電站鍋爐結(jié)焦防焦

1、.電站鍋爐結(jié)焦防焦 1 前言在電站鍋爐運(yùn)行中，鍋爐結(jié)渣、積灰是個(gè)長期存在的問題。電站鍋爐主要以煤作為燃料，其燃燒產(chǎn)物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)在鍋爐運(yùn)行的過程中有時(shí)會以各種形式沉積在受熱面的表面，造成受熱面的結(jié)渣和積灰。鍋爐結(jié)渣、積灰不但增加了鍋爐受熱面的傳熱阻力，使受熱面?zhèn)鳠釔夯?、煤耗增加、降低鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性，還可能造成煙氣通道的堵塞，影響了鍋爐的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害事故。鍋爐結(jié)渣即鍋爐結(jié)焦，對鍋爐運(yùn)行危害嚴(yán)重：Ø      爐膛內(nèi)結(jié)渣會增加受熱面的傳熱阻力,降低輻射吸熱量,使?fàn)t膛出口煙溫升

2、高。這不僅影響鍋爐的自然水循環(huán),還會使對流受熱面因熱負(fù)荷升高、對流傳熱量增加而導(dǎo)致蒸汽溫度、金屬壁溫超溫。Ø      爐膛結(jié)渣會造成因爐內(nèi)空氣動力場不均、燃燒偏斜發(fā)生的水冷壁管垢量超標(biāo)；還會造成因爐膛受熱不均而導(dǎo)致的爐墻撕裂。Ø      燃燒器噴口及其附近結(jié)渣,會影響到煤粉射流及改變爐內(nèi)燃燒空氣動力工況,直接影響風(fēng)粉的混合和燃燒；同時(shí)還會影響到火檢的測量，危及鍋爐的安全運(yùn)行。Ø      爐膛出口受熱面結(jié)渣,則會

3、影響受熱面?zhèn)鳠?甚至影響蒸汽溫度,并增大通風(fēng)阻力, 嚴(yán)重時(shí)甚至造成煙氣通道的堵塞而使燃燒惡化。Ø      鍋爐掉焦嚴(yán)重時(shí)會造成鍋爐出渣困難，被迫降出力運(yùn)行甚至停爐出渣、打焦。Ø      鍋爐掉大焦時(shí)可能導(dǎo)致火焰拉斷、局部爆燃等現(xiàn)象的發(fā)生，并引發(fā)鍋爐滅火；灰渣脫落時(shí),會劃傷甚至砸壞水冷壁或冷灰斗；嚴(yán)重時(shí)發(fā)生鍋爐水冷壁損壞并引發(fā)鍋爐滅火、高溫汽水傷人等事故。電站鍋爐結(jié)渣是客觀存在、不可避免的，從現(xiàn)有大機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行情況看,有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)組為不同程度的結(jié)渣問題所困擾。這一方面是由

4、于鍋爐結(jié)渣的客觀規(guī)律性所決定的，在另一方面還受我國在現(xiàn)階段燃煤情況影響。在現(xiàn)階段，由于煤電供需矛盾的存在，電站鍋爐燃煤不能長期保持穩(wěn)定，煤質(zhì)多變；另外我國電站鍋爐燃用煤質(zhì)較差,約有半數(shù)在不同程度上屬于易結(jié)渣類型。這兩個(gè)客觀存在的情況就加劇了電站鍋爐的結(jié)渣現(xiàn)狀。結(jié)渣一旦發(fā)生,將嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。我國多數(shù)主要動力煤產(chǎn)區(qū)都富藏灰熔融溫度很低的煤種,因此電站鍋爐結(jié)渣、積灰是個(gè)長期存在的問題。對于采用常規(guī)煤粉燃燒方式的鍋爐來說,爐膛結(jié)渣將一直是設(shè)計(jì)和運(yùn)行中需要認(rèn)真對待的問題。從理論上對鍋爐結(jié)渣、積灰的原理進(jìn)行分析、探討，掌握鍋爐結(jié)渣的規(guī)律，從生產(chǎn)實(shí)踐上采取合理的措施防止鍋爐結(jié)渣、積灰，防

5、止鍋爐掉大焦就具有長期的、現(xiàn)實(shí)的意義。2 結(jié)渣機(jī)理探討鍋爐結(jié)渣是個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)過程,它涉及煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)、煤的潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動以及煤灰與管壁間的粘附等復(fù)雜過程,至今還沒有能定量描述結(jié)渣過程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)研究結(jié)果,可以從下面一些過程來探討結(jié)渣機(jī)理。2.1結(jié)渣積灰的基本形式1鍋爐的結(jié)渣在煤粉爐和燃油爐中，燃燒火焰中心溫度在15001700之間。燃料中的灰在這樣高的溫度下大多熔化為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)。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(tài)變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進(jìn)而變成固態(tài)。如果灰還保持著軟化狀態(tài)就碰到受熱面時(shí)，由于受

6、到冷卻而粘結(jié)在受熱面上，形成結(jié)渣（俗稱結(jié)焦）。2鍋爐的積灰鍋爐受熱面上的積灰有粘結(jié)性和疏松性積灰兩種。粘結(jié)性積灰是由于煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)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(dāng)鍋爐的燃燒不正常時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)的粘性，它沉積在受熱面上不僅很牢固，而且硫酸有很強(qiáng)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

