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摘要
电厂锅炉运行中，锅炉结焦是个长期存在的问题，它的存在不紧影响了锅炉的经济性，并且对锅炉的安全运行也造成一定的影响。电厂锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时以各种各样的形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结焦。本文首先通过对锅炉结焦的机理、原因及结焦对锅炉安全运行的危害做了详细的介绍，针对结焦原因采取治理措施。
关键词：燃煤锅炉 结焦原因 预防措施
【中图分类号】TK229.6
1. 设备概况及锅炉结焦机理
山西古交兴能电厂一期工程2×300MW机组设计煤种采用山西烟煤，采用中速磨正压直吹式制粉系统，采用平衡通风直流式燃烧器四角切圆燃烧方式。燃烧器共设置五层煤粉喷嘴，锅炉配置5台ZGM95G中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，在燃用设计煤种时，在BMCR工况时，4台磨煤机运行，一台备用。古交兴能电厂一期工程设计煤种采用灰中含三氧化二铝达36.21%的山西烟煤，但在实际运行中不可能保证一直使用设计煤种，不可避免的掺烧其他非设计煤种。非设计煤种大量掺烧后，锅炉结焦严重。为了解决锅炉结焦的问题，古交兴能电厂投入了大量的人力、物力，现就造成锅炉结焦的机理、原因和针对原因采取的解决方法进行分析、讨论，希望能起到一定的作用，使锅炉结焦问题有所缓解。
锅炉结焦机理指当炉膛内的温度较高时，一部分灰已呈熔融或半熔融状态，若这部分灰在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受烟气火焰冲刷的受热面或炉墙上，形成比较薄的釉质初始垢层，初始垢层粘合力远大于光滑的金属壁面，未凝固的灰熔融颗粒随烟气不断到达初始垢层，积灰厚度增加，渣层外表温度不断升高，接近软化温度时形成粘附性强的塑性渣膜并随时间增长逐渐烧结，形成大块焦渣。
2 锅炉结焦的原因
影响结焦的因素较多，不仅与煤灰特性有关，还与炉膛内燃料和空气分布、炉内的气氛条件、制粉系统运行方式、吹灰器等有关。现从不同角度对炉膛结焦原因进行分析。
2.1 燃用煤种变化的影响
2.1.1煤灰的熔点
煤质特性在影响结焦的因素中是主要的。在实际运行中煤质很难满足锅炉设计煤种的要求。煤在燃烧时，其灰分熔融特性用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3来表示，软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。
2.1.2 煤灰的成分
灰的成分不同，其熔点也不同。当煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾含量大时，灰熔点低，就容易结焦；当煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点就高，就不容易结焦。
2.1.3 煤灰的粘度
灰熔化后的粘度也是影响结渣特性的重要因素，因为结渣是要靠灰粒的粘性粘在受热面上才产生并持续长大。
2.1.4 煤粉细度
煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响。煤粉过细、过粗均可能引起结渣。煤粉过粗时，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面，容易造成结焦。煤粉过细时，煤粉燃烧过早，有可能在燃烧器附近结焦。
2.2 炉膛内燃料和空气分布不均
一次风门与二次风门调节不当，四角风速分配不均，造成煤在炉内燃烧不良、烟气温度不均匀，烟温高、空气少的地方容易结焦。对于四角切圆燃烧锅炉，热负荷高的水冷壁处很容易产生结渣。同时实际切圆偏大也容易引起结焦。
