、Fe2O3，CaO,MgO，Na2O+K2O，TiO2，P2O5等，除氧化钠和氧化钾外，其它氧化物的熔点很高，为1600-2800℃，氧化钠和氧化钾的熔点800-1000℃。当酸性氧化物成分超过80-85%时，灰往往是难溶的，相反碱性氧化物增加就会易溶。（2）介质因素：煤灰各种氧化物的含量对煤灰的熔融特性的影响，说法不一。煤灰所处环境介质对会的熔融性有影响，，在弱还原性气氛中，铁成氧化亚铁状态Fe0，熔点为1420℃，在还原性介质中，铁成金属态，其熔点为1535℃。（3）浓度因素：煤中含灰量不同，熔点也会发生变化，实践证明，燃烧多灰分的煤容易结渣，因为灰分在加热中容易接触频繁，产生分解化合助熔等作用的机会大大增加。因此会影响到结焦。实践证明，当灰的软化温度t2大于1350℃时，造成炉内结焦的可能性不大。为了避免炉膛出口处结焦，炉膛出口温度应低于t2，并至少预留50-100℃，我公司煤灰渣的特性一览表序号项目干燥基%设计煤王、魏矿校核一王家山校核二魏家地1SiO251.6950.1453.232Al2O314.9914.9913.263Fe2O311.1711.1713.834CaO8.510.166.835Na2O+K2O2.472.142.8锅炉结焦及燃烧讲义36MgO3.854.852.847SO365.76.88TiO20.530.70.359P2O50.160.150.0610T11,1681,1481,18511T21,1981,1811,21512T31,2201,2051,23513比电阻(P)3×1012二、影响锅炉结渣的因素受热面结渣过程与多种复杂因素有关。如第四章所述，任何原因的结渣都有两个基本条件构成，一是火焰贴近炉墙时，烟气中的灰仍呈熔化状态，二是火焰直接冲刷受热面。但是，与这两个因素相关的具体原因有很复杂。这些因素是：1．煤灰特性和化学组成煤灰特性主要表现在两个方面：一是煤灰的熔点温度，二是灰渣的粘性。一般灰熔点低的煤容易结渣，与此同时，低灰熔点的灰分通常粘附性也强，因而增加了结渣的可能性。在运行条件变化时，煤灰的结渣特性也可能灰变化。例如，炉膛温度升高，或受热表面积灰导致壁面温度升高，火炉内局部地区产生还原性气氛，使灰的熔点温度降低时，结渣倾向就可能增加。2．炉膛温度水平炉内燃烧器区域的温度越高，煤灰越容易达到软化或熔融状态，结渣的可能性就越大。而影响燃烧器区域温度水平的因素也很多。例如，前述的断面热强度与燃烧器区域的壁面热强度、燃料的发热量、水分含量以及锅炉负荷的变化等。如果锅炉改烧发热量大的同类煤时，由于燃放热增多，燃烧器区域温度水平就高，结渣的可能性就大。而锅炉负荷越高，送入炉内的热量也越多，结渣的可能性也越大。3．火焰贴墙对于四角布置直流式燃烧器的炉膛，煤粉气流由于受到气流刚度，补气条件和邻角气流的撞击等影向而引起火焰贴墙时，这必然结渣。对于布置旋流式燃烧器的炉膛，当旋流强度太大时，会引起飞近贴壁火焰。或某只燃烧器的旋流强度过小，气流射程太长时，可能使气流直冲对面炉墙或顶撞对面的火焰而导致结渣。4．过量空气系数当炉内局部区域过量空气过小且煤粉与空气混合不均匀时，可能产生还原性气氛，而煤锅炉结焦及燃烧讲义4粉在还原性气氛不能充分氧化，灰分中的Fe2O3被还原成FeO，FeO与SiO2等形成共晶体，其熔点温度就会降低，有时会使熔点下降150～200℃，因而，结渣倾向随之增加。或者，采用高煤粉浓度燃烧方式时，由于燃烧放热过于集中，使局部区域温度升高且处于还原性气氛，结渣也会倾向严重。当然这也与灰的熔融特性有关。5．煤粉细度粗煤粉的燃烧时间比较长，当煤粉中粗煤粉的比例增加时，容易引起火焰延长，导致炉膛出口处的受热面结渣。6．吹灰吹灰器长期不投，受热面积灰增多时，可能导致结渣。7．燃用混煤锅炉燃用混煤时，灰渣的特性有可能改变。一般，结渣性强的煤与结渣性弱的煤混合时，结渣灰减轻。锅炉结渣是多种因素综合影响的结果，不过总是有几个关键因素起先导作用。比较重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷却能力、以及火焰贴墙等。我公司三期锅炉炉膛结构示意图如下：锅炉结焦及燃烧讲义5高再MLKJGH后屏连接烟道77005960850088009500350014212×14212820065000.032260672006340065500636006280043900126009890中再2460061000730006190070700高再高过省煤器吊拉管立式低过大屏汽包下降管水平低过省煤器垂直烟道空预器空预器出口烟道靖远电厂2×300MW机组工程锅炉专业组织设计批准锅炉整体结构布置示意图审核设计马延华04/11/24制图马延华04/11/24比例编号GL-00242600水冷壁32860N吴晓栋詹玉地04.11.2604.11.27三、防止结焦的措施a.