劉志平，范海陸，李 辰

(五邑大學(xué)分析測(cè)試中心，廣東江門(mén)529020)

我國(guó)是一個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，煤炭資源豐富，但分布不均、品位高低不等。由于動(dòng)力用煤盡可能采用低品位的劣質(zhì)煤是我國(guó)的能源政策，從而導(dǎo)致動(dòng)力鍋爐的受熱面產(chǎn)生了磨損、腐蝕、積灰和結(jié)渣等一系列問(wèn)題。迄今為止，鍋爐受熱面沾污結(jié)渣一直是動(dòng)力鍋爐行業(yè)未能妥善解決的國(guó)際性難題之一，極大地威脅著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及設(shè)備的可靠性和可用率。特別是近十年來(lái)，大多數(shù)電廠為了片面追求經(jīng)濟(jì)效益普遍采用劣質(zhì)煤，甚至選用煤質(zhì)多變的混煤，使鍋爐受熱面的沾污結(jié)渣狀況更為惡化。鍋爐的沾污結(jié)渣帶來(lái)的危害很大，輕則會(huì)增加熱阻從而弱化爐體傳熱效能，導(dǎo)致鍋爐熱效降低、能耗增加和NOx排放量增大等;重則導(dǎo)致鍋爐停爐檢修，甚至?xí)l(fā)生爆炸等惡性事故［1－4］。

1 鍋爐沾污結(jié)渣的機(jī)理

鍋爐受熱面的沾污結(jié)渣過(guò)程比較復(fù)雜，影響受熱面沾污結(jié)渣的因素很多，沾污結(jié)渣過(guò)程既包含有物理化學(xué)反應(yīng)，又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。動(dòng)力鍋爐受熱面結(jié)渣過(guò)程一般包括三個(gè)方面:(1)燃煤自身的結(jié)渣過(guò)程，即煤灰的產(chǎn)生與結(jié)塊;(2)煤灰粒子向受熱壁面的輸運(yùn)過(guò)程;(3)煤灰粒子在壁面的粘附、生長(zhǎng)、結(jié)塊。因而，針對(duì)沾污結(jié)渣的三個(gè)過(guò)程，則相應(yīng)有結(jié)渣過(guò)程的三種機(jī)理。其中燃煤自身的結(jié)渣過(guò)程主要受煤中易結(jié)渣類(lèi)礦物質(zhì)如Na、K等成分的影響，即由燃煤本身品質(zhì)來(lái)決定。而煤灰粒子向壁面的輸運(yùn)機(jī)理，按照灰粒的粒徑大小分，主要有如下4種:慣性遷移(＞10μm 顆粒)、熱遷移(＜10μm 顆粒)、凝結(jié)和非均相反應(yīng)(＜1μm顆粒)。初始渣層形成后，其低的熱傳導(dǎo)性導(dǎo)致渣層表面溫度升高，后續(xù)輸送到壁面的灰粒就容易形成物理和化學(xué)機(jī)理粘附而使渣層增厚，從而使得煤灰粒子在受熱面上生長(zhǎng)、結(jié)塊、結(jié)渣［5－6］。

2 電站鍋爐沾污結(jié)渣的傳統(tǒng)處理方法

目前，針對(duì)電站鍋爐受熱面的沾污結(jié)渣情況，通常在鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行商采用預(yù)防、結(jié)渣后進(jìn)行清理措施［7］。

2.1 預(yù)防措施

(1)混煤摻燒

對(duì)于結(jié)渣傾向性較大的煤種，可以通過(guò)混煤摻燒來(lái)減輕或抑制煤灰的結(jié)渣。即通過(guò)向具有嚴(yán)重結(jié)渣傾向性的煤中摻入另一不易結(jié)渣的煤，可以大大減輕煤灰的沾污結(jié)渣特性。

(2)煤粉爐膛停留時(shí)間

煤粉在燃燒過(guò)程中，其中含有的Na、K等礦物質(zhì)將會(huì)出現(xiàn)熔融沉積、玻璃態(tài)物質(zhì)與管壁的粘合、沉積物生長(zhǎng)等過(guò)程，這些過(guò)程進(jìn)展均較為緩慢。因而，煤粉在爐膛停留時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于結(jié)渣過(guò)程的發(fā)展。但減少停留時(shí)間容易導(dǎo)致煤灰燃燒不充分，造成能源的浪費(fèi)。