2.3 炉内的气氛条件
炉内的烟气气氛条件可以改变煤灰的熔点，例如煤灰中原本含有的Fe2O3的熔点很高，但如果煤灰遇到还原性气氛，Fe2O3就会被还原成FeO，其熔点下降约200℃。提高灰熔点温度在于氧化性气氛比还原性气氛高。电厂常采用带侧二次风的水平浓淡燃烧器，因浓相在火焰的上游，淡相在火焰的下游即水冷壁侧，使近壁处形成氧化性气氛，以提高灰熔点温度。同理，一次风喷嘴采用了设置周界风或侧二次风，形成“风包粉”的炉内气氛条件，使近壁处的含氧量更高，减小结焦倾向。
2.4 制粉系统运行方式的影响
磨煤机的运行方式不同会使炉膛内火焰集中程度不同。在同样负荷条件下，如果燃烧器运行过于集中，或者单层燃烧器热负荷过大，就更容易导致喷口周围结焦。经验表明，在负荷允许的情况下，采用多燃烧器、少燃料的运行方式，对避免结焦有利。
2.5 吹灰器的影响
当锅炉受热面有少量结焦时，及时吹灰可以有效地避免结焦恶化。受热面在结焦的初始阶段，生成的焦尚呈不连续、疏松状态，若不及时进行吹灰清除，将使受热面的传热系数降低、表面粗糙度增加，导致炉膛温度进一步升高，熔化的煤灰更难冷却，同时粗糙的受热面更容易粘住煤灰，引起结焦扩展，而且越来越严重。所以在结焦的初期及时将其吹掉，对避免锅炉结大焦块有很大作用。
3 锅炉结焦的危害及预防措施
受热面结渣后，使传热恶化、排烟温度升高，锅炉热效率下降；结渣后過热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增大，对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利影响。
3.1 防止锅炉结焦的措施
产生结焦有三个要素：首先是煤的成分及组成、第二是炉内温度水平以及气氛、第三是气流带着熔融或半熔融的灰颗粒冲刷到受热面。所以控制锅炉结焦基本从这三个方面入手。
3.1.1 加强燃料管理：保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行的关键因素。电厂燃料供应应符合锅炉设计煤质或接近设计煤质的主要特性（灰分、灰熔点、水分、挥发分）。采用不同煤种掺烧对防止或减轻结渣有一定好处。
3.1.2 保持四角风粉量的均衡，使四角射流的动量尽量均衡，尽量减少射流的偏斜程度，以防止气流冲刷炉壁而产生结渣现象。确定摆动式燃烧器允许摆动的范围，避免火焰中心过分上移造成屏区结渣，或火焰中心下移导致炉膛底部热负荷升高和火焰直接冲刷冷灰斗。
为了确保炉内的空气动场稳定，古交兴能电厂还请西安电科院的专家来厂进行检测和技术指导并对每台磨在不同负荷进行了一次风调平和煤粉细度调整，还对二次风量和一次风量进行重新标定，确保了实际切圆位置及大小与设计相符、风粉气流不刷墙运行，为减少锅炉结焦提供了保证。
3.1.3 防止炉内生成过多的还原性气体，首先要保持合适的炉内空气动力工况，四角的风粉比要均衡，否则有的一次风口因煤粉浓度过高而缺风，出现还原性气氛。
3.1.4 吹灰器定时吹灰：通过布置在锅炉受热面的吹灰器定期对受热面进行吹扫，可以保持受热面的清洁，防止灰渣大量积聚。吹灰器特点是吹灰力度较大，见效快，但不能根治结焦，只能控制结焦程度。
古交兴能电厂一期锅炉结焦主要集中在水冷壁区域（喷燃器上、下区域），现在所采用的蒸汽吹灰尚能满足锅炉吹灰的需要，所以仍采用蒸汽吹灰。
4 小结
造成古交兴能电厂一期锅炉运行中结焦的主要原因是所烧煤种的灰熔点较低，针对这一问题古交兴能电厂采取了掺烧高灰熔点煤、改变燃烧等措施。通过多措并举，目前古交兴能电厂一期锅炉运行中结焦问题已基本解决，锅炉在满负荷运行中已基本无大的焦块，从捞渣机中排出的渣也比较疏松、块粒较小，再未发生因锅炉结焦影响机组负荷的事件。
