鍋爐爐膛結(jié)渣的危害、成因及解決辦法,電力論文

鍋爐爐膛結(jié)渣的危害、成因及解決辦法,電力論文內(nèi)容摘要：鍋爐爐膛結(jié)渣包括一系列的化學(xué)反響經(jīng)過，更是一個(gè)復(fù)雜的流體力學(xué)經(jīng)過，是危及鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重大隱患。介紹了鍋爐爐膛結(jié)渣的機(jī)理和危害，重點(diǎn)分析了影響鍋爐爐膛結(jié)渣的主要因素并提出處理方式方法，以期到達(dá)資源綜合利用、節(jié)能環(huán)保、鍋爐安全運(yùn)行的目的。本文關(guān)鍵詞語：鍋爐；燃料氣；結(jié)渣；原因分析；處理方式方法；Abstract:Slaggingintheboilerfurnaceincludesaseriesofchemicalreactionprocesses,itisacomplicatedfluidmechanicsprocess,anditisamajorhiddenperilthatendangersthesafetyandeconomicoperationoftheboiler.Themechanismandhazardsofslaggingintheboilerfurnaceareintroduced,andthemainfactorsaffectingtheslaggingintheboilerfurnacearemainlyanalyzedandthetreatmentmethodsareproposedinordertoachievethepurposeofcomprehensiveutilizationofresources,energyconservationandenvironmentalprotection,andsafeoperationoftheboiler.Keyword:boiler;fuelgas;slagging;causeanalysis;treatmentmethod;燃煤鍋爐結(jié)渣是鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最大障礙。影響鍋爐結(jié)渣的因素很多，主要有煤的灰熔點(diǎn)、復(fù)原性氣體含量、煤的沾污性能、爐膛溫度、空氣動(dòng)力場(chǎng)、爐膛出口煙氣溫度、缺氧燃燒、鍋爐吹灰等。本文根據(jù)各因素的影響來分析怎樣預(yù)防鍋爐爐膛結(jié)渣，并提出相應(yīng)的處理方式方法[1].1鍋爐結(jié)渣機(jī)理在鍋爐爐膛中心，燃燒火焰中心溫度為1500~1700℃。在燃燒經(jīng)過中，煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質(zhì)迅速揮發(fā)成氣態(tài)進(jìn)入煙氣中，當(dāng)溫度降低時(shí)發(fā)生凝結(jié)，或黏附在煙氣沖刷的受熱面、爐墻上，或在飛灰顆粒外表構(gòu)成熔融的堿化物膜〔也稱為堿性膜〕，然后黏附在受熱面上構(gòu)成初始結(jié)渣層，成為結(jié)渣發(fā)展的條件。渣層中發(fā)生物理化學(xué)變化，渣層的強(qiáng)度不斷增大，隨外表溫度不斷升高，渣層越來越厚，當(dāng)結(jié)渣的溫度到達(dá)熔化溫度時(shí)，就會(huì)流到鄰近的受熱面上，擴(kuò)大了結(jié)渣的范圍。因而，結(jié)渣經(jīng)過是一個(gè)自動(dòng)加劇的經(jīng)過。鍋爐中易結(jié)渣處一般在噴燃器出口、衛(wèi)燃帶、水冷壁受熱面，嚴(yán)重結(jié)渣時(shí)還會(huì)出如今過熱器位置，導(dǎo)致過熱器換熱效果差〔有可能引起爆管〕、引風(fēng)機(jī)出力增大、爐膛呈正壓，造成鍋爐停爐。鍋爐結(jié)渣是一個(gè)特別復(fù)雜的物理、化學(xué)、動(dòng)力學(xué)經(jīng)過，牽涉煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱和傳質(zhì)、煤的潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)、煤灰與管壁間的黏附等，至今還沒有能定量描繪敘述結(jié)渣經(jīng)過的數(shù)學(xué)模型。2結(jié)渣的危害鍋爐結(jié)渣將對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不良的影響。水冷壁、過熱器受熱面發(fā)生結(jié)渣后，爐膛出口煙氣溫度、蒸汽溫度及排煙溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起管壁過熱、超溫，危及受熱面的安全性。