李文成

（寧夏大唐國(guó)際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 青銅峽 751607）

0 引言

目前，我國(guó)的一次能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主，這種狀況在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間會(huì)一直存在。燃煤在鍋爐內(nèi)燃燒時(shí)，鍋爐受熱面對(duì)熱量的吸收程度直接決定著能源利用率的高低。由于燃煤在燃燒過(guò)程中會(huì)有不同程度的飛灰和煙塵，當(dāng)帶灰煙氣流經(jīng)各受熱面時(shí)，部分飛灰顆粒就會(huì)因?yàn)楦鞣N原因沉積在受熱面上，形成積灰。積灰對(duì)鍋爐的熱效率影響很大，因此有必要對(duì)積灰的產(chǎn)生機(jī)理、產(chǎn)生過(guò)程以及防止措施進(jìn)行深入研究。

1 積灰的危害

鍋爐受熱面上的積灰導(dǎo)熱系數(shù)小，一旦積灰，將會(huì)使受熱面熱阻增加，傳熱惡化，以至排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐效率降低。對(duì)于通道截面較小的對(duì)流受熱面，積灰會(huì)使流通截面積縮小，流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力不足，鍋爐出力降低。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞煙氣通道，甚至被迫停爐檢修。由于積灰，煙氣溫度升高，會(huì)引起受熱面金屬的腐蝕加劇，還可能影響后面受熱面的運(yùn)行安全。

2 飛灰的分類及積灰的形態(tài)

燃料燃燒后產(chǎn)生的灰分，其中一部分在爐膛高溫區(qū)熔化、聚集，結(jié)成大塊渣落入爐底成為爐渣，其它細(xì)灰則跟隨煙氣運(yùn)動(dòng)成為飛灰。按照直徑，可將飛灰分為細(xì)徑灰群、中徑灰群和粗徑灰群。根據(jù)易熔程度，可將其分為:低熔灰，熔點(diǎn)在700～850℃，主要成分是鈣金屬氯化物和硫化物；中熔灰，熔點(diǎn)在 900～1100℃，主要成分是 FeS、Na2CO3、K2SO4等；高熔灰，熔點(diǎn)在1600～2800℃，主要由純氧化物組成。

煙氣中的飛灰顆粒沉積到受熱面上，就形成了積灰。根據(jù)積灰的主要形態(tài)及多發(fā)部位的不同，可將其分為∶

（l）熔融性結(jié)渣，主要發(fā)生在爐膛受熱面及高溫對(duì)流受熱面的前部等，通常與煙氣所攜帶的熔化或粘性灰粒的物理遷移有關(guān)。

（2）高溫粘結(jié)性積灰，這種形態(tài)的積灰主要發(fā)生在燃用多升華物質(zhì)燃料（包括重油）鍋爐的高溫對(duì)流受熱面上，也可能發(fā)生在爐膛等受熱面上。灰粘結(jié)過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物具有粘性，能大量捕捉飛灰，往往在受熱面上產(chǎn)生堅(jiān)硬的粘結(jié)灰。

（3）低溫粘結(jié)性積灰，這種積灰在空氣預(yù)熱器的冷段形成。積灰與冷凝在管壁上的硫酸形成以硫酸鈣為基質(zhì)的水泥狀硬質(zhì)灰層，這種積灰是與硫酸蒸汽的凝結(jié)聯(lián)系在一起的。

（4）松散性積灰，煙氣中攜帶的灰粒物理沉積在受熱面上所形成，質(zhì)地松散.在煙溫低于600～700℃的尾部煙道，除空氣預(yù)熱器冷段可能形成低溫粘結(jié)性積灰外，大多數(shù)屬于松散性積灰。當(dāng)含塵煙氣流過(guò)高溫受熱面時(shí)，也會(huì)在高溫粘結(jié)灰層的外面沉積下來(lái)，形成松散的外灰層。

3 對(duì)粘結(jié)性積灰的研究

3.1 高溫過(guò)熱器和高溫再熱器的積灰

低熔點(diǎn)的飛灰在爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔鈪^(qū)為揮發(fā)態(tài)，隨煙氣流向煙道，而高溫過(guò)熱器和高溫再熱器所在煙道的煙溫高于700～800℃，因此煙氣中還未凝固的低熔灰就會(huì)凝固到相對(duì)溫度較低的高溫過(guò)熱器、再熱器的表面上，形成粘性灰層。同時(shí)，一些中熔、高熔灰粒被薪附在粘性灰層中，并在煙氣長(zhǎng)期的作用下，與煙氣中的SO3氣體形成白色硫酸鹽的緊密結(jié)實(shí)灰層。隨著灰層厚度逐漸增加，其外表面溫度升高，低熔點(diǎn)灰的冷凝作用逐漸減弱，而中熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)灰在已凝固的灰層表面還進(jìn)行著動(dòng)態(tài)沉積，形成松散多孔、容易清除的外灰層。

