淺析鍋爐結焦及其對策
摘要: 鍋爐結渣、積灰不但增加了鍋爐受熱面的傳熱阻力，使受熱面傳熱惡化、煤耗增加、降低鍋爐的熱經濟性，還可能造成煙氣通道的堵塞，影響了鍋爐的安全運行，嚴重時會發生設備損壞、人身傷害事故。如何有效控制鍋爐結焦、積灰成為提高鍋爐效率的重要課題。關鍵詞：鍋爐；結渣；積灰；灰渣清除
引言
電站鍋爐主要以煤作為燃料，其燃燒產物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物質，這些物質在鍋爐運行的過程中有時會以各種形式沉積在受熱面的表面，造成受熱面的結渣和積灰。鍋爐結渣、積灰不但增加了鍋爐受熱面的傳熱阻力，使受熱面傳熱惡化、煤耗增加、降低鍋爐的熱經濟性，還可能造成煙氣通道的堵塞，影響了鍋爐的安全運行，嚴重時會發生設備損壞、人身傷害事故。
一、鍋爐結焦原因淺析
電站鍋爐結渣是客觀存在、不可避免的，從現有大機組生產運行情況看,有相當數量的機組為不同程度的結渣問題所困擾。這一方面是由于鍋爐結渣的客觀規律性所決定的，在另一方面還受我國在現階段燃煤情況影響。這兩個客觀存在的情況就加劇了電站鍋爐的結渣現狀。
結渣機理探討鍋爐結渣是個很復雜的物理化學過程,它涉及煤的燃燒、爐內傳熱、傳質、煤的潛在結渣傾向、煤灰粒子在爐內運動以及煤灰與管壁間的粘附等復雜過程,至今還沒有能定量描述結渣過程的數學模型。根據研究結果,可以從下面一些過程來探討結渣機理。
結渣積灰的基本形式及原因：
（一）鍋爐的結渣：在煤粉爐和燃油爐中，燃燒火焰中心溫度在1500~1700℃之間。燃料中的灰在這樣高的溫度下大多熔化為液態或呈軟化狀態。由于水冷壁的吸熱，從燃燒火焰中心向外，越接近水冷壁溫度越低。在正常情況下，隨著溫度的降低，灰份將從液態變為軟化狀態進而變成固態。如果灰還保持著軟化狀態就碰到受熱面時，由于受到冷卻而粘結在受熱面上，形成結渣（俗稱結焦）。
（二）鍋爐的積灰：鍋爐受熱面上的積灰有粘結性和疏松性積灰兩種。粘結性積灰是由于煙氣中的硫酸蒸汽凝結在受熱面管壁上而粘住灰粒，并與灰粒作用而形成水泥狀的堵灰。當鍋爐的燃燒不正常時，煙氣中帶有大量的碳粒子，這些碳粒子可以吸附煙氣中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亞硫酸（H2SO3）。亞硫酸是很強的還原劑，會再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也會直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很強的粘性，它沉積在受熱面上不僅很牢固，而且硫酸有很強的腐蝕性，它與受熱面作用生成硫酸亞鐵（FeSO4），更增加的這種灰的牢固性。隨著燃料中含硫量的增加，粘結性積灰的可能性也增加。疏松灰是各種鍋爐中最常見的積灰方式，它發生在鍋爐的所有受熱面上，煤粉爐主要是這一類積灰。當煙氣沖刷管束時，管子的背面形成渦流區，大的灰粒因其運動慣性動能大，不容易卷進渦流區；但小的灰粒則容易被卷近旋渦撞在管壁上，并通過靜電引力及摩擦阻力等方式粘結在上面形成積灰。
（三）鍋爐結渣的其他原因：①燃燒過程中空氣供應量不足。煤灰是多成分的復雜化合物,同一煤種的灰渣在不同的煙氣或氣體介質中,化學成分會發生變化,灰熔點也隨著成分的改變而改變。②一次風門與二次風門調節不當鍋爐運行的配風方式也是影響結渣或積灰的主要因素。