7、料中含硫量的增加，粘結(jié)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(fā)生在鍋爐的所有受熱面上，煤粉爐主要是這一類積灰。當(dāng)煙氣沖刷管束時(shí)，管子的背面形成渦流區(qū)，大的灰粒因其運(yùn)動慣性動能大，不容易卷進(jìn)渦流區(qū)；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(jié)在上面形成積灰。2.2煤灰在燃燒過程中形態(tài)變化煤中的灰是指存在于煤中的所有的無機(jī)物質(zhì),同時(shí)也包括存在于煤有機(jī)化合物中的無機(jī)元素。通常,煤中的無機(jī)物可以分為三類,即原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來礦物質(zhì)。原生礦物質(zhì)主要來源于形成煤的植物生長過程,基本上以分子狀態(tài)均勻分布于煤中,其在煤中的含量很小,不超過2%3%；次

8、生礦物質(zhì)是指在成煤過程中,因地殼變動使外界泥沙混入煤層中的礦物質(zhì),離散地、較均勻地分布于煤粒中。而外來礦物質(zhì)則是指采煤時(shí)混入到煤層中大塊或?qū)訝畹膸r石,它具有原礦物質(zhì)的一般特性。有些研究者也將原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)總稱之為內(nèi)在灰分,而外來礦物質(zhì)則稱之為外在灰分。受熱面的結(jié)渣和積灰，主要是燃燒時(shí)煤中礦物成份發(fā)生作用的結(jié)果，三種灰分在煤中的存在形態(tài)不同,在燃燒過程中的形態(tài)變化也不同：Ø      對于原生灰分,與煤中有機(jī)物相聯(lián)系的Na離子、K離子及其氧化物在高溫下?lián)]發(fā)成氣態(tài)。而與煤有機(jī)體相連的鈣和鎂離子,當(dāng)煤燃燒,煤顆粒表面邊界層中的含氧量

9、足夠低時(shí),也會導(dǎo)致鈣和鎂的揮發(fā),但是揮發(fā)性的鈣和鎂一旦到達(dá)氧化性氣氛中(含氧量約為3%)便會迅速氧化生成小于1的小顆粒。揮發(fā)態(tài)的鈉、鈣、鉀一方面在殘留灰粒表面發(fā)生非均相的冷凝,生成低熔點(diǎn)灰粒相；另一方面,也發(fā)生均相成核凝結(jié),生成0.020.5灰塵微粒。Ø      對于離散分布在煤中的次生灰分,在煤粒燃燒過程中,隨著碳的消耗,離散的灰粒發(fā)生積聚(核縮過程)?；蛘?碳燃燒時(shí)發(fā)生破裂,灰粒也跟著破碎,形成不同尺寸的灰粒。Ø      對于外在灰分,有些灰粒在燃燒過程中熔化,粘接在

10、一起形成較大的灰粒,而有些灰粒隨著碳粒在熔化過程中的爆破,形成尺寸較小的殘留飛灰。由于飛灰在爐內(nèi)的生成機(jī)理不同,使得飛灰顆粒尺寸呈雙峰形分布,第一個(gè)峰值在1左右,第二個(gè)峰值位于1012。第一個(gè)峰值是由于揮發(fā)性灰的冷凝。第二個(gè)峰值是灰分積聚和碎裂后的殘留飛灰。在絕大多數(shù)情況下,殘留飛灰的尺寸上限為單個(gè)煤顆粒的尺寸,尺寸下限為煤顆粒中單個(gè)灰粒的尺寸。煤粉燃燒時(shí)，在高溫受熱面上形成污染和結(jié)渣的基本過程可分為兩個(gè)階段。開始在管子上形成第一層灰（原生層），但是隨著其厚度的增加，其外表面溫度不斷升高，逐漸接近于當(dāng)?shù)氐臒煔鉁囟?，若此煙氣溫度高到使灰處于熔化狀態(tài)，則在第一層灰上面形成增長速度很快的梳狀沉積物（

11、第二層灰），也就開始了結(jié)渣。形成第二層灰渣后，因渣層中發(fā)生物理化學(xué)變化致使灰層的強(qiáng)度不斷增加。其中，第一層灰的形成與灰的組成有關(guān)，即和黃鐵礦分解的產(chǎn)物、堿性化合物、鈣的化合物、磷的化合物等有關(guān)，第一層灰中也有SiO2，它在爐膛高溫條件下也能升華。此外，所有能促進(jìn)形成疏松灰的因素也能影響第一層灰的形成。高度彌散粒子的表面活性也能使非常細(xì)的灰粒沉積在管子表面而形成第一層灰層。2.3 灰粒向水冷壁的輸運(yùn)過程灰顆粒向水冷壁面輸運(yùn)是結(jié)渣的重要環(huán)節(jié)?；翌w粒的輸運(yùn)機(jī)理主要有三類：第一類為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散；第二類為熱遷移；第三類為慣性遷移(如圖1所示)。對于尺寸小于1顆粒和氣相灰分,費(fèi)克擴(kuò)散、小粒子的布朗擴(kuò)

12、散和湍流旋渦擴(kuò)散是重要的輸運(yùn)機(jī)理。對于小于10的顆粒,熱遷移是一種重要的輸運(yùn)機(jī)理。熱遷移是由于爐內(nèi)溫度梯度的存在而使小粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)運(yùn)動。研究表明熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一。圖1不同尺寸灰渣輸運(yùn)機(jī)理對于大于10的灰粒,慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運(yùn)的重要因素。當(dāng)含灰氣流轉(zhuǎn)向時(shí),具有較大慣性動量的灰粒離開氣流而撞擊到水冷壁面?；伊Ｗ矒羲浔诿娴母怕嗜Q于灰粒的慣性動量、灰粒所受阻力、灰粒在氣流中的位置以及氣流速度。在典型的煤粉鍋爐中,氣流速為10m/s25m/s時(shí),直徑為510灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。2.4 灰渣在管壁上的粘接和結(jié)聚長大由于灰粒的形成機(jī)理及輸運(yùn)機(jī)理不同

