郑 伟，蒋春雷

（国家电投集团黑龙江新能源有限公司，黑龙江 哈尔滨 150023）

0 引言

现阶段我国对生物质能源的利用主要集中在生物质的气化和直接燃烧，秸秆、稻草等生物质类燃料是一种可再生的火力发电原料，近年已有一批生物质发电厂投产［1］。生物质发电厂普遍存在着生物质锅炉容易结焦的现象，影响锅炉的安全稳定运行［2］。本文针对某生物质锅炉结焦问题，经过多次停炉检修，对结焦情况检查、处理，并对焦块进行分析，确定生物质灰特性、生物质锅炉结焦原因，提出了生物质锅炉结焦处理及预防措施。

1 电厂概况

某生物质电厂装机为1×30 MW，配1台120 t/h生物质燃料锅炉，锅炉为超高压、高温、单汽包、自然循环、单炉膛、集中下降管、平衡通风、露天布置的循环流化床锅炉，锅炉主要燃料为电厂周边范围内的树木、稻草、农作物秸秆、稻壳、秸秆压块等。

锅炉给料系统采用前墙集中布置，炉前布置有8个给料口。一定粒度的燃料经给料机进入给料装置，然后被送入炉膛燃烧。燃料燃烧后的灰渣分别以底渣和飞灰的形式排出，底渣从炉膛底部通过水冷滚筒冷渣器排出，飞灰从尾部烟道排出。

2 生物质锅炉燃烧特性和存在的问题

2.1 生物质锅炉燃烧特性

生物质锅炉对燃料的适用性强，能适用大部分燃料，但不适用于多种燃料混烧，特别是粒度、密度相差很大的燃料。对燃料的适应性强，主要表现为不同品种的燃料可以掺烧，若掺烧燃料的特性较差，可能会影响锅炉带负荷，锅炉效率下降。炉膛温度低，可有效防止高温腐蚀和积灰的形成；炉膛出口温度低，加入氧化钙等可有效抑制二氧化硫和氮氧化物的生成。

2.2 生物质锅炉存在的问题

生物质燃料品种繁多，但密度、均匀度不同，在掺烧过程中，需要对生物质燃料进行干燥、破碎预处理，使其状态均一化。目前生物质加工很难做到燃料均一性，且破碎后燃料中存在大量的铁钉、铝皮等杂物无法全部分拣，进入炉膛后就会造成流化风强弱不易控制，使燃料无法吹起在锅炉密相区燃烧，引起结焦现象。

某生物质电厂锅炉运行期间因燃料水分较高，导致锅炉床温偏低、燃烧不稳。在燃料品种单一且无干料掺配、调节的情况下，为维持锅炉稳定运行，在锅炉燃料中加入施工建筑木模板及设备包装木箱的破碎物。施工建筑木模板及设备包装木箱里的铁钉、铝皮、铁皮等杂物等未经完全分拣随燃料一同进入锅炉。随着锅炉运行时间增加，床压逐渐升高，经常发生排渣不畅。机组并网40天后，锅炉多处床温、床压测点显示已极不均匀，锅炉蒸汽参数大幅波动，已不能稳定运行。初步判断为锅炉床面结焦，为防止锅炉床面结焦进一步恶化，被迫停炉。

停炉后，开启炉膛入孔门检查，发现锅炉右侧床层表面不平整且有大焦块散落在床面上，2号、3号、4号给料口处有大量燃料堆积，用铁棍探查发现4号排渣口周围有硬状焦块，证实锅炉内流化不良，床面确已结焦。炉内床面焦块如图1所示。

图1 炉内床面焦块

3 生物质锅炉结焦原因分析

生物质锅炉结焦主要是指燃料燃烧后产生的灰，在高温下大多熔化为液态或软化状态，如果熔融灰还保持软化状态碰到炉膛壁面，受到冷却作用会黏结到壁面上，形成结焦。

3.1 生物质锅炉配风比不当

影响灰熔点的主要因素是灰的化学组成及其周围的高温环境介质，两者相互影响，一旦锅炉燃烧调整不到位，就会出现不完全燃烧产物，使周围的介质呈弱还原性，降低灰熔融性而导致炉内结焦［3］。若生物质燃料给入不均匀，造成炉内热负荷偏差，再不及时调整配风及燃料量会造成炉膛内局部高温。生物质锅炉所燃烧的生物质燃料灰熔点较低，积灰容易附着在炉膛、过热器的管壁上，如果燃料水分过大，燃烧中产生的水汽就会软化钾，在受热后造成结焦［4］。生物质锅炉在燃料一定的情况下，因风帽脱落或风帽孔磨损，导致流化风在炉膛内分布不均，炉内形成局部高温也会造成炉膛内结焦。