結(jié)渣往往是不均勻的，會(huì)使過熱器熱偏差增大。水冷壁處結(jié)渣對(duì)自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性造成不利的影響。鍋爐上部結(jié)渣后出現(xiàn)渣塊掉落時(shí)，可能會(huì)砸壞水冷壁，影響穩(wěn)定燃燒，嚴(yán)重時(shí)造成鍋爐滅火。若燃燒器噴口結(jié)渣，會(huì)影響氣流的正常噴射，毀壞爐內(nèi)的空氣動(dòng)力工況，嚴(yán)重時(shí)鍋爐會(huì)滅火。假如結(jié)渣嚴(yán)重，將迫使鍋爐停止運(yùn)行，進(jìn)行除渣。過熱器處結(jié)渣，使鍋爐通風(fēng)阻力增大，耗電量上升。結(jié)渣還會(huì)引起受熱面超溫、鍋爐通風(fēng)量缺乏、蒸發(fā)量缺乏等問題，可能會(huì)限制鍋爐出力，使機(jī)組被迫減負(fù)荷運(yùn)行。3影響結(jié)渣的主要因素及處理方式方法3.1煤種的灰熔點(diǎn)煤灰組成極其復(fù)雜，主要由硅、鋁、鐵、鈦、鎂、鈣、釩、錳、鉀、鈉、硫、磷、氧等元素組成，大多數(shù)以氧化態(tài)存在，含量由高到低順序大致為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、SO3、TiO2、K2O、MgO、Na2O、MnO3等。陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司〔下面簡(jiǎn)稱陜西興化公司〕4160t/h鍋爐燃煤主要來自甘肅和陜北煤礦，華而不實(shí)來自甘肅某煤礦煤種分析數(shù)據(jù)見表1,物質(zhì)熔點(diǎn)見表2.除此之外，鍋爐還摻燒了來自煤氣化裝置和甲醇合成裝置的燃料氣，該燃料氣的主要成分為CO、CH4、H2、CH3OH、N2、H2O、CO2、Ar等。構(gòu)成結(jié)渣的化學(xué)反響：Fe2O3+H2=H2O+2FeOFe2O3+CO=CO2+2FeOFeO-SiO2共熔體中有個(gè)一致熔融化合物2FeOSiO2〔正硅酸鐵或鐵橄欖石〕，熔點(diǎn)為1208℃。該化合物熔化時(shí)不穩(wěn)定，分解為偏硅酸亞鐵[2FeOSiO2+SiO2=2〔FeOSiO2〕],Hm0,在溫度低于1208℃時(shí)反響向左進(jìn)行，這極大地加速了結(jié)渣的可能性。CaOFeOSiO2共熔體熔點(diǎn)為1100℃，遠(yuǎn)低于上述煤種的變形溫度〔DT〕，很大程度上增加了結(jié)渣的可能性。為了盡量減輕結(jié)渣帶來的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)爐膛的煤粉質(zhì)量，摻燒灰熔點(diǎn)高的煤。在煤粉內(nèi)參加添加劑，可提高灰熔點(diǎn)，并使強(qiáng)黏結(jié)性的渣變?yōu)槭杷傻脑阌谌コ兔撀?，但此法需考慮對(duì)水冷壁的腐蝕，應(yīng)慎重使用。表1甘肅某煤礦煤種分析數(shù)據(jù)表2物質(zhì)熔點(diǎn)陜西興化公司摻燒的燃料氣中含有復(fù)原性成分CO、H2,其含量高將降低煤的灰熔點(diǎn)，易發(fā)生結(jié)渣，因而鍋爐在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)應(yīng)少用或停用燃料氣。3.2煤的沾污性能當(dāng)前各國(guó)對(duì)煤的沾污性能的判定指標(biāo)不同，以德國(guó)EVT公司采用的計(jì)算公式來講明煤的沾污性能。由于鍋爐燃煤的硫含量較高，此公式考慮了硫含量對(duì)沾污性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表示清楚：煤中硫含量的增加與受熱面沾污加劇成正比關(guān)系。沾污指數(shù)按式〔1〕計(jì)算：Kv=〔0.5+wNa2O+wK2O〕〔0.5+wS〕〔1〕式中：Kv--沾污指數(shù)；wNa2O--煤灰中含Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wK2O--煤灰中含K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wS--煤灰中含S質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)Kv4時(shí)沾污較輕，當(dāng)Kv4時(shí)沾污較重。鍋爐用煤含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%~0.97%,Kv值一般為2.54~4.77,因而對(duì)鍋爐受熱面沾污影響較大，在較短時(shí)間內(nèi)就會(huì)在高溫過熱器處構(gòu)成黏結(jié)性積灰。