13、,灰渣在管壁上沉積存在兩個(gè)不同的過程：一個(gè)為初始沉積層的形成過程,初始沉積層為厚度0.2mm0.5mm的化學(xué)活性高的薄灰層,它是由尺寸小于5m的灰顆粒所組成。對于具有潛在結(jié)渣傾向的煤,初始沉積層主要是由揮發(fā)性灰組分在水冷壁上冷凝而形成。對于潛在結(jié)渣傾向小的煤,初始沉積層由揮發(fā)性灰組分的冷凝和微小顆粒的熱遷移沉積共同作用而形成。初始沉積層中堿金屬類和堿土金屬類硫酸鹽含量較高,這些微小的顆粒由范德瓦爾力和靜電力保持在管壁上,并與管壁金屬反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物,強(qiáng)化了微小顆粒與壁面的連接。初始沉積層具有良好的絕熱性能,它的形成使管壁外表面溫度升高。另一個(gè)沉積過程為較大灰粒在慣性力作用下沖擊到管壁的初始

14、沉積層上,當(dāng)初始沉積層具有粘性時(shí),它捕獲慣性力輸運(yùn)的的灰顆粒,并使渣層厚度迅速增加。由于初始沉積層主要是由揮發(fā)分灰組分的冷凝及微小顆粒的熱遷移而引起,因而從工程角度考慮,很難防止初始沉積層的形成,不過好在初始沉積層的厚度較薄。它并不會對鍋爐的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。造成爐內(nèi)結(jié)渣迅速增加,并對鍋爐安全運(yùn)行構(gòu)成威脅的主要因素是慣性沉積。由慣性輸送的灰粒在初始沉積層上的粘接除與初始層的性質(zhì)有關(guān)外,還與撞擊灰粒的溫度水平有關(guān),當(dāng)撞擊灰粒的溫度很高,呈溶融狀液態(tài)時(shí),很容易發(fā)生粘接,使結(jié)渣過程加劇。認(rèn)為在水冷壁壁面的灰層處于熔化狀態(tài)或者爐內(nèi)飛灰在遷移到水冷壁面時(shí)本身處于熔化狀態(tài)時(shí),水冷壁發(fā)生結(jié)渣。根據(jù)對結(jié)渣機(jī)理

15、的分析,可以將結(jié)渣過程用更為簡潔的方框圖表示。圖2結(jié)渣機(jī)理方框圖3 控制爐內(nèi)結(jié)渣過程的主要因素根據(jù)結(jié)渣機(jī)理,控制爐內(nèi)結(jié)渣過程的主要因素,可以概括為：（1）    煤潛在的結(jié)渣性；（2）    灰粒慣性輸運(yùn)過程；（3）    爐內(nèi)溫度水平及分布；3.1 煤的潛在結(jié)渣性煤潛在的結(jié)渣性與煤灰的組分、存在形態(tài)、熔化特征溫度和粘溫特性等因素有關(guān)。煤灰主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、Na2O、K2O、MgO、TiO2、P2O5、SO3等成分組成,煤灰的成分與煤灰的熔化特征溫度和粘溫特性間存在著統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)

16、。文獻(xiàn)【1】曾收集了國內(nèi)外約30余種評價(jià)煤潛在結(jié)渣傾向的方法。對于眾多的煤潛在的結(jié)渣性評估指標(biāo),由于取得這些指標(biāo)時(shí)所依據(jù)的物理概念不同,在使用時(shí)要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。影響爐內(nèi)結(jié)渣的因素有三個(gè),因此僅根據(jù)煤潛在的結(jié)渣性來評估鍋爐爐內(nèi)是否會發(fā)生結(jié)渣,其準(zhǔn)確性必然是有限的。如果要提高判斷爐內(nèi)結(jié)渣的準(zhǔn)確性,則判斷模型中應(yīng)包括爐內(nèi)溫度及爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)等參數(shù)。3.2 灰粒的慣性輸運(yùn)在三種灰粒輸運(yùn)機(jī)理中,擴(kuò)散和熱遷移主要是對初始沉積層的形成起作用。對具有潛在結(jié)渣傾向的煤,初始沉積層主要由揮發(fā)性灰冷凝而形成,具有較低熔點(diǎn)的堿金屬和堿土金屬硫酸鹽,呈液態(tài)容易捕捉飛灰。對潛在結(jié)渣傾向小的煤,初始沉積層有一部分

17、是由小顆粒的熱遷移而產(chǎn)生,對慣性撞擊灰的捕獲能力較小。由于初始沉積層對鍋爐的安全運(yùn)行不構(gòu)成影響,并且控制初始沉積層幾乎是不可能的。因此,要控制鍋爐的結(jié)渣,就要避免煤灰粒子向水冷壁慣性撞擊。電站鍋爐爐內(nèi)中心溫度約為15001700,煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200300,因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動過程中,由于灰顆粒運(yùn)動速度快,受到的冷卻效果差,熔融的灰顆粒很容易粘附,使渣層迅速積聚長大。因此,慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時(shí)的狀態(tài)對渣的結(jié)聚、長大具有重要影響。在四角燃燒鍋爐中 ,氣流在爐內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,受慣性力作用,煤粉顆粒向旋轉(zhuǎn)氣流外側(cè)聚集,因此,煤