這里，內(nèi)灰層的堅(jiān)實(shí)程度稱為燒結(jié)強(qiáng)度。燒結(jié)強(qiáng)度越大的灰層越難以清除。燒結(jié)強(qiáng)度和溫度、灰中氧化鈉、氧化鉀的含量及燒結(jié)時(shí)間等因素有關(guān).爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)、燃燒方式和爐膛結(jié)渣等都會(huì)影響對(duì)流煙道的煙氣溫度，從而影響燒結(jié)強(qiáng)度。燒結(jié)強(qiáng)度還會(huì)隨著時(shí)間的推移而增大，內(nèi)灰層變得更為堅(jiān)實(shí)，因此必須及時(shí)清除。

3.2 堿金屬引起的結(jié)灰

由于堿金屬升華引起的粘結(jié)灰，其形成過(guò)程和機(jī)理為:燃料灰中堿金屬的氧化物(氧化鈉、氧化鉀)在燃燒時(shí)升華成為氣態(tài)，隨煙氣到達(dá)高溫對(duì)流受熱面，由于受熱面相對(duì)溫度較低，就冷凝在表面上.冷凝的金屬氧化物與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成硫酸鹽，由于鋼管壁面的催化作用較強(qiáng)，也可使煙氣中的二氧化硫在氧化成三氧化硫的同時(shí)與堿金屬氧化物形成硫酸鹽。這些硫酸鹽與飛灰中的氧化鐵及煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成白色的復(fù)合硫酸鹽。產(chǎn)物在500～800℃呈熔化狀態(tài)，有粘性，一方面捕捉飛灰，一方面還可繼續(xù)形成粘結(jié)物并迅速增厚，當(dāng)灰層變厚時(shí)，內(nèi)層即硬結(jié)起來(lái)。

當(dāng)燃料灰分中堿金屬化合物含Ca（如氯化鈣或碳酸鈣）較多時(shí)，往往發(fā)生以硫酸鈣為粘結(jié)劑的粘結(jié)灰。這種粘結(jié)灰的形成機(jī)理為:碳酸鈣在約為850℃時(shí)燃燒分解成氧化鈣，并與煙氣中氯化氫化合成氯化鈣，氯化鈣在燃燒時(shí)升華，后凝結(jié)在受熱面管壁上，并可繼續(xù)氧化，形成氧化鈣，氧化鈣再與煙氣中三氧化硫反應(yīng)生成硫酸鈣。由于硫酸鈣在1200℃以下一直是較穩(wěn)定的化合物并具有粘性，因此可繼續(xù)捕捉飛灰。當(dāng)積灰層變厚時(shí)，內(nèi)層也會(huì)硬結(jié)起來(lái)。

3.3 防止措施

（1）布置足夠數(shù)量的吹灰裝置，并合理配合使用不同的吹掃方式，以獲得最佳的綜合吹掃效果，這是有效防止粘結(jié)性積灰的主要手段。而且，在鍋爐運(yùn)行時(shí)，一開(kāi)始即應(yīng)正常投入吹灰裝置。否則，如果受熱面已粘結(jié)了灰分，就不易清除。運(yùn)行中，要按一定的程序、周期性地進(jìn)行吹灰。

（2）設(shè)計(jì)鍋爐爐膛時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定選擇Qa及Qv，不要過(guò)高，尤其在設(shè)計(jì)大容量鍋爐時(shí)更要注意，這對(duì)減輕結(jié)渣很有好處。

（3）正確設(shè)計(jì)和布置對(duì)流受熱面。根據(jù)研究，錯(cuò)列布置比順列布置積灰較輕。橫向節(jié)距大一些，可使管列間不易搭橋堵塞。在燃用具有嚴(yán)重粘結(jié)傾向的燃料時(shí)，水平煙道的對(duì)流過(guò)熱器常用大節(jié)距順列布置，甚至全部采用屏式受熱面。

