锅炉除焦剂使用分析

izikakuci

【摘要】黔东#1机组自运行以来结焦问题较为突出，因锅炉结焦严重多次发生机组结焦导致机组被迫停运的事故。针对锅炉结焦对其产生的不利影响，讨论了锅炉结焦的原因，对锅炉使用的除焦剂的除焦机理进行了描述。通过对黔东#1机600MW机组锅炉使用除焦剂后参数变化的分析，说明使用除焦剂后，锅炉运行稳定性得到提高，配合正常的定期吹灰更为有效。
【关键词】锅炉结焦;除焦剂;除焦机理;锅炉热效率
1.锅炉结焦原因分析
受热面上的灰污染按其粘结强度可分为松散性积灰和粘结性积灰（包括结焦）。松散性灰污的产生仅是一个物理过程。从技术角度出发，松散性灰污有时无法避免，且只要保证适当的受热面结构设计尺寸，组织好燃烧工况和保持足够的气流能量，并在必要时配合正常的定期吹灰等，即可将灰污染程度控制在合理的范围内。而对同时具有物理化学两种作用的粘结性灰污（这种现象发生在锅炉的高温部分，例如炉膛称之为结焦），由于灰污层强度高，物理方法难以清除，且具有无限生长的特性，带来的危害性更大。运行中影响锅炉粘结性灰污（结焦）的因素是多方面的、复杂的，最主要的就是入炉煤的煤质。
燃料中灰分含量高，灰熔点低，是锅炉易结焦的原因之一。对煤种及燃烧方式的选择，应尽量选择与设计煤种相符的煤种，当燃煤为低灰熔点时，应与灰熔点高的煤混烧。结焦是否产生还取决于燃煤的矿物质特性。处于锅炉燃烧中心（温度达 1450～1650℃）的粉煤灰可能已全部熔化或表面熔化。在正常情况下，熔渣离开燃烧中心碰到受热面以前应当已冷却成固体状态，这样与受热面碰撞后仍被烟气带走，只会引起磨损，不致酿成结焦。若熔渣在与受热面撞击时，仍保持熔化状态，则粘附在管壁上，形成结焦。造成锅炉结焦的主要原因是灰份的成份及其熔点。煤灰中所含的SiO2、Al2O3、MgO、Fe3O4、Fe2O3、FeO、CaO、Na2O、K2O等各自有不同的熔点。一般来说，SiO2、Al2O3的含量高时，煤灰熔点也高;铁和碱金属的氧化物多时，煤灰熔点较低;具有助熔作用的CaO以及燃料中黄铁矿（FeS）等多时，會使煤灰熔点下降;当它们作为混合物晶体存在时，又会使煤灰熔点改变。如果灰渣中形成三元共晶体Al2O3·2SiO2+2FeO·SiO2+SiO2，则熔点只有1000～1100℃;形成二元共晶体CaO·FeO+CaO·Al2O3熔点为1200℃。
2.锅炉除焦剂的除焦机理
添加化学药品可改变矿物质在炉内的反应历程，从而改变其灰污特性。从30年代开始有人研究并采用化学添加剂清除锅炉受热面上的积灰。60年代，以铜为主要成分的添加剂开始用于解决炉膛结焦，并已开发成产品在一些国家应用。80年代我国的除焦剂（清灰剂）问世，综合起来主要有两大类：氧化型和盐型，现已广泛用于清除锅炉受热面上的灰污。
“速特威”2633锅炉除焦剂属于盐型除焦剂，其工作原理是提高焦层共熔物的熔点，使之二次燃烧。在400℃的温度下，会与焦层中的有机物发生自燃。在700℃的温度时，在气流的作用下，与焦层中的炭沫、硫磺和其它可燃物质碰撞、摩擦会发生燃烧和微爆现象，使焦层松化。除焦剂在深入焦层内部过程中，改变焦层的晶格，使焦层的晶体由坚硬的纳长石和钙长石，改变为疏松的石英和莫来石等。
对于锅炉结焦，除焦剂虽不能防止其产生，但能改变其结焦强度，此时配合气流的物理作用就能达到除焦的目的。因此在使用除焦剂时，配合正常的定期吹灰，效果更为明显。
3.黔东除焦剂使用效果
黔东电厂#1、2炉采用东方锅炉厂引进福斯特惠勒公司技术设计制造，型号DG2028/17.45-Ⅱ3，型式：亚临界压力，一次中间再热的自然循环锅炉，双拱形单炉膛，W型火焰燃烧方式。两台机组分别于2008、2009年投产。投产以来结焦严重，为此，该厂自2012年开始使用速特威（STW）2633液体除焦剂对#1、2炉进行除焦。
（1）除焦的必要性