3.2 生物质燃烧产生的灰

生物质燃烧产生的灰包括燃料本身的灰分和掺烧的杂质。燃料燃烧固有的灰分相对均匀地分布在燃料中，其中Si，K，Na，S，Cl，P，Ca，Mg，Fe是导致结焦的主要元素；燃料加工处理过程中掺夹的杂质，如沙子、石头、土壤颗粒等，其成分与燃料固有的灰分差别较大。

生物质中的Na，K元素（碱金属元素）可以降低灰熔点，而Si元素在燃烧过程中与K元素形成低熔点化合物。稻壳、玉米秸秆等黄色秸秆类中K元素含量较高，导致灰的软化温度较低，易使锅炉结焦。

3.3 杂质去除效果差

生物质锅炉在实际运行过程中不可避免地掺烧其他品种燃料，而临时掺烧的燃料在破碎过程中不可能保证杂质完全去除，加之生物质锅炉燃料种类繁多、杂质较多（泥土、细沙、铁钉等）、灰份高、碱金属含量高，所以生产过程中泥土、细沙、铁钉等会进入燃料中，这些杂质的存在改变了燃料的组分和存在形式以及灰熔融温度，加剧了在受热面的结焦。

事故发生前一个月，受持续阴雨天气的影响，入炉燃料潮湿，燃料化验水分约为40%～50%。给料机堵料频繁，锅炉床温无法维持。为维持锅炉床温加大了破碎模板掺烧量，入炉燃料模板内存有铁钉、铝皮、铁皮等杂物，且在入炉前没有完全清除，进入炉内的金属杂物融化后沉积在床层底部和风帽上，堵塞风帽通风孔，造成局部流化不良，进而使床面产生大量焦块。

3.4 锅炉排渣不畅

随着锅炉运行时间增长，炉内的铝皮、铁皮等杂物经常堵塞排渣孔，在排渣孔周围形成焦块，加重排渣孔堵塞，锅炉排渣更加困难，床层厚度逐渐增加直至造成床面局部不流化，锅炉难以稳定运行，被迫停炉。

4 预防措施

4.1 严格把控燃料的源头质量

加强入厂燃料质检，严格控制燃料品质。当燃料质量、品质不能满足运行需求时，应及时采取有效控制措施，对含有较多铝合金等杂质的燃料拒绝收购，确保入炉燃料合格。

4.2 加强燃料掺配及筛分管理

合理掺配燃料，特别是阴雨天，做到干湿、粗细燃料搭配合理。晴天时对库存湿燃料进行摊晒，减少含水量高、热值低的燃料入炉。在燃料破碎机出口、皮带输送机头部加装强磁滚筒除铁器，减少铁质杂物和大块的砖块入炉；加强皮带看护工的管理力度，提高皮带看护质量，及时将裹夹在燃料中的大块铁器、杂物捡出。

4.3 合理调整燃烧工况

运行中发现排渣不畅时，应加大床料置换力度，及时将炉内杂物随床料置换排出，保证锅炉流化正常，并密切监视床温、床压、风室压力、一次风量等参数的变化。由于秸秆的灰熔点较低，通过合理调整锅炉一、二次风的配比等燃烧工况来降低燃烧温度，使其尽可能不超过750℃，可有效降低生物质燃料燃烧后结焦速度。

5 结语

本文针对某生物质电厂锅炉发生流化不良、结焦导致的停炉事件，进行生物质锅炉结焦的原因分析，提出严格把控燃料源头质量、加强燃料掺配、筛分及运行管理是有效防止生物质锅炉结焦的有效手段。