四角切圆锅炉由于自身特点决定了具有一定的结焦倾向，在实际生产中，影响其结焦的因素比较复杂，只有针对结焦的原因采取有针对性的手段才能使锅炉结焦得以解决。结焦现象虽然不能完全避免，但是只要我们将其控制在一定的范围内，就能够保证机组的安全运行。
电厂锅炉运行中，锅炉结焦是个长期存在的问题，它的存在不紧影响了锅炉的经济性，并且对锅炉的安全运行也造成一定的影响。电厂锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时以各种各样的形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结焦。本文首先通过对锅炉结焦的机理、原因及结焦对锅炉安全运行的危害做了详细的介绍，针对结焦原因采取治理措施。
关键词：燃煤锅炉 结焦原因 预防措施
【中图分类号】TK229.6
1. 设备概况及锅炉结焦机理
山西古交兴能电厂一期工程2×300MW机组设计煤种采用山西烟煤，采用中速磨正压直吹式制粉系统，采用平衡通风直流式燃烧器四角切圆燃烧方式。燃烧器共设置五层煤粉喷嘴，锅炉配置5台ZGM95G中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴，在燃用设计煤种时，在BMCR工况时，4台磨煤机运行，一台备用。古交兴能电厂一期工程设计煤种采用灰中含三氧化二铝达36.21%的山西烟煤，但在实际运行中不可能保证一直使用设计煤种，不可避免的掺烧其他非设计煤种。非设计煤种大量掺烧后，锅炉结焦严重。为了解决锅炉结焦的问题，古交兴能电厂投入了大量的人力、物力，现就造成锅炉结焦的机理、原因和针对原因采取的解决方法进行分析、讨论，希望能起到一定的作用，使锅炉结焦问题有所缓解。
锅炉结焦机理指当炉膛内的温度较高时，一部分灰已呈熔融或半熔融状态，若这部分灰在到达受热面前未得到足够冷却成为凝固状态，而仍然具有较高粘结能力时，就容易粘附在受烟气火焰冲刷的受热面或炉墙上，形成比较薄的釉质初始垢层，初始垢层粘合力远大于光滑的金属壁面，未凝固的灰熔融颗粒随烟气不断到达初始垢层，积灰厚度增加，渣层外表温度不断升高，接近软化温度时形成粘附性强的塑性渣膜并随时间增长逐渐烧结，形成大块焦渣。
2 锅炉结焦的原因
影响结焦的因素较多，不仅与煤灰特性有关，还与炉膛内燃料和空气分布、炉内的气氛条件、制粉系统运行方式、吹灰器等有关。现从不同角度对炉膛结焦原因进行分析。
2.1 燃用煤种变化的影响
2.1.1煤灰的熔点
煤质特性在影响结焦的因素中是主要的。在实际运行中煤质很难满足锅炉设计煤种的要求。煤在燃烧时，其灰分熔融特性用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3来表示，软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。
2.1.2 煤灰的成分
灰的成分不同，其熔点也不同。当煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾含量大时，灰熔点低，就容易结焦；当煤中的氧化硅、氧化铝含量大时，灰熔点就高，就不容易结焦。
2.1.3 煤灰的粘度
灰熔化后的粘度也是影响结渣特性的重要因素，因为结渣是要靠灰粒的粘性粘在受热面上才产生并持续长大。
2.1.4 煤粉细度
煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响。煤粉过细、过粗均可能引起结渣。煤粉过粗时，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面，容易造成结焦。煤粉过细时，煤粉燃烧过早，有可能在燃烧器附近结焦。
2.2 炉膛内燃料和空气分布不均
一次风门与二次风门调节不当，四角风速分配不均，造成煤在炉内燃烧不良、烟气温度不均匀，烟温高、空气少的地方容易结焦。对于四角切圆燃烧锅炉，热负荷高的水冷壁处很容易产生结渣。同时实际切圆偏大也容易引起结焦。