18、粉濃度切圓和溫度切圓要比速度切圓大,這一點(diǎn)已被試驗(yàn)所證實(shí)。減少爐內(nèi)氣流切圓直徑,降低煤粉細(xì)度均可減小煤灰顆粒向水冷壁的慣性遷移,有利于減輕結(jié)渣。當(dāng)四角風(fēng)速分配不均,爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流中心偏斜或某一角一次風(fēng)因速度低而偏轉(zhuǎn)刷墻時(shí),煤灰顆粒的慣性撞擊幾倍甚至幾十倍的增加,這大大增加了結(jié)渣的速度和程度。因此,控制灰粒向水冷壁的慣性遷移,對防止鍋爐結(jié)渣具有非常重要的意義。3.3 爐內(nèi)溫度及其分布由于熔化的灰粒碰到水冷壁時(shí)極易發(fā)生粘附,從而導(dǎo)致結(jié)渣。在煤灰熔點(diǎn)一定的情況下,爐內(nèi)溫度水平及其分布就成為是否發(fā)生結(jié)渣的重要因素。圖3為水冷壁附近溫度分布及煤灰粒子向水冷壁運(yùn)行過程溫度變化示意圖。從圖3中可以看到,煤灰粒

19、子的冷卻過程取決于爐內(nèi)總體溫度水平及水冷壁附近溫度水平。當(dāng)爐內(nèi)溫度較低時(shí),煤粒呈熔化或軟化狀態(tài)的概率較少。另一方面,當(dāng)爐內(nèi)溫度水平較高,而水冷壁附近溫度較低,且溫度分布較平緩時(shí),煤灰粒子在碰撞水冷壁前可以得到較好的冷卻,溫度降低,與水冷壁碰撞時(shí),被捕捉的概率降低。溫度對爐內(nèi)結(jié)渣具有非常重要的影響,研究結(jié)果表明,溫度增高,結(jié)渣程度將按指數(shù)規(guī)律增長。圖3水冷壁附近溫度分布及灰渣冷卻圖水冷壁附近的溫度分布除與爐膛中心溫度、水冷壁吸熱熱流有關(guān)外,還與水冷壁表面的清潔程度有關(guān)。當(dāng)水冷壁表面附有灰渣時(shí),表面溫度迅速增高。這不僅有可能使灰渣表面具有粘性,捕捉飛灰,而且還降低了慣性輸運(yùn)灰粒的冷卻程度,因而灰渣

20、的積聚具有自加劇性,即一旦發(fā)生結(jié)渣,其程度將會越來越嚴(yán)重,直到外層灰渣因熔化而發(fā)生自流。4 鍋爐結(jié)渣的其他原因4.1 燃燒過程中空氣供應(yīng)量不足我們知道,煤的灰熔融特性常用變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)與流動溫度(FT)來表示,并以ST來控制煤質(zhì)。煤灰是多成分的復(fù)雜化合物,同一煤種的灰渣在不同的煙氣或氣體介質(zhì)中,化學(xué)成分會發(fā)生變化,灰熔點(diǎn)也隨著成分的改變而改變。同一煤種的灰渣,在弱還原性中,其灰熔點(diǎn)最低,在氧化性中則較高。這是因?yàn)樵诓煌臍怏w介質(zhì)下,煤灰中的化學(xué)成分發(fā)生了氧化還原反應(yīng),如在弱還原性氣體中,會使高熔點(diǎn)的三價(jià)鐵(Fe2O3)還原成低熔點(diǎn)的二價(jià)鐵(FeO)。因此在燃燒過程中,當(dāng)空氣

21、量不足時(shí),由于煤燃燒不完全,爐膛的還原性氣體一氧化碳(CO)增多,使灰中的化學(xué)成分發(fā)生還原反應(yīng),從而使灰熔點(diǎn)降低。這時(shí)爐膛溫度即使不高,也可能產(chǎn)生結(jié)渣。4.2 一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng)鍋爐運(yùn)行的配風(fēng)方式也是影響結(jié)渣或積灰的主要因素。若一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng),則會使?fàn)t膛內(nèi)煤粉與空氣的混合不好,造成煤在爐內(nèi)燃燒不良、煙氣溫度不均勻。在煙氣溫度高的地方,管壁溫度高,未燃盡的煤粉顆粒一旦粘結(jié)在上面繼續(xù)燃燒,將形成灰的粘附。在空氣少的地方,容易產(chǎn)生燃燒不完全,產(chǎn)生大量的CO,使灰熔點(diǎn)降低,導(dǎo)致結(jié)渣。此外,由于爐膛內(nèi)的煙氣處于劇烈的運(yùn)動中,煙氣成分不斷變化,同一煤種的煤灰在不同部位的灰熔點(diǎn)可能不同,

