劉夢(mèng)然

摘要：燃煤鍋爐目前仍是我國(guó)廣泛使用的供熱裝置，鍋爐通過(guò)煤、生物質(zhì)、天然氣等燃料的燃燒來(lái)完成熱能的輸送，但因?yàn)楦鞣N各樣的原因，許多燃煤、燃生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生了積灰結(jié)焦的現(xiàn)象。通過(guò)研究鍋爐積灰結(jié)焦的機(jī)理，提高對(duì)積灰結(jié)焦危害的認(rèn)知，總結(jié)出防止鍋爐積灰結(jié)焦的技術(shù)及安全措施，保證鍋爐的供熱正常和連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：鍋爐;積灰結(jié)焦;預(yù)防

引言：積灰結(jié)焦結(jié)焦是鍋爐運(yùn)行中比較普遍的問(wèn)題，一般情況下，隨著煙氣一起運(yùn)動(dòng)的灰渣顆粒，由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻，如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前，已經(jīng)因?yàn)闇囟冉档投?，?dāng)附著在受熱面管壁上時(shí)，將形成一層疏松的灰層，運(yùn)行中通過(guò)吹灰可以除掉。當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時(shí)，一部分灰顆粒已經(jīng)達(dá)到熔融或半熔融狀態(tài)，若這部分灰顆粒在達(dá)到受熱面前未得到足夠冷卻達(dá)到凝固狀態(tài)，具有較高的粘結(jié)能力，就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上，甚至達(dá)到熔化狀態(tài)，粘附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結(jié)焦不斷發(fā)展。

一、鍋爐積灰結(jié)焦的形成及形態(tài)

1.熔渣。水冷壁及其它輻射受熱面上的積灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的堿性金屬氧化物和硫酸鹽，在高溫下發(fā)生升華或形成易熔的共晶體，遇到較冷的受熱面管壁即冷凝下來(lái)形成內(nèi)灰層。其外表溫度隨灰厚度的增加而不斷增加，使灰層達(dá)到熔化狀態(tài)，覆蓋在管壁且具有粘性，進(jìn)一步捕捉飛灰而不斷加厚，這種熔渣的一個(gè)重要特點(diǎn)是它能夠隨時(shí)間無(wú)限增長(zhǎng)。

2.高溫積灰。在高溫?zé)煔猸h(huán)境中飛灰沉積在管束外表面的現(xiàn)象叫高溫積灰。

3.松散灰。松散灰是物理沉積，灰粒之間呈松散狀態(tài)。在煙氣溫度低于600-700℃的煙道內(nèi)，低溫受熱面管子表面形成的積灰為松散灰。

4.粘結(jié)灰。由于燃料中含有燃料硫，燃料燃燒后總有一部分會(huì)形成SO3，并和煙氣中的水蒸氣形成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣能在較高溫度下冷凝，使煙氣露點(diǎn)溫度升高。當(dāng)硫酸蒸氣流經(jīng)受熱面時(shí)，如果金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)，則硫酸蒸氣就在管壁冷凝下來(lái)，當(dāng)煙氣流過(guò)時(shí)，硫酸溶液就吸附灰粒子與灰中鈣的氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成CaSO4粘在管壁上，形成了一硫酸鈣為基質(zhì)的低溫粘結(jié)灰。低溫粘結(jié)灰呈硬結(jié)狀，不易清除，也會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)，甚至?xí)a(chǎn)生堵灰，電站鍋爐中常在空氣預(yù)熱器中發(fā)生，而工業(yè)鍋爐中常發(fā)生在省煤器中，尤其是鑄鐵式省煤器中。（注：煙氣露點(diǎn)溫度指硫酸蒸氣冷凝時(shí)的溫度。）尾部受熱面的積灰包括松散灰和低溫粘結(jié)灰兩種。

二、鍋爐積灰結(jié)焦形成的原因及影響因素

1.結(jié)焦與熔點(diǎn)有關(guān)。結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上?？梢?jiàn)，灰的熔點(diǎn)是結(jié)焦的關(guān)鍵?？捎没胰埸c(diǎn)溫度及灰的主要成分來(lái)判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)。通?？捎没页煞种械拟}酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來(lái)判斷其結(jié)焦傾向，灰的熔點(diǎn)與灰的化學(xué)成分、灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)。灰的化學(xué)成分以及各成分含量比例決定灰熔點(diǎn)的高低?；胰埸c(diǎn)比其混合物中最低熔點(diǎn)還要低?；胰埸c(diǎn)越低，鍋爐受熱面越容易結(jié)焦?；胰埸c(diǎn)與灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)降低大約200℃。這是因?yàn)檫€原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃。灰熔點(diǎn)還與煙氣中灰的濃度有關(guān)。在其他條件相同的情況下，煤中含灰量不同，灰熔點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)榛曳种懈鞒煞衷诩訜徇^(guò)程中，相互接觸越頻繁，則產(chǎn)生化合、分解、助熔的機(jī)會(huì)也越多，則熔點(diǎn)降低的可能性也越大。