當(dāng)高溫過熱器管排之間的結(jié)渣和積灰封堵了大部分的煙氣流通截面后，會(huì)在水平煙道方向構(gòu)成煙氣走廊，造成煙氣流速大于設(shè)計(jì)值，飛灰顆粒對(duì)管壁的撞擊力、沖刷力加大，磨損加劇[2].3.3空氣動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行鍋爐空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)的目的是為了保證鍋爐四角一、二次風(fēng)速在規(guī)定范圍內(nèi)，四角來粉均勻，防止因鍋爐切向燃燒偏斜造成受熱面結(jié)焦，故燃燒器的燃燒工況與整個(gè)爐膛的空氣動(dòng)力特性密切相關(guān)。爐膛燃燒區(qū)域內(nèi)的結(jié)渣常發(fā)生在火焰或煙氣直接沖刷處，若無上述情況，即便大量灰粒已呈熔融狀態(tài)，由于不與水冷壁接觸，也不會(huì)黏結(jié)在水冷壁上。若空氣動(dòng)力場(chǎng)不良，造成切圓過大或火焰中心偏移，將導(dǎo)致高溫?zé)煔鉀_刷水冷壁面而結(jié)渣。因而，應(yīng)及時(shí)調(diào)整各風(fēng)門開度及風(fēng)煤配比，盡量均勻提供四角煤粉濃度及各燃燒器配風(fēng)量，并適當(dāng)提高一次風(fēng)速[3].3.4爐膛出口煙氣溫度爐膛出口煙氣溫度直接反映了火焰能否有偏斜現(xiàn)象。測(cè)溫點(diǎn)一般南北兩側(cè)各布置1個(gè)，二者溫差直接反映了火焰對(duì)兩側(cè)水冷壁的沖力方向、一二次風(fēng)的分布能否均勻，間接反映了結(jié)渣的可能方向。因而，日常生產(chǎn)中應(yīng)注意觀察2個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫差大小。當(dāng)空氣量充足時(shí)，控制爐膛出口煙氣溫度是避免爐膛結(jié)渣的重要措施之一，一般爐膛出口煙氣溫度控制在低于灰熔點(diǎn)50~100℃就可避免爐膛上部結(jié)渣。為避免爐膛出口煙氣溫度過高，可采用合理配風(fēng)、降低火焰中心高度、減小爐膛熱強(qiáng)度等措施?；鹧嬷行纳弦茖?dǎo)致出口煙氣溫度上升，排煙溫度升高，引起屏式過熱器、低溫過熱器和高溫過熱器結(jié)渣，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生爆管。因而，實(shí)際生產(chǎn)中必須控制好火焰中心高度，嚴(yán)防火焰中心上移。下部爐膛投用燃料氣時(shí)，若熱負(fù)荷過高，易發(fā)生局部結(jié)渣，此時(shí)可適當(dāng)提高送風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，保持爐膛中氧體積分?jǐn)?shù)為4%~5%,控制壓力為-70Pa,并略微延長(zhǎng)著火點(diǎn)。3.5缺氧燃燒缺氧燃燒會(huì)產(chǎn)生復(fù)原性氣氛，使煤灰熔點(diǎn)大幅下降，誘發(fā)嚴(yán)重結(jié)渣。所以控制適宜的爐膛氧量非常重要。固態(tài)排渣煤粉爐過?？諝庀禂?shù)為1.20~1.25,過?？諝庀禂?shù)過小將導(dǎo)致缺氧燃燒。鍋爐過?？諝庀禂?shù)按式〔2〕計(jì)算：=0.209/〔0.209-O2〕〔2〕式中：--過?？諝庀禂?shù)；O2--O2體積分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)值，%.3.6蒸汽吹灰鍋爐用燃料煤含灰量和含硫量高，運(yùn)行中會(huì)引起受熱面沾污積灰、結(jié)渣。結(jié)渣后，外部輻射熱減少、傳熱速率下降，導(dǎo)致鍋爐效率下降；除此之外，高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行時(shí)，爐膛容積熱負(fù)荷增大，過熱器溫度嚴(yán)重升高，燃料氣的投用極大地增加了爐膛結(jié)渣的可能性。因而，應(yīng)定時(shí)采用蒸汽對(duì)爐膛受熱面進(jìn)行吹灰。吹灰一般采用壓力1.0~1.5MPa、溫度400℃的過熱蒸汽，能有效去除水冷壁及屏式過熱器積灰。4結(jié)束語爐膛結(jié)渣是一種危害性較大的鍋爐運(yùn)行障礙，必須從煤質(zhì)、運(yùn)行、檢修及其他方面進(jìn)行綜合分析，最終將危害程度降至最低。另外，當(dāng)鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，爐膛容積熱負(fù)荷過大，爐膛出口煙氣溫度高，為防止局部嚴(yán)重結(jié)渣，甚至發(fā)生爆管事故，應(yīng)強(qiáng)化給水