1、引言
    內蒙古某熱電有限責任公司1#鍋爐于2001年9月投產，系哈爾濱鍋爐廠生產的HG-670/13. 7-YM13型超高壓、一次中間再熱、固態排渣煤粉爐，制粉系統采用正壓直吹式系統，配有5臺MPS-170型中速磨煤機。
    該爐自投產以來，結焦現象十分嚴重。爐膛結焦后，水冷壁被大面積的焦塊遮住，爐內正常的換熱過程被打破，導致換熱推遲，過熱器超溫，減溫水量增大，排煙溫度升高，熱效率降低。另外，爐膛內的焦塊落下時不僅引起爐膛負壓的波動，導致MFT（主燃料跳閘）動作，鍋爐頻頻滅火，而且大塊的焦還砸壞冷灰斗，影響撈渣機的運行。結焦問題已嚴重影響該爐的安全、穩定、經濟運行，亟需找出導致結焦的主要原因，并采取相應措施加以解決。
2、鍋爐基本情況介紹
2.1設備及主要參數簡介
    該爐呈“Ⅱ”型布置，平衡通風，爐膛寬度和深度均為11600mm，高度為40000mm，爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛上方布置有前屏過熱器，爐膛出口布置后屏過熱器，水平和尾部煙道中按煙氣流向依次布置對流過熱器、再熱器熱段、再熱器冷段、省煤器和空氣預熱器，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
    鍋爐主要設計參數如下：
    額定蒸發量    670t/h;
    鍋筒工作壓力    15.89MPa;
    過熱蒸汽壓力    13.7MPa;
    過熱蒸汽溫度    540℃；
    再熱蒸汽溫度（人／出口）  317/540℃；
    再熱蒸汽壓力（入／出口）  2,6/2.4MPa；
    熱風溫度    339℃；
    排煙溫度    137℃：
    鍋爐效率    92.05%。
    鍋爐燃燒方式為四角噴燃切圓燃燒，各角沿高度方向布置有5只一次風噴口、7只二次風噴口及2只油配風器噴口，分上下兩組排列，均等配風，氣流形成逆時針假想切圓，切圓直徑為+864mm。燃燒器設計參數見表1。
2.2煤質特性
    該爐設計煤種為煙煤（海渤灣老石旦、準格爾煤田），實際燃用煤種為準格爾小窯煤，兩種煤的煤質分析數據見表2和表3。
    兩種煤的結渣特性用煤灰軟化溫度ST作為判別，由表2知：兩者的軟化溫度ST >1500℃，屬不易結渣煤；用灰成分結渣指數R。來預測結渣。經計算，設計煤種R=0.55，現用煤種R。=0.10，設計煤種與現用煤種均屬不易結渣煤。因此，煤質特性不是影響該爐結渣的主要因素。
3、爐內空氣動力場冷態試驗
3.1試驗內容及方法
    (1)冷態模化計算。
    在實爐上進行冷態等溫模化試驗，除了保證煤粉燃燒器出口氣流的雷諾數達到自模區，還要按照冷、熱態時煤粉燃燒器一、二次風出口氣流動量比相等的原則進行，此次冷態模化試驗按設計參數進行。
    (2)煤粉燃燒器一、二次風速度調平。
    根據一次風管道上靠背管流量系數的標定結果和二次風擋板特性曲線，定出冷態空氣動力場試驗時一、二次風速度。
    (3)爐內空氣動力場試驗。
    在每個風噴口上捆綁示蹤煙花，分層按模擬試驗風速引燃煙花，進行空氣射流軌跡示蹤，利用攝影、攝像技術將該過程記錄下來用于分析爐內的空氣動力場情況。攝像平臺及定位燈的布置如圖1、圖2所示。
3.2爐內空氣動力場試驗結果
    爐內空氣動力場煙花示蹤試驗是在爐膛出口負壓30—50Pa、二次風風速40～45m/s、一次風風量17～19m3／s情況下進行的。一次風煙花示蹤試驗結果見圖3。
    由圖3可以看出，1—4層一次風射流形成的切圓逆時針旋轉，由于同層四角風速不均，部分變形為橢圓形，直徑5700～7100mm，切圓中心向爐膛右側和后側偏移1～2m，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部偏斜嚴重，有射流刷墻。
    二次風煙花示蹤試驗結果見圖4。
   由圖4可以看出，二次風射流形成的切圓逆時針旋轉，直徑5500～7500mm，最大值達到+7900mm，切圓中心向爐膛右側和后部偏移l—2m，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部、前水冷壁局部射流沖刷嚴重。下組燃燒器煙花示蹤試驗結果見圖5。