22、也促進(jìn)了結(jié)渣。4.3 磨煤機(jī)及給粉機(jī)故障煤粉細(xì)度和粒度分布對鍋爐結(jié)渣有一定影響，煤粉過細(xì)、過粗均可能引起結(jié)渣。煤粉細(xì)度視煤種與具體的鍋爐的結(jié)構(gòu)而定，應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。當(dāng)磨煤機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),煤粉顆粒變粗,進(jìn)入鍋爐的煤粉燃燒不完全,且燃燒后的灰粒容易產(chǎn)生離析,撞擊爐膛受熱面而產(chǎn)生結(jié)渣。當(dāng)給粉機(jī)運(yùn)行不正常時(shí),如給粉機(jī)堵塞,也會導(dǎo)致燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作,誘使磨煤機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行和投油助燃使火焰升高,并促進(jìn)灰熔融軟化。此外,由于煤油的燃燒速度不同,會造成局部燃燒不全、還原性氣體增多,灰熔點(diǎn)降低,甚至還會造成煤粉和空氣在爐膛中分布不均勻,導(dǎo)致火焰偏斜,最高焰層邊移,而使燃燒后的灰渣得不到足夠的冷卻,進(jìn)而使灰粒與爐膛

23、內(nèi)的水冷壁管接觸時(shí),粘結(jié)在上面而形成結(jié)渣。4.4 鍋爐高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行鍋爐結(jié)渣、積灰隨鍋爐負(fù)荷及煙氣溫度的增加而增加。當(dāng)鍋爐高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行,特別是超負(fù)荷運(yùn)行時(shí),爐膛熱負(fù)荷增加,溫度升高,灰粒得不到冷卻,在吹灰器吹不到的地方易形成積灰,如不及時(shí)吹灰清渣,當(dāng)熔融軟化的灰粘結(jié)在上面時(shí)會形成大面積結(jié)渣。4.5 鍋爐設(shè)計(jì)不當(dāng)及安裝或檢修質(zhì)量不好結(jié)渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)，主要是爐膛熱負(fù)荷（包括爐膛容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷）、煤粉在爐膛內(nèi)逗留的時(shí)間、燃燒器結(jié)構(gòu)形式以及受熱面的布置等。爐膛容積設(shè)計(jì)過小,會使?fàn)t膛出口煙溫偏高,導(dǎo)致爐膛出口附近的受熱面結(jié)渣；爐膛斷面過小時(shí),會使燃燒器溫

24、度偏高、噴燃器附近水冷壁結(jié)渣；噴燃器安裝不好,會造成火焰偏斜而結(jié)渣；風(fēng)機(jī)出力不足或爐墻漏風(fēng)過大,也會影響正常的動力工況而促進(jìn)結(jié)渣。在設(shè)計(jì)一臺鍋爐之前，首先要選擇好所燃用的煤種，即設(shè)計(jì)煤種。如果一臺鍋爐在建造和安裝過程中完全符合設(shè)計(jì)要求，那么，鍋爐在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，一般不會發(fā)生結(jié)渣或嚴(yán)重積灰的情況。但在實(shí)際鍋爐運(yùn)行過程中，往往燃用的煤種接近或完全偏離設(shè)計(jì)煤種，這時(shí)就要產(chǎn)生一定程度的結(jié)渣或積灰，如果實(shí)際燃用煤種無法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須考慮對鍋爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以適應(yīng)所燃用煤種的要求。4.6 煤質(zhì)發(fā)熱量過高或過低大家知道,煤的發(fā)熱量過低,對鍋爐的安全運(yùn)行危害極大,但是對于按設(shè)計(jì)煤種設(shè)計(jì)的鍋爐來說

25、,是不是煤的發(fā)熱量越高越好呢？答案是否定的。因此,要改變發(fā)熱量高的煤就是優(yōu)質(zhì)煤,就是好煤的觀念。這是因?yàn)楫?dāng)燃煤的發(fā)熱量高于設(shè)計(jì)值太多時(shí),爐膛溫度及出口煙溫驟升,即使燃用煤的ST值大于設(shè)計(jì)煤種的ST值,仍可能造成灰的熔融軟化,而導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣,甚至被迫停爐。在這種情況下,鍋爐結(jié)渣不是因?yàn)榛胰埸c(diǎn)低,而是因?yàn)樗加玫拿旱陌l(fā)熱量太高造成的。5防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣的措施5.1 爐膛設(shè)計(jì)中防止結(jié)渣的措施5.1.1 鍋爐設(shè)計(jì)的前提眾所周知,鍋爐必須按一定的煤質(zhì)特性來設(shè)計(jì)制造。因此,正確地選定設(shè)計(jì)煤種,以期在電站建成后,從煤的產(chǎn)、供、銷、運(yùn)等方面都得到保證,是使機(jī)組能在設(shè)計(jì)條件下正常運(yùn)行,充分發(fā)揮其應(yīng)有效益的基本前提,

26、必須充分重視。根據(jù)對我國煤質(zhì)性質(zhì)及燃燒效果的分析,有些鍋爐結(jié)渣并非都是運(yùn)行不當(dāng)或設(shè)計(jì)不正確的結(jié)果,而是煤根本不適于所用的燃燒方式。例如固態(tài)排渣煤粉爐燃用灰分高、灰熔點(diǎn)過低的煤,就不可避免地會嚴(yán)重結(jié)渣,而液態(tài)排渣煤粉爐或流化床燃燒鍋爐,則恰恰適用于這種煤種?？梢姼鶕?jù)煤種性質(zhì)選擇正確的燃燒方式,是避免燃燒某些煤種造成鍋爐結(jié)渣的根本性措施。5.1.2 正確設(shè)計(jì)爐膛結(jié)構(gòu),合理布置輻射受熱面過去爐膛設(shè)計(jì)最重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)是爐膛容積熱強(qiáng)度和爐膛斷面熱強(qiáng)度,整個(gè)爐膛設(shè)計(jì)合理的判斷指標(biāo)是爐膛出口煙溫應(yīng)低于燃料的灰熔點(diǎn)。然而對300MW及以上鍋爐爐膛設(shè)計(jì)的研究表明,大型鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)遠(yuǎn)不止這幾項(xiàng)。除爐