(3)防結(jié)渣劑的應(yīng)用

防結(jié)渣劑的作用是提高燃煤的灰熔點(diǎn)溫度，促進(jìn)灰熔體結(jié)晶，使在高溫下易結(jié)渣的玻璃態(tài)渣向不易結(jié)渣的結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)化。這種方法的局限性是防結(jié)渣劑容易被消耗，需要不定期添加。

2.2 沾污結(jié)渣的清理

在爐膛發(fā)生結(jié)渣的情況下，傳統(tǒng)處理措施有三種，但這些措施大多要求停爐，從而影響生產(chǎn)，傳統(tǒng)清渣措施如下:

(1)鋼珠除灰。可有效地清除尾部受熱面疏散的積灰和結(jié)實(shí)的灰垢，防止受熱面堵灰、腐蝕，并降低引風(fēng)機(jī)電耗，提高鍋爐效率。

(2)水力除渣。其原理是當(dāng)高溫渣塊遇水時(shí)因驟冷而破碎，于是從爐墻或受熱面上掉下來(lái)。

(3)吹灰。包括蒸汽吹灰、壓縮空氣吹灰、高壓水力吹灰、水汽聯(lián)合吹灰、聲波吹灰、高能燃?xì)饷}沖吹灰等。

以上的一系列預(yù)防及清渣措施在規(guī)模使用上都具有一定的局限性，存在治標(biāo)不治本的缺陷，因而需要尋求一種能徹底防沾污結(jié)渣，而且操作及維護(hù)簡(jiǎn)單的措施。

3 新型防沾污結(jié)渣方法

不粘涂料是一種涂層表面不易被其它粘性物所粘附或粘著后易被除去的特種涂料。此種涂料由于其所形成涂層的表面能極低、摩擦系數(shù)小、易滑動(dòng)等特點(diǎn)，所以具有不粘性。被廣泛應(yīng)用于家用電器、烹飪廚具、汽車(chē)、機(jī)械、化工等行業(yè)。不粘涂料近年來(lái)世界需求量以每年20%～25%的速度增加［8－12］。

應(yīng)用于電站鍋爐的納米陶瓷涂層阻垢劑實(shí)際上就是一種耐高溫的不粘涂層，其主要成分由石英、非晶硅、氧化氫氧化鋁、硅酸鹽及其他金屬氧化物、硼化物等組成，無(wú)毒無(wú)害。該納米陶瓷涂層阻垢劑主要噴涂在電站鍋爐輻射段水冷壁表面，通過(guò)科學(xué)改變水冷壁表面的表面性能達(dá)到防沾污結(jié)渣目的，從而提高熱傳遞效率，使水冷壁表面加熱更加均勻，減少熱點(diǎn)，從而減少維修和停爐時(shí)間。因此，可以說(shuō)此類(lèi)納米陶瓷涂層阻垢劑能從根本上解決電站鍋爐的沾污結(jié)渣問(wèn)題。

對(duì)比傳統(tǒng)的電站鍋爐沾污結(jié)渣的傳統(tǒng)處理方法，使用納米陶瓷涂層阻垢劑能從根本上解決鍋爐沾污結(jié)渣問(wèn)題，從改變材料性能上使得灰渣無(wú)法在鍋爐受熱面上停留而達(dá)到防沾污結(jié)渣的目的。

4 總結(jié)及展望

鍋爐受熱面沾污結(jié)渣在我國(guó)火力發(fā)電機(jī)組中較為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有半數(shù)以上鍋爐存在著結(jié)渣危險(xiǎn)性，極大地威脅著鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及機(jī)組的可用率，并且隨著機(jī)組容量的增大危害更大。

盡管不粘涂料有許多優(yōu)異的特性，但還存在一些關(guān)鍵問(wèn)題制約其應(yīng)用，如與基底結(jié)合力弱、一般需要高溫固化、抗磨損能力差等。而且，在工業(yè)鍋爐受熱面應(yīng)用的不粘涂料要求能耐700℃左右的高溫、高低溫交變熱震性及煙氣的沖刷不脫落，所以對(duì)于此類(lèi)不粘涂料提出了更高的要求。因此，研制電站鍋爐高溫防沾污結(jié)渣涂層具有從根本上減輕甚至消除結(jié)渣的最有效、最直接的現(xiàn)實(shí)意義，該類(lèi)型涂層具有廣泛的市場(chǎng)。

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