2.結(jié)焦與燃燒調(diào)整有關(guān)。如果送引風(fēng)量太大，進(jìn)行強(qiáng)化燃燒，爐溫超過(guò)煤灰粘結(jié)溫度時(shí)，會(huì)形成高溫結(jié)焦。若鍋爐運(yùn)行中配風(fēng)不合理或風(fēng)量不足，氧量低，煤不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳及氫等氣體，會(huì)使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生還原性氣氛，例如，用Fe2O3較高的煤時(shí)，在沒(méi)有充分氧氣的情況下，C不完全燃燒生成CO，而CO有還原性，則高熔點(diǎn)的Fe2O3被CO還原成FeO，而FeO與SiO2等進(jìn)一步形成熔點(diǎn)更低的共晶體，有時(shí)候會(huì)使灰的熔點(diǎn)下降150-300℃。雖然爐膛出口煙溫低于煤灰的軟化溫度，但仍會(huì)形成劇烈的結(jié)焦。沸騰燃燒鍋爐比較容易出現(xiàn)“低溫結(jié)焦”就是這個(gè)緣故。鍋爐負(fù)荷升高或燃燒不合理造成局部爐溫高，達(dá)到灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。

3.結(jié)焦與鍋爐設(shè)備漏風(fēng)有關(guān)。爐膛漏風(fēng)增大進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)量，降低燃燒室的溫度水平，推遲燃燒進(jìn)程。冷灰斗處漏風(fēng)會(huì)抬高火焰中心，火焰拉長(zhǎng)，導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫升高，容易引起屏過(guò)結(jié)焦。

三、積灰結(jié)焦的危害

受熱面結(jié)渣以后，會(huì)使傳熱熱阻增加，傳熱減弱，工質(zhì)吸收熱量減少，鍋爐排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐效率下降。為保持鍋爐的正常運(yùn)行，在增加燃料量的同時(shí)必須相應(yīng)的加大風(fēng)量，這就使送、引風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，用電增加，因此，結(jié)渣使鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性明顯降低。受熱面結(jié)渣時(shí)，要保持鍋爐的正常運(yùn)行，必須增大風(fēng)量。若通風(fēng)設(shè)備容量有限，加上結(jié)渣容易使煙氣通道局部堵塞，煙氣阻力增加，風(fēng)機(jī)風(fēng)量難于加大，鍋爐只好被迫降負(fù)荷運(yùn)行。

水冷壁結(jié)渣，會(huì)使其個(gè)部分受熱不均，對(duì)自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性和控制流動(dòng)帶來(lái)不利影響，可能導(dǎo)致水冷壁管破壞。 若造成水冷壁全部結(jié)焦時(shí)，只有停爐進(jìn)行人工清焦。焦若熔合成大塊時(shí)，因重力從上部落下，導(dǎo)致砸壞冷灰斗水冷壁。低負(fù)荷會(huì)因掉大塊焦而引起燃燒不穩(wěn)甚至熄火。

總之，結(jié)渣不但增加了鍋爐運(yùn)行維護(hù)和檢修的工作量，嚴(yán)重危及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還可能迫使鍋爐降低負(fù)荷運(yùn)行甚至被迫停爐，結(jié)渣本身是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程同時(shí)還有自動(dòng)加劇的特點(diǎn)，一旦發(fā)生，由于渣層的熱阻使傳熱惡化，爐內(nèi)咽氣溫度和渣層表面溫度都將升高，加之渣層表面粗糙，渣粒更容易黏附上去，結(jié)果結(jié)渣過(guò)程會(huì)愈演愈烈，所以應(yīng)盡最大努力來(lái)減輕或防止鍋爐結(jié)渣。