27、膛容積熱強(qiáng)度、爐膛斷面熱強(qiáng)度外,還有燃燒器區(qū)域的熱強(qiáng)度、爐膛輻射受熱面熱強(qiáng)度、最上層燃燒器中心距分隔屏式過熱器底部的高度、以及最下層燃燒器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指標(biāo)。加設(shè)這些指標(biāo)的目的是不僅要滿足爐膛燃燒和傳熱的要求,還要保證爐膛運(yùn)行安全可靠。5.1.2.1 爐膛容積熱強(qiáng)度的選取研究數(shù)據(jù)及理論分析表明,隨著鍋爐容量的增大,爐膛容積熱強(qiáng)度值相對減小。此外,近20幾年來環(huán)境法規(guī)的日益嚴(yán)格對鍋爐燃燒技術(shù)產(chǎn)生極大的影響,低NOx燃燒原理與傳統(tǒng)的燃燒熱力學(xué)理論的矛盾,使國內(nèi)外都又采用保守設(shè)計(jì)、適當(dāng)增大爐膛容積的趨勢。在燃燒一般煙煤時(shí),410t/h鍋爐的爐膛容積熱強(qiáng)度約為110150kW/m3,1

28、000t/h鍋爐的約為100140kW/m3,而2000t/h鍋爐則在80120kW/m3之間。對于灰分水分多、發(fā)熱量低及灰熔點(diǎn)低的劣質(zhì)煤,該值更應(yīng)選得小些。例如盤山電廠的500MW鍋爐,其校核煤種軟化溫度為1190,設(shè)計(jì)爐膛容積熱強(qiáng)度僅為88kW/m3。5.1.2.2 爐膛斷面熱強(qiáng)度的選取大容量鍋爐爐膛設(shè)計(jì)中,爐膛斷面熱強(qiáng)度數(shù)值的選取比爐膛容積熱強(qiáng)度更為重要,因?yàn)檫@一數(shù)值決定了爐膛形狀,直接影響爐內(nèi)的空氣動力工況。理論分析及研究數(shù)據(jù)表明，與爐膛容積熱強(qiáng)度相反,隨著鍋爐容量的增大,爐膛斷面熱強(qiáng)度值是相應(yīng)增大的。理論分析表明，爐膛斷面熱強(qiáng)度值大約與鍋爐容量的1/3次方成正比，其具體分析可參見文獻(xiàn)

29、【15】。研究數(shù)據(jù)表明,燃燒煙煤時(shí),300MW鍋爐的爐膛斷面熱強(qiáng)度約為3.85.0MW/m2,600MW鍋爐在4.45.4 MW/m2。對灰熔點(diǎn)較低的煤種,則應(yīng)選取較小值,以防止火焰沖墻造成燃燒器區(qū)域結(jié)渣。5.1.2.3 輻射受熱面的布置隨著鍋爐容量、參數(shù)的增大,為了使?fàn)t膛出口煙溫不致過高而引起嚴(yán)重結(jié)渣,大型電站鍋爐爐膛上部都布置有大量的輻射式分隔屏過熱器,而此處的煙氣溫度仍高于燃料灰熔點(diǎn),這是爐膛內(nèi)易造成結(jié)渣、積灰的部位。通常設(shè)計(jì)此處煙溫不可過高,且采用較大的屏間橫向距離(約1.53.0)來防止屏區(qū)結(jié)渣形成搭橋。5.1.3 燃燒器的設(shè)計(jì)5.1.3.1 燃燒器功率的選擇和布置大容量鍋爐的特點(diǎn)是

30、燃燒器數(shù)量多,必須多排布置。近年來,特別受到NOx排放量的限制,趨向于采用單支熱功率較小的燃燒器,因此需用燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度反映燃燒器區(qū)域火焰集中的情況。燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度隨鍋爐容量變化不大,數(shù)值大約在1.42.0MW/m2之間。對燃用灰熔點(diǎn)低的煤,為防止運(yùn)行結(jié)渣可將高度方向的距離拉開,使燃燒器區(qū)域的溫度水平降低。例如盤山電廠的500MW鍋爐,設(shè)計(jì)燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度取值只有0.9MW/m2,保證了運(yùn)行多年而不結(jié)渣。燃燒器高度確定后,還要校核最上排燃燒器至分隔屏過熱器底部的高度,以避免火焰直接沖刷屏底和滿足火焰有效燃燼高；校核最下排燃燒器至冷灰斗轉(zhuǎn)角處的距離,避免火焰直接沖刷冷灰斗斜面。5

31、.1.3.2 在受熱面附近制造氧化性氣氛 圖4低 同心燃燒系統(tǒng)采用直流燃燒器可在其上下端增設(shè)防焦風(fēng)室。直流燃燒器還可采用低NOx同心燃燒系統(tǒng)(LNCFS),如圖1所示。偏置的二次風(fēng)角度可推遲風(fēng)粉混合時(shí)間,抑制NOx生成,同時(shí)可使煤粉氣流位于爐膛中心,水冷壁附近為氧化性氣氛,其效果可避免火焰沖墻,提高灰熔點(diǎn)。采用旋流燃燒器應(yīng)使每個(gè)燃燒器之間盡量不相互影響,尤其是靠近側(cè)墻的燃燒器應(yīng)與側(cè)墻有足夠的距離,以免側(cè)墻結(jié)渣及發(fā)生高溫腐蝕。此外還可在爐膛下部設(shè)計(jì)邊界屏幕風(fēng)系統(tǒng),使下爐膛的爐墻表面形成一層氧化性的屏幕風(fēng),提高灰熔點(diǎn)防止結(jié)渣。5.1.4 有關(guān)爐膛的其它細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)（1）  