2.3 炉内的气氛条件
炉内的烟气气氛条件可以改变煤灰的熔点，例如煤灰中原本含有的Fe2O3的熔点很高，但如果煤灰遇到还原性气氛，Fe2O3就会被还原成FeO，其熔点下降约200℃。提高灰熔点温度在于氧化性气氛比还原性气氛高。电厂常采用带侧二次风的水平浓淡燃烧器，因浓相在火焰的上游，淡相在火焰的下游即水冷壁侧，使近壁处形成氧化性气氛，以提高灰熔点温度。同理，一次风喷嘴采用了设置周界风或侧二次风，形成“风包粉”的炉内气氛条件，使近壁处的含氧量更高，减小结焦倾向。
2.4 制粉系统运行方式的影响
磨煤机的运行方式不同会使炉膛内火焰集中程度不同。在同样负荷条件下，如果燃烧器运行过于集中，或者单层燃烧器热负荷过大，就更容易导致喷口周围结焦。经验表明，在负荷允许的情况下，采用多燃烧器、少燃料的运行方式，对避免结焦有利。
2.5 吹灰器的影响
当锅炉受热面有少量结焦时，及时吹灰可以有效地避免结焦恶化。受热面在结焦的初始阶段，生成的焦尚呈不连续、疏松状态，若不及时进行吹灰清除，将使受热面的传热系数降低、表面粗糙度增加，导致炉膛温度进一步升高，熔化的煤灰更难冷却，同时粗糙的受热面更容易粘住煤灰，引起结焦扩展，而且越来越严重。所以在结焦的初期及时将其吹掉，对避免锅炉结大焦块有很大作用。
3 锅炉结焦的危害及预防措施
受热面结渣后，使传热恶化、排烟温度升高，锅炉热效率下降；结渣后過热器处烟温及汽温均升高，严重时会引起管壁超温；结渣往往是不均匀的，结果使过热器热偏差增大，对自然循环锅炉的水循环安全性带来不利影响。
3.1 防止锅炉结焦的措施
产生结焦有三个要素：首先是煤的成分及组成、第二是炉内温度水平以及气氛、第三是气流带着熔融或半熔融的灰颗粒冲刷到受热面。所以控制锅炉结焦基本从这三个方面入手。
3.1.1 加强燃料管理：保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行的关键因素。电厂燃料供应应符合锅炉设计煤质或接近设计煤质的主要特性（灰分、灰熔点、水分、挥发分）。采用不同煤种掺烧对防止或减轻结渣有一定好处。
3.1.2 保持四角风粉量的均衡，使四角射流的动量尽量均衡，尽量减少射流的偏斜程度，以防止气流冲刷炉壁而产生结渣现象。确定摆动式燃烧器允许摆动的范围，避免火焰中心过分上移造成屏区结渣，或火焰中心下移导致炉膛底部热负荷升高和火焰直接冲刷冷灰斗。
为了确保炉内的空气动场稳定，古交兴能电厂还请西安电科院的专家来厂进行检测和技术指导并对每台磨在不同负荷进行了一次风调平和煤粉细度调整，还对二次风量和一次风量进行重新标定，确保了实际切圆位置及大小与设计相符、风粉气流不刷墙运行，为减少锅炉结焦提供了保证。
3.1.3 防止炉内生成过多的还原性气体，首先要保持合适的炉内空气动力工况，四角的风粉比要均衡，否则有的一次风口因煤粉浓度过高而缺风，出现还原性气氛。
3.1.4 吹灰器定时吹灰：通过布置在锅炉受热面的吹灰器定期对受热面进行吹扫，可以保持受热面的清洁，防止灰渣大量积聚。吹灰器特点是吹灰力度较大，见效快，但不能根治结焦，只能控制结焦程度。
古交兴能电厂一期锅炉结焦主要集中在水冷壁区域（喷燃器上、下区域），现在所采用的蒸汽吹灰尚能满足锅炉吹灰的需要，所以仍采用蒸汽吹灰。
4 小结
造成古交兴能电厂一期锅炉运行中结焦的主要原因是所烧煤种的灰熔点较低，针对这一问题古交兴能电厂采取了掺烧高灰熔点煤、改变燃烧等措施。通过多措并举，目前古交兴能电厂一期锅炉运行中结焦问题已基本解决，锅炉在满负荷运行中已基本无大的焦块，从捞渣机中排出的渣也比较疏松、块粒较小，再未发生因锅炉结焦影响机组负荷的事件。
四角切圆锅炉由于自身特点决定了具有一定的结焦倾向，在实际生产中，影响其结焦的因素比较复杂，只有针对结焦的原因采取有针对性的手段才能使锅炉结焦得以解决。结焦现象虽然不能完全避免，但是只要我们将其控制在一定的范围内，就能够保证机组的安全运行。