四、在運(yùn)行方面防止鍋爐積灰結(jié)焦的辦法

1.選擇合理的運(yùn)行氧量。鍋爐運(yùn)行氧量即爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛，它對(duì)鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如果鍋爐運(yùn)行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣氛較強(qiáng)，煤的灰熔點(diǎn)就會(huì)下降，鍋爐就容易結(jié)焦。提高鍋爐運(yùn)行氧量，避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛。加強(qiáng)爐內(nèi)吹灰工作，特別是重點(diǎn)區(qū)域要增加吹灰次數(shù)，如果運(yùn)行氧量還偏低，必要時(shí)適當(dāng)降低負(fù)荷。由于結(jié)焦的主要區(qū)域在爐膛出口處，此處容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風(fēng)機(jī)出力更顯不足，所以要防止結(jié)焦與還原性氣氛惡性循環(huán)的趨勢(shì)。機(jī)組檢修時(shí)，對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行重點(diǎn)清洗，降低風(fēng)煙道的阻力， 提高風(fēng)機(jī)的出力。

2. 選擇合理的爐膛出口溫度。監(jiān)視爐膛出口煙溫（或高溫受熱面管壁溫度），保證主參數(shù)合格和爐膛出口煙溫低于燃煤灰熔點(diǎn)的同時(shí)來(lái)保證蒸汽質(zhì)量，從而防止?fàn)t膛出口結(jié)焦，并能獲得最大的鍋爐效率。 當(dāng)煤質(zhì)有波動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，防止在燃用不同煤種時(shí)鍋爐爐膛結(jié)焦，如有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處尚未燃盡，會(huì)導(dǎo)致鍋爐爐膛出口煙溫偏高，結(jié)焦嚴(yán)重。

3. 保證空氣和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)焦。當(dāng)風(fēng)速、風(fēng)量不合理時(shí)，盡管爐內(nèi)總空氣量大，但仍會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛。當(dāng)煤粉爐煙氣含氧量低于3%時(shí)，由于局部缺氧，將會(huì)使CO含量急劇增加。 保持適當(dāng)?shù)倪^(guò)剩空氣系數(shù)，合理使用一、二次風(fēng)。若一次風(fēng)太大，火焰上升得很高，甚至直射后墻，會(huì)促使高溫結(jié)焦。若二次風(fēng)使用得當(dāng)，火焰中心下移，延長(zhǎng)了煙氣路線，可使?fàn)t膛出口溫度降低。

4. 要有合適的煤粉細(xì)度和厚度。粉粗，火炬拖長(zhǎng)，粗粉因慣性作用會(huì)直接沖刷受熱面。再則，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結(jié)焦。但是，煤粉太細(xì)也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，一是電耗高，制粉出力受到影響，二是爐膛出口煙溫升高，易引起結(jié)焦。

5.防止鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行。超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)引起結(jié)焦。超負(fù)荷時(shí)就要較大幅度調(diào)大風(fēng)量，提高送引風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)速及煙速，增加過(guò)剩空氣量。這種強(qiáng)化燃燒的結(jié)果使火焰偏高，煙氣里攜帶大量熔融狀態(tài)的煤粒煤灰粘結(jié)在爐膛出口捕渣管上，此處平均溫度很快高于灰熔點(diǎn)，形成結(jié)焦。

6. 適當(dāng)提高一次風(fēng)速可以減輕燃燒器附近的結(jié)焦。提高一次風(fēng)速可推遲煤粉的著火，可使著火點(diǎn)離燃燒器更遠(yuǎn)，火焰高溫區(qū)也相應(yīng)推移到爐膛中心，可以避免噴口附近結(jié)焦。 提高一次風(fēng)速還可以增加一次風(fēng)射流的剛性，減少由于射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，避免一次風(fēng)直接沖刷壁面而產(chǎn)生結(jié)焦。

7. 摻燒不同煤種。煤種摻燒能在一定程度上綜合所摻煤種的灰焦特性。低灰熔點(diǎn)煤灰分仍在受熱面上沉積，但高熔點(diǎn)固態(tài)灰對(duì)受熱面有一定的沖刷作用，使沉積量降低。 混合摻燒不同煤種，合理掌握煤塊粒度及煤粉細(xì)度，特別是混燒結(jié)焦性強(qiáng)和結(jié)焦性差的煙煤，是預(yù)防結(jié)焦、提高鍋爐熱效率的好辦法。 對(duì)于干煤應(yīng)適當(dāng)摻水，對(duì)于含硫化鐵粘結(jié)性強(qiáng)的煤應(yīng)及時(shí)打焦清渣，對(duì)于灰分大的煤應(yīng)適當(dāng)增加清爐次數(shù)，對(duì)于管群、煙管或煙室的堵灰應(yīng)及時(shí)清理。

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