0　前言

　　目前，我国电力工业已步入“大电网、大机组、高电压、高自动化”的发展新阶段，至1997年底，全国运行及其在建的300 MW及以上火电机组已有200多台。然而在国内300 MW及以上机组的运行中，许多锅炉不同程度地存在炉膛结渣问题，有些甚至引发重大事故。为此，电力生产部门提出许多解决炉膛结渣问题的方法和建议，各运行电厂在实践中也总结出不少防止炉内结渣的宝贵经验；作者收集了大量国内外300 MW及以上大型电站锅炉的有关资料，分析研究了现代大型燃煤电站锅炉的设计特点。本文仅就防止炉膛结渣问题，总结现代电站锅炉在设计与运行中应采取的措施，以期与同行共同探讨。

1　炉内结渣机理及防止结渣的原则

　　炉膛受热面结渣的机理众所周知，其本质可以概括地表述为：当温度高于灰熔点的烟气冲刷受热面时，烟气中熔融的灰渣粘附到受热面上，造成结渣。这里，关键的因素有3点：一是燃料的灰熔点；二是气流的温度高于灰熔点时，气流中的灰渣才呈熔融状态；三是这样的气流只有冲刷受热面时，才会造成结渣。因此，防止炉膛结渣的措施原则上可从以下几方面着手：
　　a.　燃料的灰熔点主要取决于燃料中灰分的成份组成。灰熔点低、灰分高或发热量高的煤容易发生炉内结渣，设计和运行时必须充分注意。
　　b.　燃料的灰熔点还会由于炉内的还原性气氛而下降，而炉内还原性气氛是不可避免的，这可以通过设法在受热面附近人为制造氧化气氛以减轻灰熔点降低倾向。
　　c.　当炉膛中气流的温度很高时，例如燃烧器区域，一定要避免火焰直接冲刷受热面。这首先应在结构设计上予以保证，在运行操作上更应予以重视。
　　d.　对易受到烟气冲刷的受热面部位，例如炉膛上部分隔屏式过热器区域，要适当控制该处的烟气温度，并加大管屏间距；当烟气冲刷受热面不可避免，例如烟气离开炉膛进入对流烟道时，应保证设计炉膛出口烟温低于燃料的灰熔点。
　　e.　炉内结渣还是一个自动加剧的过程，因此运行中要重视经常、及时地吹灰打渣，清洁水冷壁受热面，防止结渣现象积累加重。

2　炉膛设计中防止结渣的措施

2.1　锅炉设计的前提
2.1.1　根据实际用煤情况提供设计煤种资料
　　众所周知，锅炉必须按一定的煤质特性来设计制造。因此，正确地选定设计煤种，以期在电站建成后，从煤的产、供、销、运等方面都得到保证，是使机组能在设计条件下正常运行，充分发挥其应有效益的基本前提，必须充分重视。
2.1.2　根据燃料性质选择燃烧方式
　　根据对我国煤质性质及燃烧效果的分析，有些锅炉结渣并非都是运行不当或设计不正确的结果，而是煤根本不适于所用的燃烧方式。例如固态排渣煤粉炉燃用灰分高、灰熔点过低的煤，就不可避免地会严重结渣，而液态排渣煤粉炉或流化床燃烧锅炉，则恰恰适用于这种煤种。可见根据煤种性质选择正确的燃烧方式，是避免燃烧某些煤种造成锅炉结渣的根本性措施。