该厂锅炉因采用W型火焰燃烧方式，导致炉膛火焰中心达1600℃以上，适应煤种为无烟煤。但自投产以来一直燃用严重偏离设计的烟煤，且为高硫、高灰分煤种。因此两台炉自投产以来结焦严重，运行一周左右即能在炉膛产生大量的炉焦。后#2炉经厂家计算试验性的减少部分卫燃带后结焦严重稍微减轻，但随之而来的是再热汽温偏低。#1炉卫燃带未进行改造锅炉结焦严重，随之而来的是频繁落焦问题。落焦对锅炉燃烧产生很大的扰动，造成锅炉燃烧不稳，甚至造成锅炉灭火、机组跳闸，严重影响机组安全运行。2010年以来，因炉膛落焦#1锅炉发生数次因垮大焦导致燃烧不稳，被迫投油稳燃;更严重的造成一次锅炉灭火，多次因大焦导致捞渣机链条卡涩，降负荷处理链条断链时间长达12小时，严重影响锅炉运行安全。由于结焦严重，锅炉受热面传热效果受到很大影响。一方面，造成炉膛出口区域烟气温度偏高，受热面管束易超温而缩短使用寿命，同时使锅炉减温水超量增大，降低机组效率;另一方面，造成锅炉排烟温度严重偏高排烟设计值为120℃，而实际运行中，排烟温度高达140～150℃，比设计值高20～30℃，从而使锅炉排烟热损失增大，严重影响机组经济运行。
锅炉熄火造成机组跳闸，将对电网造成较大冲击，影响到社会效益。机组效率降低造成发电煤耗上升，意味着能源消耗上升，烟气、灰、渣排放量上升，对资源及环境保护造成不利影响。此外，机组跳闸后恢复过程中须投用助燃油，也会加大资源消耗。
（2）速特威-2633 除焦荆除焦原理及特点
速特威-2633锅炉除焦剂为液态化学制品（硝酸盐水溶剂），呈淡蓝色，PH值4～6.1，无毒、无味、无爆炸危险，对人体无危害，对环境无污染。其除焦机理和过程为：除焦剂通过喷药设备由看火孔喷入炉内，在炉膛内迅速汽化，随后在随烟气气流通过炉膛、过热器、再热器的同时，与受热面的结焦发生化学反应，改变焦块（灰渣）原有坚硬的铀长石和钙长石的晶体结构，使其变为疏松的莫来石和石英，随后在气流的作用下（包括正常的定期吹灰）脱落，从而达到除焦的目的。实践证明其除焦范围大、效果好。喷药过程中不会对锅炉燃烧产生任何不良影响。同时，在气体排放中也不会对环境产生不利影响。
（3）除焦剂使用效果
（a）排烟温度变化
由于使用除焦剂减轻和清除锅炉受热面的结焦和高温积灰，强化了锅炉传热，因而降低了锅炉的排烟温度。根据锅炉的DCS数据统计分析，使用除焦剂的2012年锅炉排烟温度较2011年平均下降18℃，考虑到环境温度2012年冬季较2011年秋季同期低，经折算，在相同环境温度的条件下，2012年排烟温度较2011年降低约10℃。一般来说，锅炉排烟温度每降低10～15℃，锅炉效率可提高约1%，故可认为锅炉热效率提高将近1%左右。如图1所示。
图1 #1炉使用除焦剂前后排烟温度变化
（b）减温水流量变化
图2为#1炉使用除焦剂前后过热器减温水流量变化规律，使用除焦剂后过热器减温水流量在任何负荷下都有一定程度的下降，这使得机组的安全性和经济性都有一定程度的提高。
图2 #1炉使用除焦剂前后减温水变化
（a）高温过热器出口烟温变化
使用除焦劑以后，#1炉高温过热器出口烟温变化如图3所示，由图可知：
图3 使用除焦剂前后高过出口烟温变化
（1）使用除焦剂以后，#1炉高温过热器出口烟温总体呈下降趋势。
（2）无论在任何负荷范围，使用除焦剂后，#1炉高温过热器出口烟温降低25～35℃左右。
（3）高温过热器出口烟温下降，说明高温过热器管组及之前受热面（炉膛、屏过）的吸热量增加，显然，受热面结焦不断减少是导致这一变化的主要原因。
（d）提高锅炉燃烧稳定性、保证锅炉安全运行
锅炉使用除焦剂3-4个月后，锅炉结焦程度大为减轻，基本看不到大的焦块，从而有效地避免了因落焦造成的锅炉灭火事故的发生，有力地保证了机组安全、可靠运行，而锅炉每次熄火可造成直接经济损失约 50万元。
（e）其它效益
（1）在使用除焦剂后，炉膛结焦减少，水冷壁吸热增多，炉膛出口烟气温度合理，可有效防止过热器受热面超温。
（2）锅炉除焦后，机组运行可靠性提高，有力地保证电网的稳定，产生良好的社会效益。
（3）使用除焦剂后，去除了锅炉受热面结焦，检修期间可免除除焦工作，降低了人员劳动强度。
4.结论
黔东#1炉使用除焦剂后效果明显，主要表现为锅炉排烟温度、过热器减温水流量、二级过热器出口烟温等参数开始降低，说明除焦剂对该公司的锅炉有较为理想的除焦效果。
参考文献
[1]岑可法，樊建人，池作，等.锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理和计算[M].北京：科学出版社，1994：1-5，267-269.
[2]林宗虎，徐通模.实用锅炉手册[M].北京：化学工业出版社，1999：89-98.
作者简介：王海涛（1982—），男，技师，助理工程师，贵州黔东电力有限公司集控值班员，研究方向：火力发电厂集控运行。