③磨煤機及給粉機故障煤粉細度和粒度分布對鍋爐結渣有一定影響，煤粉過細、過粗均可能引起結渣。④鍋爐高負荷連續運行鍋爐結渣、積灰隨鍋爐負荷及煙氣溫度的增加而增加。⑤鍋爐設計不當及安裝或檢修質量不好，結渣和積灰不僅與煤灰性質有關，而且同鍋爐設計參數密切相關，主要是爐膛熱負荷（包括爐膛容積熱負荷和斷面熱負荷）、煤粉在爐膛內逗留的時間、燃燒器結構形式以及受熱面的布置等。⑥煤質發熱量過高或過低大家知道,煤的發熱量過低,對鍋爐的安全運行危害極大,但是對于按設計煤種設計的鍋爐來說,是不是煤的發熱量越高越好呢？答案是否定的。因此,要改變發熱量高的煤就是優質煤,就是好煤的觀念。這是因為當燃煤的發熱量高于設計值太多時,爐膛溫度及出口煙溫驟升,即使燃用煤的ST值大于設計煤種的ST值,仍可能造成灰的熔融軟化,而導致鍋爐結渣,甚至被迫停爐。在這種情況下,鍋爐結渣不是因為灰熔點低,而是因為所燃用的煤的發熱量太高造成的。 二、鍋爐結焦的控制措施
通過上面的分析和研究，合理控制爐內結焦的措施大致可以分為以下幾點：
（一）爐膛設計中防止結渣的措施。鍋爐設計的前提眾所周知,鍋爐必須按一定的煤質特性來設計制造。因此,正確地選定設計煤種,以期在電站建成后,從煤的產、供、銷、運等方面都得到保證,是使機組能在設計條件下正常運行,充分發揮其應有效益的基本前提,必須充分重視。根據對我國煤質性質及燃燒效果的分析,有些鍋爐結渣并非都是運行不當或設計不正確的結果,而是煤根本不適于所用的燃燒方式。可見根據煤種性質選擇正確的燃燒方式,是避免燃燒某些煤種造成鍋爐結渣的根本性措施。
（二）運行中防止結渣的措施。加強燃料管理保證按設計煤種運行是電廠保持良好運行性能的關鍵因素。每天及時準確地提供入爐煤的工業分析和灰熔點,供運行人員參考,以利鍋爐燃燒調整。通過燃燒調整試驗建立合理的燃燒工況，燃燒調整試驗的目的是使鍋爐在最佳工況下運行,其內容應包括（1）制定鍋爐在不同負荷下最佳工況運行的操作卡。（2）確定煤粉經濟細度；保證各支燃燒器熱功率盡量相等,且煤粉濃度盡量均勻。（3）確定擺動式燃燒器允許擺動的范圍,避免火焰中心過分上移造成屏區結渣,或火焰中心下移導致爐膛底部熱負荷升高和火焰直接沖刷冷灰斗。（4）確定不同負荷下的最佳過剩空氣系數,調整一、二次風率、風速和風煤配比,以及燃料風、輔助風的配比等,使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近產生還原性氣氛。避免火焰偏斜直接沖刷爐壁等等。
鍋爐的運行和操作,必須嚴格按運行規程的規定和燃燒調整試驗結果進行。同時也要注意加強鍋爐運行工況的檢查與分析，運行值班人員每班必須對鍋爐結渣情況進行就地檢查一次,發現有嚴重結渣情況,應及時匯報、處理。專業工程師要定期分析鍋爐運行工況,對易結渣的燃煤要重點分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規律,以及過熱器、再熱器管壁溫度變化的情況。鍋爐受熱面吹灰器必須完善投用,運行各值必須嚴格按運行規程對各受熱面進行吹灰。經常安排少量吹灰器輪流大修,保持吹灰器高的可用率。灰控值班人員應加強對出灰情況的監視和分析,每班要檢查冷灰斗觀察窗,觀察灰坑是否有堵渣現象。出渣設備發生故障應立即修復,防止水冷壁冷灰斗中產生堆渣現象。
三、鍋爐結焦的清除方法
鍋爐結渣、積灰給鍋爐安全、經濟運行所帶來的危害是顯而易見的。因此，鍋爐結渣、積灰應以預防為主，很多專家學者在這方面作了大量的工作并取得了顯著的效果。但是，無論采取怎樣的預防措施，鍋爐在實際運行中由于各種不定因素的影響，導致鍋爐結渣、積灰。對于鍋爐爐膛結渣、積灰的清除方法有很多種。總的來看，可分為運行時清除和停爐時清除兩大類:
（一）鍋爐運行時清除渣（灰）的方法（1）水力除渣；（2）蒸汽吹灰；（3）水、汽聯合吹灰：據有些電廠經驗，聯合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著再用蒸汽吹灰（4）鋼珠除灰；（5）加添加劑。
（二）停爐時清渣（灰）的主要方法（1）人工刮鏟；（2）堿性水沖洗；（3）高壓水射流清洗。采用高壓水射流清洗鍋爐結渣、積灰，效率較高，清洗徹底，是目前停爐時清洗鍋爐結渣、積灰的最有效的方法。
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