2.2　正确设计炉膛结构，合理布置辐射受热面
　　过去炉膛设计最重要的结构设计指标是炉膛容积热强度和炉膛断面热强度，整个炉膛设计合理的判断指标是炉膛出口烟温应低于燃料的灰熔点。然而对300MW及以上锅炉炉膛设计的研究表明，大型锅炉炉膛结构设计的指标远不止这几项。除炉膛容积热强度、炉膛断面热强度外，还有燃烧器区域的热强度、炉膛辐射受热面热强度、最上层燃烧器中心距分隔屏式过热器底部的高度、以及最下层燃烧器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指标。加设这些指标的目的是不仅要满足炉膛燃烧和传热的要求，还要保证炉膛运行安全可靠。
2.2.1　炉膛容积热强度的选取
　　研究数据表明，随着锅炉容量的增大，炉膛容积热强度值相对减小。此外，近20 a来北美和西欧环境法规的日益严格对锅炉燃烧技术产生极大的影响，低NO_X燃烧原理与传统的燃烧热力学理论的矛盾，使国内外都有采用保守设计、适当增大炉膛容积的趋势。在燃烧一般烟煤时，410 t/h锅炉的炉膛容积热强度约为110～150kW/m³，1000t/h锅炉的约为100～140kW/m³，而2000t/h锅炉则在80～120kW/m³之间。对于灰分水分多、发热量低及灰熔点低的劣质煤，该值更应选得小些。例如盘山电厂的500MW锅炉，其校核煤种软化温度为1190 ℃，设计炉膛容积热强度仅为88kW/m³。
2.2.2　炉膛断面热强度的选取
　　大容量锅炉炉膛设计中，炉膛断面热强度数值的选取比炉膛容积热强度更为重要，因为这一数值决定了炉膛形状，直接影响炉内的空气动力工况。与炉膛容积热强度相反，随着锅炉容量的增大，炉膛断面热强度值是相应增大的。研究数据表明，燃烧烟煤时，300MW锅炉的炉膛断面热强度约为3.8～5.0MW/m²，600MW锅炉在4.4～5.4MW/m²。对灰熔点较低的煤种，则应选取较小值，以防止火焰冲墙造成燃烧器区域结渣。
2.2.3　辐射受热面的布置
　　随着锅炉容量、参数的增大，为了使炉膛出口烟温不致过高而引起严重结渣，大型电站锅炉炉膛上部都布置有大量的辐射式分隔屏过热器，而此处的烟气温度仍高于燃料灰熔点，这是炉膛内易造成结渣、积灰的部位。通常设计此处烟温不可过高，且采用较大的屏间横向距离(约1.5～3.0m)来防止屏区结渣形成搭桥。

2.3　燃烧器的设计
2.3.1　燃烧器功率的选择和布置
　　大容量锅炉的特点是燃烧器数量多，必须多排布置。近年来，特别受到NO_X排放量的限制，趋向于采用单支热功率较小的燃烧器，因此需用燃烧器区域壁面热强度反映燃烧器区域火焰集中的情况。燃烧器区域壁面热强度随锅炉容量变化不大，数值大约在1.4～2.0MW/m²之间。对燃用灰熔点低的煤，为防止运行结渣可将高度方向的距离拉开，使燃烧器区域的温度水平降低。例如盘山电厂的500MW锅炉，设计燃烧器区域壁面热强度取值只有0.9MW/m²，保证了运行多年而不结渣。
　　燃烧器高度确定后，还要校核最上排燃烧器至分隔屏过热器底部的高度，以避免火焰直接冲刷屏底和满足火焰有效燃烬高度：校核最下排燃烧器至冷灰斗转角处的距离，避免火焰直接冲刷冷灰斗斜面。
2.3.2　在受热面附近人为制造氧化气氛以减轻灰熔点降低倾向
　　采用直流燃烧器可在其上下端增设防焦风室。直流燃烧器还可采用低NO_X同心燃烧系统(LNCFS)，偏置的二次风角度可推迟风粉混合时间，抑制NO_X生成，同时可使煤粉气流位于炉膛中心，水冷壁附近为氧化性气氛，其效果可避免火焰冲墙，提高灰熔点。

　　采用旋流燃烧器应使每个燃烧器之间尽量不相互影响，尤其是靠近侧墙的燃烧器应与侧墙有足够的距离，以免侧墙结渣及发生高温腐蚀。此外还可在炉膛下部设计边界屏幕风系统，使下炉膛的炉墙表面形成一层氧化性的屏幕风，提高灰熔点防止结渣。

2.4　有关炉膛的其它细节设计
　　a.　吹灰器是防止炉膛严重结渣所必须的设备，同时它还可提高锅炉效率，是节能的重要手段。因此炉膛必须配置吹灰器，并要保证吹灰器的制造和安装质量。
　　b.　在炉膛容易结渣的部位，如一次风喷口处，燃烧器区域的左右侧墙边上，折焰角附近，靠近冷灰斗斜坡处等，应布置观察孔、打渣孔，并便于运行人员接近作检查维护工作。
　　c.　炉膛冷灰斗设计角度应不小于50°，冷灰斗处的水冷壁管和支撑结构应能承受大块焦渣的坠落撞击和异常运行时焦渣大量堆积的荷重。
　　d.　锅炉炉底除渣设备的可靠运行不可忽视，元宝山电厂和石洞口二厂的600MW锅炉运行初期发生炉底严重结渣，均与除渣设备的设计错误和运行不良、排渣不畅有关，因此除渣设备的设计、制造、安装、施工质量等都应引起充分注意。

