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鍋爐知識

鍋爐技術--鍋爐結焦

發布時間: 2019-06-14 15:53   110 次瀏覽

問題:1、什么是鍋爐結焦?

2、結焦的危害有哪些?

3、結焦的原因和機理是什么?

4、如何防止結焦,有哪些措施?

5、鍋爐燃燒和結焦的關系以及相關理論知識的介紹



一、結焦的概念

在鍋爐爐膛中心,火焰溫度高達1400-1600℃左右,煤粉燃燒時,其灰分處于熔化狀態,當熔化的灰粒在離開火焰碰到受熱面或爐墻時受到冷卻就會粘附在受熱面的管子或爐墻上,而且越結越多,這種現象就叫結焦。


大家注意到上述概念牽扯到了這樣的幾個名詞:煤粉燃燒,灰粉熔化狀態,那么有必要對煤粉燃燒和灰粉熔化狀態進行一簡單的介紹:


1、煤的成分

為了了解煤的某些特性,將煤的成分分為:碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、水分(H2O)、灰分(A);這里主要介紹灰分,灰分是煤粉燃燒完全燃燒后形成的固體殘余物的統稱,其主要成分有硅、鋁、鐵和鈣以及少量的鎂、鈦、鈉和鉀等元素的組成的化合物。


依據炭化程度分,炭化程度越深,揮發分含量越少,碳的含量越多。我國動力煤習慣上分為4類:

無煙煤:揮發分6.5—10%,著火困難,燃盡不易;

貧煤:揮發份低,約 10—19%,燃燒性質與無煙煤接近;

煙煤:揮發分含量高,揮發分19—37%,碳化程度低于無煙煤;

褐煤:揮發分含量較高,揮發分37%以上,有利于著火。


2、灰的性質

灰的性質主要是指它的熔化性和燒結性,熔化性主要影響爐內的運行工況,燒結性主要影響對流受熱面的結灰性能。在火焰中心,灰分處于熔化狀態或軟化狀態,具有粘性,如果遇到受熱面管子,很容易粘接在上面,形成結渣。


關于灰分的熔化性能,目前都用實驗的方法測得,把灰制成底為等邊三角形的椎體,底邊長為7mm,錐體高20mm,然后加熱根據灰的狀態變化確定三個溫度指標來表示灰的熔化性質:

(1)變形溫度t1,指錐頂變圓或開始傾斜的溫度;

(2)軟化溫度t2,錐頂彎至錐底或萎縮呈球形的溫度;

(3)熔化溫度t3,指椎體呈液體狀態能沿平面流動的溫度。


3、影響灰熔點的因素:

(1)成分因素:灰的化學成分很復雜,通常用各種氧化物的百分含量來表示,包括SiO2Fe0, Al2O3Fe2O3CaO, MgO,Na2O+K2O,TiO2,P2O5等,除氧化鈉和氧化鉀外,其它氧化物的熔點很高,為1600-2800℃,氧化鈉和氧化鉀的熔點800-1000℃。當酸性氧化物成分超過80-85%時,灰往往是難溶的,相反堿性氧化物增加就會易溶。


(2)介質因素:煤灰各種氧化物的含量對煤灰的熔融特性的影響,說法不一。煤灰所處環境介質對會的熔融性有影響,,在弱還原性氣氛中,鐵成氧化亞鐵狀態Fe0,熔點為1420℃,在還原性介質中,鐵成金屬態,其熔點為1535℃。


(3)濃度因素:煤中含灰量不同,熔點也會發生變化,實踐證明,燃燒多灰分的煤容易結渣,因為灰分在加熱中容易接觸頻繁,產生分解化合助熔等作用的機會大大增加。因此會影響到結焦。


實踐證明,當灰的軟化溫度t2大于1350℃時,造成爐內結焦的可能性不大。為了避免爐膛出口處結焦,爐膛出口溫度應低于t2,并至少預留50-100℃。


受熱面結渣過程與多種復雜因素有關。任何原因的結渣都有兩個基本條件構成,一是火焰貼近爐墻時,煙氣中的灰仍呈熔化狀態,二是火焰直接沖刷受熱面。但是,與這兩個因素相關的具體原因有很復雜。



二、影響鍋爐結渣的因素

1.煤灰特性和化學組成

煤灰特性主要表現在兩個方面:一是煤灰的熔點溫度,二是灰渣的粘性。一般灰熔點低的煤容易結渣,與此同時,低灰熔點的灰分通常粘附性也強,因而增加了結渣的可能性。

在運行條件變化時,煤灰的結渣特性也可能灰變化。例如,爐膛溫度升高,或受熱表面積灰導致壁面溫度升高,火爐內局部地區產生還原性氣氛,使灰的熔點溫度降低時,結渣傾向就可能增加。