32、0;                吹灰器是防止?fàn)t膛嚴(yán)重結(jié)渣所必須的設(shè)備,同時(shí)它還可提高鍋爐效率,是節(jié)能的重要手段。因此爐膛必須配置吹灰器,并要保證吹灰器的制造和安裝質(zhì)量。（2）                   在爐膛容易結(jié)渣的部位,如一次風(fēng)噴口處,燃燒器區(qū)域的左右

33、側(cè)墻邊上,折焰角附近,靠近冷灰斗斜坡處等,應(yīng)布置觀察孔、打渣孔,并便于運(yùn)行人員接近作檢查維護(hù)工作。（3）                   爐膛冷灰斗設(shè)計(jì)角度應(yīng)不小于50°,冷灰斗處的水冷壁管和支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受大塊焦渣的墜落撞擊和異常運(yùn)行時(shí)焦渣大量堆積的荷重。（4）            

34、;       鍋爐爐底除渣設(shè)備的可靠運(yùn)行不可忽視,元寶山電廠和石洞口二廠的600MW鍋爐運(yùn)行初期發(fā)生爐底嚴(yán)重結(jié)渣,均與除渣設(shè)備的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和運(yùn)行不良、排渣不暢有關(guān),因此除渣設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝、施工質(zhì)量等都應(yīng)引起充分注意。5.2運(yùn)行中防止結(jié)渣的措施5.2.1 加強(qiáng)燃料管理保證按設(shè)計(jì)煤種運(yùn)行是電廠保持良好運(yùn)行性能的關(guān)鍵因素。電廠燃料供應(yīng)應(yīng)符合鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)或接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)的主要特性(灰分、灰熔點(diǎn)、水分、揮發(fā)分)。嚴(yán)重不符合本廠鍋爐燃燒要求的燃煤,電廠有權(quán)拒絕接收。煤場存煤要按不同煤質(zhì)進(jìn)行分堆,根據(jù)實(shí)際煤質(zhì)情況配制入爐煤。有條件時(shí),可摻燒其

35、它不易結(jié)渣的煤種(但也要符合設(shè)計(jì)煤質(zhì)要求)。每天及時(shí)準(zhǔn)確地提供入爐煤的工業(yè)分析和灰熔點(diǎn),供運(yùn)行人員參考,以利鍋爐燃燒調(diào)整。5.2.2 通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)建立合理的燃燒工況燃燒調(diào)整試驗(yàn)的目的是使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行,其內(nèi)容應(yīng)包括：（1）     制定鍋爐在不同負(fù)荷下最佳工況運(yùn)行的操作卡。確定不同負(fù)荷下燃燒器及磨煤機(jī)的投運(yùn)方式,防止燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過于集中；確定鍋爐不投油穩(wěn)燃的最低負(fù)荷,盡量避免在高負(fù)荷時(shí)油煤混燒,造成燃燒器區(qū)域局部缺氧和熱負(fù)荷過高。（2）     確定煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度；保證各支燃燒器熱功率盡量相等,且煤粉濃

36、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(qū)結(jié)渣,或火焰中心下移導(dǎo)致爐膛底部熱負(fù)荷升高和火焰直接沖刷冷灰斗。（4）     確定不同負(fù)荷下的最佳過?？諝庀禂?shù),調(diào)整一、二次風(fēng)率、風(fēng)速和風(fēng)煤配比,以及燃料風(fēng)、輔助風(fēng)的配比等,使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近產(chǎn)生還原性氣氛。避免火焰偏斜直接沖刷爐壁等等。鍋爐的運(yùn)行和操作,必須嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定和燃燒調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行。5.2.3 加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行工況的檢查與分析 運(yùn)行值班人員每班必須對鍋爐結(jié)渣情況進(jìn)行就地檢查一次,發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重結(jié)渣情況,應(yīng)

37、及時(shí)匯報(bào)、處理。專業(yè)工程師要定期分析鍋爐運(yùn)行工況,對易結(jié)渣的燃煤要重點(diǎn)分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規(guī)律,以及過熱器、再熱器管壁溫度變化的情況。鍋爐在額定工況運(yùn)行時(shí),若發(fā)現(xiàn)減溫水量異常增大和過熱器、再熱器管壁超溫,或噴燃器全部下傾,減溫水已用足,而仍有受熱面管壁超溫時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低負(fù)荷運(yùn)行和加強(qiáng)吹灰,如已采取降負(fù)荷運(yùn)行等措施仍無效時(shí),應(yīng)立即停爐處理。利用夜間低谷運(yùn)行周期性地改變鍋爐負(fù)荷是控制大量結(jié)渣、掉渣的一種有效手段。但要防止負(fù)荷驟然大幅度變化,以免有可能造成大塊渣從上部掉下打壞承壓部件。5.2.4 加強(qiáng)吹灰器和除渣設(shè)備的運(yùn)行和維修管理鍋爐受熱面吹灰器必須完善投用,運(yùn)行各值必須嚴(yán)格按運(yùn)