3　运行中防止结渣的措施

3.1　加强燃料管理
　　保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行性能的关键因素。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)。严重不符合本厂锅炉燃烧要求的燃煤，电厂有权拒绝接收。
　　煤场存煤要按不同煤质进行分堆，根据实际煤质情况配制入炉煤。有条件时，可掺烧其它不易结渣的煤种(但也要符合设计煤质要求)。每天及时准确地提供入炉煤的工业分析和灰熔点，供运行人员参考，以利锅炉燃烧调整。
3.2　通过燃烧调整试验建立合理的燃烧工况，并制定成相应的运行规程
　　燃烧调整试验的目的是使锅炉在最佳工况下运行，其内容应包括：
　　a.　制定锅炉在不同负荷下最佳工况运行的操作卡。确定不同负荷下燃烧器及磨煤机的投运方式，防止燃烧器区域热负荷过于集中；确定锅炉不投油稳燃的最低负荷，尽量避免在高负荷时油煤混烧，造成燃烧器区域局部缺氧和热负荷过高。
　　b.　确定煤粉经济细度；保证各支燃烧器热功率尽量相等，且煤粉浓度尽量均匀。
　　c.　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。
　　d.　确定不同负荷下的最佳过剩空气系数，调整一、二次风率、风速和风煤配比，以及燃料风、辅助风的配比等，使煤粉燃烧良好而不在炉壁附近产生还原性气氛。避免火焰偏斜直接冲刷炉壁等等。
　　锅炉的运行和操作，必须严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。
3.3　加强锅炉运行工况的检查与分析，建立正常的运行检查与分析制度
　　运行值班人员每班必须对锅炉结渣情况进行就地检查一次，发现有严重结渣情况，应及时汇报、处理。
　　专业工程师要定期分析锅炉运行工况，对易结渣的燃煤要重点分析减温水量的变化和炉膛出口温度的变化规律，以及过热器、再热器管壁温度变化的情况。锅炉在额定工况运行时，若发现减温水量异常增大和过热器、再热器管壁超温，或喷燃器全部下倾，减温水已用足，而仍有受热面管壁超温时，应适当降低负荷运行和加强吹灰，如已采取降负荷运行等措施仍无效时，应立即停炉处理。
　　利用夜间低谷运行周期性地改变锅炉负荷是控制大量结渣、掉渣的一种有效手段。但要防止负荷骤然大幅度变化，以免有可能造成大块渣从上部掉下打坏承压部件。

3.4　加强吹灰器和除渣设备的运行和维修管理
　　锅炉受热面吹灰器必须完善投用，运行各值必须严格按运行规程对各受热面进行吹灰。运行人员要加强吹灰器的现场检查，发现吹灰器因泄漏或卡涩故障或程控失灵，应立即手操退出，避免吹坏炉管和烧坏吹灰器。要加强吹灰器的缺陷管理和维修管理，出现问题及时消缺。经常安排少量吹灰器轮流大修，保持吹灰器高的可用率。灰控值班人员应加强对出灰情况的监视和分析，每班要检查冷灰斗观察窗，观察灰坑是否有堵渣现象。若发现渣斗内的堆渣超过斗内的水位，采取措施无效时，应停炉处理。出渣设备发生故障应立即修复，防止水冷壁冷灰斗中产生堆渣现象。

4　结论

4.1　设备选型和设计方案的审定：设备选型与设计是否合理，是机组投产以后能否正常运行和不断提高可靠性的基础。因此，电厂应了解合理的设计指标，根据实际用煤情况核实、审定制造厂的设计方案。
4.2　调试和验收移交工作：调试是由基建进入生产的关键工序，验收是保证设备制造、安装质量是否合格的重要环节，电厂对这2项工作要加强监督，严格要求。
4.3　作好运行前的技术准备工作：通过燃烧调整试验建立合理的燃烧工况，并制定相应的运行规程。锅炉的运行和操作必须严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。
4.4　加强运行和维修管理、监督、用制度保证各项技术措施的落实，提高运行人员与管理人员的技术和素质水平。