 2.爐膛溫度水平

爐內燃燒器區域的溫度越高,煤灰越容易達到軟化或熔融狀態,結渣的可能性就越大。而影響燃燒器區域溫度水平的因素也很多。例如,前述的斷面熱強度與燃燒器區域的壁面熱強度、燃料的發熱量、水分含量以及鍋爐負荷的變化等。如果鍋爐改燒發熱量大的同類煤時,由于燃放熱增多,燃燒器區域溫度水平就高,結渣的可能性就大。而鍋爐負荷越高,送入爐內的熱量也越多,結渣的可能性也越大。


3.火焰貼墻

對于四角布置直流式燃燒器的爐膛,煤粉氣流由于受到氣流剛度,補氣條件和鄰角氣流的撞擊等影向而引起火焰貼墻時,這必然結渣。對于布置旋流式燃燒器的爐膛,當旋流強度太大時,會引起飛近貼壁火焰。或某只燃燒器的旋流強度過小,氣流射程太長時,可能使氣流直沖對面爐墻或頂撞對面的火焰而導致結渣。


4.過量空氣系數

當爐內局部區域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時,可能產生還原性氣氛,而煤粉在還原性氣氛不能充分氧化,灰分中的Fe2O3被還原成FeO,FeO與SiO2等形成共晶體,其熔點溫度就會降低,有時會使熔點下降150~2000C,因而,結渣傾向隨之增加。或者,采用高煤粉濃度燃燒方式時,由于燃燒放熱過于集中,使局部區域溫度升高且處于還原性氣氛,結渣也會傾向嚴重。當然這也與灰的熔融特性有關。


5.煤粉細度

粗煤粉的燃燒時間比較長,當煤粉中粗煤粉的比例增加時,容易引起火焰延長,導致爐膛出口處的受熱面結渣。


 6.吹灰

吹灰器長期不投,受熱面積灰增多時,可能導致結渣。


7. 燃用混煤

鍋爐燃用混煤時,灰渣的特性有可能改變。一般,結渣性強的煤與結渣性弱的煤混合時,結渣灰減輕。

鍋爐結渣是多種因素綜合影響的結果,不過總是有幾個關鍵因素起先導作用。比較重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷卻能力、以及火焰貼墻等。



三、防止結焦的措施


1. 嚴把鍋爐燃燒器的檢修質量關

  利用機組中修的機會,對磨損嚴重或脫落的一次風噴口內的均流錐進行了更換;對燒損變形、發生偏斜的燃燒器噴口及時進行了修整和校正,以防止燃燒器一次風噴口處煤粉分布不均和煤粉火焰發生偏斜而引起爐膛局部結焦。


2. 機組啟動前對鍋爐進行冷態空氣動力場試驗

  通過試驗找出燃燒器合理的配風方式和******的內、外調風擋板位置,使爐內組織起良好的空氣動力工況,確保鍋爐的安全、穩定、經濟運行。


3. 消除爐膛底部的漏風

  重點檢查了鍋爐水封槽插板與水封結合處是否存在漏風,并對水封槽內存在的積灰進行清理,同時在運行中盡量提高水封槽水位,使爐底密封更嚴密。


4. 做好煤質分析和配煤工作  燃料公司對不同類型的來煤分別存放,并按照規定的煤質要求嚴格準確配煤。


5. 保證鍋爐氧量表指示準確、可靠,及時對氧量表進行了標定,便于運行人員合理控制鍋爐運行氧量,優化鍋爐燃燒,減少因缺風造成的鍋爐結焦積灰問題。


6. 盡量使各燃燒器一、二次風速保持一致,同時控制較為合適的一次風煤粉濃度和保持合適的煤粉細度,以保持爐膛溫度場分布的均勻性。對煤粉進行分析發現煤粉細度變大,煤粉變粗,煤粉中的粗顆粒很容易從煤粉氣流中分離出來與水冷壁發生沖撞;此外,粗顆粒的燃盡需要相當長的時間,因此常常貼壁造成還原性氣氛而增加了結渣的機率。


7、適當降低一次風速度。一次風速度調整必須根據煤質的變化來進行,在額定負荷下,當燃用優質煙煤時,當燃用一般煙煤時,降低一次風速度可降低一次風射流的剛性,防止煤粉氣流沖擊對面爐墻從而防止爐膛結渣。


8. 保證所有吹灰器能夠正常投入  吹灰時間間隔嚴格按規定執行,在鍋爐升降負荷及爐膛吹灰時加強對爐膛負壓的監視,以防止鍋爐掉焦塌灰滅火。


9、二次風在燃燒器各層之間的分配方式采取縮腰型的配風方式,將上層和下層的二次風擋板開度調節為100%,中部二次風擋板開度調為30%,當煤質較好時可調節到50%。采取縮腰型的配風方式可加強煤粉的著火,提高燃燒的穩定性和經濟性,另外,爐膛結焦也可加以改善。原因在于中部二次風處于兩個一次風氣流的中間,當其動量較小時,一次風氣流對其的卷吸量較小,負壓也較小,因此從上角來的主氣流所造成的沖擊力也較小,從而不會使中部的一次風氣流嚴重偏轉而引起結渣。

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