淺析鍋爐結(jié)焦及其對策

摘要: 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(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害事故。如何有效控制鍋爐結(jié)焦、積灰成為提高鍋爐效率的重要課題。
關(guān)鍵詞：鍋爐；結(jié)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(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(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(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害事故。
        一、鍋爐結(jié)焦原因淺析
　　電站鍋爐結(jié)渣是客觀存在、不可避免的，從現(xiàn)有大機組生產(chǎn)運行情況看,有相當數(shù)量的機組為不同程度的結(jié)渣問題所困擾。這一方面是由于鍋爐結(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。這兩個客觀存在的情況就加劇了電站鍋爐的結(jié)渣現(xiàn)狀。
　　結(jié)渣機理探討鍋爐結(jié)渣是個很復(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)渣機理。
        結(jié)渣積灰的基本形式及原因：
        （一）鍋爐的結(jié)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(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，由于受到冷卻而粘結(jié)在受熱面上，形成結(jié)渣（俗稱結(jié)焦）。
        （二）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(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。當煙氣沖刷管束時，管子的背面形成渦流區(qū)，大的灰粒因其運動慣性動能大，不容易卷進渦流區(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。
        （三）鍋爐結(jié)渣的其他原因：①燃燒過程中空氣供應(yīng)量不足。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,灰熔點也隨著成分的改變而改變。②一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當鍋爐運行的配風(fēng)方式也是影響結(jié)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(jié)渣有一定影響，煤粉過細、過粗均可能引起結(jié)渣。④鍋爐高負荷連續(xù)運行鍋爐結(jié)渣、積灰隨鍋爐負荷及煙氣溫度的增加而增加。⑤鍋爐設(shè)計不當及安裝或檢修質(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)計參數(shù)密切相關(guān)，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(nèi)逗留的時間、燃燒器結(jié)構(gòu)形式以及受熱面的布置等。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,對鍋爐的安全運行危害極大,但是對于按設(shè)計煤種設(shè)計的鍋爐來說,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。這是因為當燃煤的發(fā)熱量高于設(shè)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(shè)計煤種的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)渣不是因為灰熔點低,而是因為所燃用的煤的發(fā)熱量太高造成的。       二、鍋爐結(jié)焦的控制措施
        通過上面的分析和研究，合理控制爐內(nèi)結(jié)焦的措施大致可以分為以下幾點：
        （一）爐膛設(shè)計中防止結(jié)渣的措施。鍋爐設(shè)計的前提眾所周知,鍋爐必須按一定的煤質(zhì)特性來設(shè)計制造。因此,正確地選定設(shè)計煤種,以期在電站建成后,從煤的產(chǎn)、供、銷、運等方面都得到保證,是使機組能在設(shè)計條件下正常運行,充分發(fā)揮其應(yīng)有效益的基本前提,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)渣并非都是運行不當或設(shè)計不正確的結(jié)果,而是煤根本不適于所用的燃燒方式。可見根據(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。
        （二）運行中防止結(jié)渣的措施。加強燃料管理保證按設(shè)計煤種運行是電廠保持良好運行性能的關(guān)鍵因素。每天及時準確地提供入爐煤的工業(yè)分析和灰熔點,供運行人員參考,以利鍋爐燃燒調(diào)整。通過燃燒調(diào)整試驗建立合理的燃燒工況，燃燒調(diào)整試驗的目的是使鍋爐在最佳工況下運行,其內(nèi)容應(yīng)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(jīng)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(qū)結(jié)渣,或火焰中心下移導(dǎo)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(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。
        鍋爐的運行和操作,必須嚴格按運行規(guī)程的規(guī)定和燃燒調(diào)整試驗結(jié)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(jié)渣情況進行就地檢查一次,發(fā)現(xiàn)有嚴重結(jié)渣情況,應(yīng)及時匯報、處理。專業(yè)工程師要定期分析鍋爐運行工況,對易結(jié)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(guī)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(guī)程對各受熱面進行吹灰。經(jīng)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(yīng)加強對出灰情況的監(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。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。
        三、鍋爐結(jié)焦的清除方法
　　鍋爐結(jié)渣、積灰給鍋爐安全、經(jīng)濟運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，鍋爐在實際運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�？偟膩砜矗�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(lián)合吹灰：據(jù)有些電廠經(jīng)驗，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（4）鋼珠除灰；（5）加添加劑。
　�。ǘ�）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(jié)渣、積灰，效率較高，清洗徹底，是目前停爐時清洗鍋爐結(jié)渣、積灰的最有效的方法。

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