    由圖5可以看出，下組燃燒器射流形成的切圓逆時針旋轉，直徑7000～7500mm，數值很大，切圓中心多數向爐膛右側和后部偏移1—2m，四面水冷壁都有明顯的射流沖刷，右水冷壁、后水冷壁、左水冷壁局部和前水冷壁局部尤為嚴重，與爐膛觀察的水冷壁結渣嚴重區域相一致。
4、結渣原因分析．
4.1爐內實際切圓太大
    切向燃燒在爐內形成強烈旋轉上升的氣流，氣流最大切向速度的連線構成爐內實際切圓。實際切圓是切向燃燒的一個重要參數，它對爐膛結渣、穩燃以及爐膛出的煙速、煙溫偏差均有重要影響。實際切圓偏大則易引起結渣，實際切圓偏小則影響燃燒的穩定性，因此保證適中的實際切圓直徑非常重要。
  該爐假想切圓直徑為∮864mm，冷態空氣動力場試驗表明實際切圓直徑為8000—9000mm。一般認為，實際切圓相比爐膛斷面的當量直徑的范圍在0.4～0,8之間，綜合考慮煤質特性及穩燃、結渣問題，對于煙煤應取較小值。本爐的實際切圓相對直徑大于0.7，運行時易造成水冷壁結渣。
4.2爐膛結構設計不合理
    從爐膛結構方面來看，爐膛斷面越大，爐膛越高，越不易結渣。該爐爐膛斷面為正方形爐膛，寬度和深度都是11600mm，爐膛高度是40000mm，上一次風噴口至屏式過熱器下沿的高度為13000mm，燃燒器整體高度為6835mm，這些數值與同容量鍋爐相比均較小，導致爐膛容積熱負荷、燃燒器區域壁面熱負荷較高，增大了結渣的可能性。
4.3爐膛底部漏風嚴重
    該爐排渣機液壓關斷門由于損壞密封不嚴，造成爐底漏風十分嚴重。爐膛漏風使爐膛內的溫度水平降低，爐內吸熱減少，爐膛上部溫度升高，特別是爐底漏風，會使火焰中心上移，引起爐膛頂部受熱面結焦。該爐爐頂大屏結焦多屬此種情況。
4.4燃燒器調整不合理產生還原性氛圍
    該爐自投運以來由于煤粉流動性、干燥度及輸粉管的通暢性等原因造成四角給粉不均勻的情況比較常見。四角風粉不均會造成爐內局部缺氧燃燒產生還原性氛圍，在這種氣氛中，灰中熔點較高的Fe0會還原成熔點較低的Fe0，能使灰熔點降低300～350℃，大大增加了結渣的可能性。
4.5射流兩側補氣條件差異較大
    該爐燃燒器軸線與水冷壁夾角al為42。和a248°，兩側區域不對稱，由于a2 >al，因此a2側的補氣條件比a1側充分，a2側的靜壓高于ai側的靜壓，在此壓差作用下，射流向al側傾斜，氣流容易貼邊而產生結渣。
5、爐內結渣的防治措施探討
5.1減小燃燒器安裝切圓直徑
    該爐冷態空氣動力場試驗表明，實際切圓很大，應該減小。可在各層一次風、二次風噴口內安裝導向檔板，使射流逆向偏轉，這樣通過改變射流角度達到減小假想切圓直徑的目的，從而減輕水冷壁結渣。
5.2適當提高一次風速
  一次風速對射流剛性的影響很大，提高一次風速可有效增強一次風射流的剛性，避免由于射流兩側靜壓差的作用而產生偏斜，也避免了一次風射流直接沖墻而產生的結渣。
5.3確定煤粉合適細度
    該爐各臺磨出口分離器檔板開度為35%～40%，煤粉細度R90為20%～26.8%，較設計值R90=16%增大。煤粉顆粒變粗使爐膛內的煤粉火炬拖長，粗粉會因慣性作用直接沖刷受熱面，而且燃燒后的灰粒容易離析、撞擊爐膛而結渣。另外，粗粉燃燒
溫度比煙氣溫度高很多，熔化比例高，也易沖墻結渣。
5.4加強吹灰器和除渣設備的運行和維修管理
    運行各值要加強對吹灰器的現場檢查，必須嚴格按運行規程對各受熱面進行吹灰，發現吹灰器因泄漏、卡澀或程序控制失靈，應及時手操退出，避免吹壞爐管和燒壞吹灰器。要經常安排少量吹灰器輪流大修，保持吹灰器較高的可用率。出渣設備發生故障應立即修復，防止冷灰斗內產生堆渣現象。
6、結論
    燃煤鍋爐的結渣問題十分復雜，影響因素很多，與煤質特性、爐膛熱力參數、燃燒器的結構、爐內空氣動力工況、鍋爐運行參數等密切相關。防止及解決爐內結渣問題的主要措施應從改善爐內空氣動力工況人手，通過爐內空氣動力場試驗去分析結渣的主要原因，如切圓直徑，氣流的偏斜情況，一、二次風的配比，燃燒器的布置，爐膛結渣部位等，然后提出對應的解決方案，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑顆粒燃料。