严把锅炉燃烧器的检修质量关利用机组中修的机会，对磨损严重或脱落的一次风喷口内的均流锥进行了更换；对烧损变形、发生偏斜的燃烧器喷口及时进行了修整和校正，以防止燃烧器一次风喷口处煤粉分布锅炉结焦及燃烧讲义6不均和煤粉火焰发生偏斜而引起炉膛局部结焦。b.机组启动前对锅炉进行冷态空气动力场试验通过试验找出燃烧器合理的配风方式和最佳的内、外调风挡板位置，使炉内组织起良好的空气动力工况，确保锅炉的安全、稳定、经济运行。c.消除炉膛底部的漏风重点检查了锅炉水封槽插板与水封结合处是否存在漏风，并对水封槽内存在的积灰进行清理，同时在运行中尽量提高水封槽水位，使炉底密封更严密。d.做好煤质分析和配煤工作燃料公司对不同类型的来煤分别存放，并按照规定的煤质要求严格准确配煤。e.保证锅炉氧量表指示准确、可靠，及时对氧量表进行了标定，便于运行人员合理控制锅炉运行氧量，优化锅炉燃烧，减少因缺风造成的锅炉结焦积灰问题。f.尽量使各燃烧器一、二次风速保持一致，同时控制较为合适的一次风煤粉浓度和保持合适的煤粉细度，以保持炉膛温度场分布的均匀性。对煤粉进行分析发现煤粉细度变大，煤粉变粗，煤粉中的粗颗粒很容易从煤粉气流中分离出来与水冷壁发生冲撞；此外，粗颗粒的燃尽需要相当长的时间，因此常常贴壁造成还原性气氛而增加了结渣的机率。g、适当降低一次风速度。一次风速度调整必须根据煤质的变化来进行，在额定负荷下，当燃用优质烟煤时，当燃用一般烟煤时，降低一次风速度可降低一次风射流的刚性，防止煤粉气流冲击对面炉墙从而防止炉膛结渣。h.保证所有吹灰器能够正常投入吹灰时间间隔严格按规定执行，在锅炉升降负荷及炉膛吹灰时加强对炉膛负压的监视，以防止锅炉掉焦塌灰灭火。I、二次风在燃烧器各层之间的分配方式采取缩腰型的配风方式，将上层和下层的二次风挡板开度调节为100%，中部二次风挡板开度调为30%，当煤质较好时可调节到50%。采取缩腰型的配风方式可加强煤粉的着火，提高燃烧的稳定性和经济性，另外，炉膛结焦也可加以改善。原因在于中部二次风处于两个一次风气流的中间，当其动量较小时，一次风气流对其的卷吸量较小，负压也较小，因此从上角来的主气流所造成的冲击力也较小，从而不会使中部的一次风气流严重偏转而引起结渣。总之，提起锅炉结焦，不能不讲到锅炉燃烧，燃烧工况的好坏，运行调整水平的优劣，直接关系到锅炉运行的安全与经济，因此下面简单介绍一下有关锅炉燃烧理论知识，希望能给我们大家以后的运行调整工作有所补益。锅炉结焦及燃烧讲义7锅炉燃烧理论知识介绍一、质量作用定律---化学反应速度1．质量作用定律燃烧是一种发光发热的化学反应。燃烧速度可以用化学反应速度来表示。在等温条件下，化学反应速度可用质量作用定律表示。即反应速度一般可用单位时间，单位体积内烧掉燃料量或消耗掉的氧量来表示。可用下面的式子表示炉内的燃烧反应：ａＡ＋ｂＢ==ｇＧ＋ｈＨ(5-1)(燃料)(氧化剂)(燃烧产物)化学反应速度可用正向反应速度表示，也可用逆向反应速度来表示。即（5-2）(5-3)2.质量作用定律的意义质量作用定律说明了参加反应物质的浓度对化学反应速度的影响。其意义是：对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应的各反应物的浓度乘积成正比，而各反应物浓度的方次等于化学反应式中相应的反应系数。因此，反应速度又可以表示为：(5-4)式中ＣA,ＣB---反应物A,B的浓度a,b---化学反应式中，反应物A,B的反应系数；kA,kB---反应速度常数。二、阿累尼乌斯定律在实际燃烧过程中,由于燃料与氧化物(空气)是按一定比例连续供给的,当混合十分均匀时,可以认为燃烧反应是在反应物质浓度不变的条件下进行的.这时,化学反应速度与燃料性质及温度的关系为:dtdCWAA—=dtdCWBB—=dtdCWGG=dtdCWHH=bBaAAAACCkdtdCW==—bBaABBBCCkdtdCW==—锅炉结焦及燃烧讲义8k＝k0ｅ(－E/RT)(5-6)式中,k0--相当于单位浓度中，反应物质分子间的碰撞频率及有效碰撞次数的系数E—反应活化能；R—通用气体常数；T—反应温度：k—反应速度常数（浓度不变）。阿累尼乌斯定律说明了燃料本身的“活性”与反应温度对化学反应速度的影响的关系。什么是燃料的“活性”呢？可以简单地理解为燃料着火与燃尽的难易程度。例如，气体燃料比固体燃料容易着火，也容易燃尽。而不同的固体燃料，“活性”也