锅炉低氮燃烧器改造对结焦特性的影响

炉膛结焦是燃煤锅炉常见的一种燃烧异常现象。由于水冷壁的吸热作用，烟气温度沿炉膛中心向外逐渐降低，煤灰颗粒在碰到受热面时骤冷凝固并黏附在受热面上，形成结焦。锅炉结焦对锅炉的安全经济运行会产生很大的影响，最为常见的为水冷壁结焦。通过低氮燃烧器改造，能够解决锅炉水冷壁结焦问题。

鉴于我国目前的能源政策和煤炭市场现状，为 降低发电成本，发电企业采购的煤种多为低品质劣 质煤，且煤质变化范围较大，实际燃烧煤种与设计 煤种相差较远，使得炉膛结焦事故频发。

锅炉在大面积结焦时，若燃烧工况发生变化， 焦块会从受热面脱落。大面积掉焦会造成燃烧不稳，炉膛压力波动大，甚至炉膛灭火。另外，在高 温烟气的作用下，黏附在水冷壁上的焦渣与管壁会发生一系列复杂的化学反应，形成高温腐蚀，增加 水冷壁爆管事故的发生。

一、结焦的影响因素分析

1. 1 烟气气氛

烟气气氛即炉内的氧化性和还原性气氛，是影响炉膛结焦的另一重要因素，若锅炉在运行时炉膛出口烟气含氧量较低，炉内还原性气氛较强，灰熔点会随之降低，锅炉水冷壁更容易发生结焦。这主要与飞灰中铁的存在形式相关。因此，还原性气氛中，炉膛更易于结焦，当飞灰中 铁含量增大时，烟气气氛对灰熔点的影响更为明显。

1. 2炉内空气动力场

炉内空气动力场不理想，燃烧器射流角度偏离设计值，所导致的炉膛火焰中心偏斜、火焰贴墙以 及切圆直径偏大等现象，都易引起水冷壁结焦。如 果炉膛的切圆直径大于某一值后，水冷壁的结焦程 度就会随着切圆直径的增大加剧，这是由于大量半熔融和熔融态颗粒会直接冲刷水冷壁且粘附在水冷 壁上而导致的。另外，如果配风不合理，煤粉和空 气在炉膛内不能很好地混合，导致煤粉在炉膛内燃烧不完全，也会造成水冷壁结焦［8－9］。

1. 3温度场

温度场是影响炉内结焦的十分重要的因素之 一，研究分析表明，随着炉内温度升高，炉膛的结 焦程度呈现指数规律增长。当炉内的温度处于较低 水平时，煤粉颗粒呈现软化或者熔化状态的概率很 小，不容易发生结焦。若炉内的温度水平较高，但 近水冷壁区域温度却相对较低，煤灰颗粒在撞击到 水冷壁之前就已经被很好地冷却，由于其自身温度的降低，粘附到水冷壁上的概率也随之降低。

二、低氮燃烧器改造工作对结焦特性的影响分析

2. 1 炉内空气动力场

低氮燃烧器改造后，治理主燃区的无组织漏风，将一次风燃烧器更换为对置丘体水平浓淡分离煤粉燃烧器，使得携带煤粉的一次风气流在燃烧器 内以 8：2 的浓淡比被分为浓淡两股气流喷入炉膛。从而在一次风与水冷壁之间形成一层空气膜，形成典型 的 “风包粉”燃烧形式，提高水冷壁区域的氧化 性气氛，从而实现抑制炉内结焦的目的。

2. 2 温度场

低氮燃烧器改造调整了配风方式，采用空气分级低氮燃烧技术，主燃区空气过量系数保持在 0. 85 左右，形成欠氧燃烧，使得主燃区的温度低于改造前，从而降低熔融或软化的煤灰的比例。“风包粉”的燃烧形式能够在一次风与水冷壁 之间形成一层空气膜，这就使得近壁面的一定范围 内温度梯度较为平缓，致使半熔融、熔融态颗粒在 与水冷壁碰撞之前得到充分的冷却固化，使其自身温度降低，粘附到水冷壁上的可能性随之降低。可 见，低氮燃烧器改造对炉内温度场的影响有利于防止锅炉水冷壁结焦。