4 對(duì)松散性積灰的研究

4.1 低溫過(guò)熱器和低溫再熱器的積灰

低溫過(guò)熱器和低溫再熱器在其管背的表面上易形成松散的積灰層。它們所處的煙道溫度低于600～700℃，低熔灰已凝固成固體顆粒，堿金屬氧化物蒸汽的凝結(jié)也已結(jié)束。此時(shí)，煙氣流中含有各種組分的顆粒，其粒度都在200微米以下，以10～20微米的居多。當(dāng)含灰氣流橫向沖刷管束時(shí)，管子背面產(chǎn)生渦流區(qū)，小于30微米的細(xì)小灰粒就被卷入并薪附在管子的背風(fēng)面上。由于煙氣流對(duì)管正面的積灰直接沖刷，破壞了積灰層的形成，因此，管背面積灰比正面嚴(yán)重，只有煙氣流速小于5m/s時(shí)才有正面明顯積灰。

4.2 松散性積灰的產(chǎn)生與動(dòng)態(tài)平衡

煙氣中的飛灰直徑是不同的，其中細(xì)徑灰群是隨著煙氣作流線運(yùn)動(dòng)的，在管表面極少積灰;而粗徑灰具有較大的動(dòng)能，在撞擊管子表面的灰層時(shí)起著破壞灰層和沖磨管壁的作用;只有中徑灰群，在煙氣繞管子流動(dòng)時(shí)，由于灰粒運(yùn)動(dòng)的慣性，直接接觸管子，沉積在管子的外表面，是形成松散性積灰層的主要灰群.因此，中徑灰和粗徑灰對(duì)積灰層的作用是相反的，灰層的最終厚度決定于中徑灰在管子表面的連續(xù)沉積和粗徑灰對(duì)灰層的連續(xù)破壞的動(dòng)態(tài)平衡。因此，開(kāi)始飛灰積聚很快，達(dá)到一定厚度時(shí)，被氣流中的粗徑灰所沖刷，直至積聚的灰與被粗徑灰沖掉的灰相等時(shí)，積灰就不再增加。

4.3 影響松散性積灰程度的因素

積灰層的厚度與煙氣流速有關(guān)，因?yàn)橹袕交业淖饔门c煙氣流速成正比，粗徑灰的作用與煙氣流速的三次方成正比，故煙氣流速增大灰層厚度減薄。當(dāng)煙氣流速小于(3～4)m/s時(shí)，灰層明顯增厚，故一般不允許在這種流速下運(yùn)行。另外，積灰的程度與灰粒細(xì)度關(guān)系密切，但與飛灰濃度關(guān)系不大。灰粒愈細(xì)，對(duì)積灰層的沖刷作用愈弱，且容易被卷入旋渦區(qū)，因此積灰愈嚴(yán)重;而飛灰濃度愈高，并不能使灰層加厚，只起到加速達(dá)到平衡的作用。實(shí)踐證明，液態(tài)排渣爐雖然飛灰濃度不大，但由于灰粒較細(xì)，受熱面積灰程度比固體排渣爐還嚴(yán)重。

4.4 減輕和防止松散性積灰的措施

（1）正確設(shè)計(jì)和布置吹灰裝置，運(yùn)行時(shí)應(yīng)制定合理的吹灰間隔時(shí)間和連續(xù)吹灰時(shí)間。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)采用足夠的煙氣流速。對(duì)于額定負(fù)荷，煙速應(yīng)不低于(5～6)m/s，對(duì)于升華物質(zhì)含量高的物質(zhì)，煙速更應(yīng)高一些。

（3）采用小管徑、錯(cuò)列布置、緊湊布置的管束，如管徑等于（20～32）nun，S1/d=2～2.5，S2/d=l～1.5。但要注意，對(duì)易結(jié)渣或易結(jié)粘性灰的受熱面，這是不合適的。

（4）對(duì)于燃燒高硫油的鍋爐，低溫過(guò)熱器和低溫再熱器的管表面會(huì)產(chǎn)生粘性玻璃狀沉積層，其主要成分是氧化釩、硫酸鹽、硫化鐵以及鈣、鈉的氧化物等。

5 結(jié)束語(yǔ)

粘結(jié)灰比松散灰的危害更大。由于受熱面的積灰將嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，將管束的積灰降到最低量，經(jīng)常保持受熱面清潔，是鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行的重要任務(wù)，也是鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中必須認(rèn)真解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

［1］張勇，張延廣，曹祖慶.凝汽器管束布置的傳熱效果評(píng)價(jià)方法[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1994，36（6）:34-36.

［2］金國(guó)華.凝汽器清潔特性診斷[J].汽輪機(jī)技術(shù)，1987（2）:64-66.