38、行規(guī)程對各受熱面進(jìn)行吹灰。運(yùn)行人員要加強(qiáng)吹灰器的現(xiàn)場檢查,發(fā)現(xiàn)吹灰器因泄漏或卡澀故障或程控失靈,應(yīng)立即手操退出,避免吹壞爐管和燒壞吹灰器。要加強(qiáng)吹灰器的缺陷管理和維修管理,出現(xiàn)問題及時(shí)消缺。經(jīng)常安排少量吹灰器輪流大修,保持吹灰器高的可用率?；铱刂蛋嗳藛T應(yīng)加強(qiáng)對出灰情況的監(jiān)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(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)渣斗內(nèi)的堆渣超過斗內(nèi)的水位,采取措施無效時(shí),應(yīng)停爐處理。出渣設(shè)備發(fā)生故障應(yīng)立即修復(fù),防止水冷壁冷灰斗中產(chǎn)生堆渣現(xiàn)象。6、鍋爐受熱面結(jié)渣、積灰的預(yù)測方法1根據(jù)煤灰物理特性對受熱面結(jié)渣、積灰進(jìn)行預(yù)測可以根據(jù)煤灰的熔融特性及焦結(jié)特性，對每天鍋爐所用燃煤進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)將試

39、驗(yàn)結(jié)果與鍋爐運(yùn)行時(shí)的燃燒溫度進(jìn)行比較，初步判斷爐內(nèi)的結(jié)渣情況，并提供運(yùn)行人員加以參考，以便進(jìn)行重點(diǎn)檢查。2根據(jù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的變化對受熱面積灰、結(jié)渣進(jìn)行預(yù)測主要是鍋爐排煙溫度、蒸汽壓力、蒸汽溫度、受熱面管壁溫度等參數(shù)的變化來判斷是否有結(jié)渣或積灰。7鍋爐爐膛結(jié)渣、積灰的清除鍋爐結(jié)渣、積灰給鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所帶來的危害是顯而易見的。因此，鍋爐結(jié)渣、積灰應(yīng)以預(yù)防為主，很多專家學(xué)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(yù)防措施，鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中由于各種不定因素的影響，導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣、積灰。對于鍋爐爐膛結(jié)渣、積灰的清除方法有很多種?？偟膩砜?，可分為運(yùn)行時(shí)清除和停爐時(shí)清除兩大類，以運(yùn)

40、行時(shí)清除為主。1鍋爐運(yùn)行時(shí)清除渣（灰）的方法（1）水力除渣水力除渣是用較高壓力的水（最高可達(dá)1.5Mpa）射向渣體，由于渣塊溫度很高，遇水急冷而破碎，從受熱面或爐墻上掉下來。但水力除渣時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。否則將對鍋爐本體及安全運(yùn)行造成影響。當(dāng)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（75%額定負(fù)荷，不宜對水冷壁管進(jìn)行水力除渣，防止其破壞水循環(huán)。水力除渣要勤要快，每次除渣時(shí)間不要超過23min。（2） 蒸汽吹灰吹灰是防止積灰加劇的常用方法。吹灰的介質(zhì)一般采用蒸汽，但對于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，而采用水力吹灰就很有效。（3） 水、汽聯(lián)合吹灰據(jù)有些電廠經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著再用蒸汽吹灰。（

41、4） 鋼珠除灰在鍋爐運(yùn)行時(shí)，鋼珠除灰裝置應(yīng)當(dāng)經(jīng)常、持續(xù)地投入使用，切不可等受熱面積灰已經(jīng)很嚴(yán)重，甚至發(fā)生堵灰以后再使用。該法對粘性積灰的清除效果較好。（5） 加添加劑加添加劑是防止鍋爐水冷壁結(jié)渣、積灰的有效方法之一。添加劑的作用是通過化學(xué)的方法使?fàn)t膛內(nèi)形成的焦渣達(dá)到吹灰能夠去除的程度。美國一家研究機(jī)構(gòu)曾試驗(yàn)了19種添加劑，最能降低焦渣強(qiáng)度的添加劑是碳酸鈣和氧化鎂。另外，美國還有一項(xiàng)防止結(jié)渣的專利是向爐膛內(nèi)噴入少量廉價(jià)粉粒狀物質(zhì)，如釩土、碳化硅、氧化鋁等，效果顯著。添加量為每噸煤1.8kg，每隔6.5h添加一次，每次添加時(shí)間約2h。鍋爐運(yùn)行時(shí)的吹灰必須做到定期定時(shí)，使受熱面保持光滑，避免結(jié)渣、積

42、灰的加劇。2停爐時(shí)清渣（灰）的主要方法（1） 人工刮鏟有的電廠鍋爐結(jié)渣、積灰很嚴(yán)重，又沒有別的更好的辦法去除，在停爐檢修期間就動員職工輪番到爐膛里進(jìn)行刮鏟。人工刮鏟，勞動效率很低、周期長、清除不徹底且由于人員多、雜，安全得不到保證。近來，人工刮鏟除渣（灰）的方法基本不再采用，只是在爐膛內(nèi)結(jié)渣（灰）輕微時(shí)進(jìn)行人工刮鏟工作。（2） 堿性水沖洗對于粘性積灰，其形成機(jī)理主要是煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)在受熱面管壁上，對掠過管壁的灰粒進(jìn)行吸附，并與其發(fā)生反應(yīng)所造成的。由于它的化學(xué)性質(zhì)呈酸性，故有些電廠采用堿性沖洗的方法，取得了良好的效果。該方法的缺點(diǎn)是對于大塊結(jié)渣的清除效果不明顯，清除不徹底。（3） 高壓水射流清洗高壓水射流清洗是最近幾年才在我國興