任志佳

摘 要： 本文研究了火電廠四角切圓鍋爐結(jié)渣問(wèn)題，包括燃料特性的影響，鍋爐結(jié)構(gòu)的影響，運(yùn)行調(diào)整的影響等。

關(guān)鍵詞： 鍋爐；結(jié)渣；四角切圓

1.1 燃料特性的影響

灰的性質(zhì)主要是指它的熔化性和燒結(jié)性。熔化性影響爐內(nèi)的運(yùn)行工況，燒結(jié)性則影響對(duì)流受熱面，特別是過(guò)熱器的積灰性能。

當(dāng)燃料在爐內(nèi)燃燒時(shí)，在高溫的火焰中心，灰分一般處于熔化或軟化狀態(tài)，具有粘性，這種粘性的熔化灰粒，如果接觸到受熱面管子或爐墻，就會(huì)粘結(jié)于其上，即所謂結(jié)渣，并影響固態(tài)排渣爐的正常運(yùn)行。相反，對(duì)于液態(tài)排渣爐的燃燒室（或爐膛的熔渣段），卻希望灰渣保持著熔化的流動(dòng)狀態(tài)，以便能順利地從爐底排渣孔排出。

關(guān)于灰分的性質(zhì)，目前都用試驗(yàn)的方法來(lái)確定。把灰制成底為等邊三角形的錐體，底的邊長(zhǎng)7mm，錐體高20mm，然后逐漸加熱，根據(jù)灰錐的狀態(tài)變化確定三個(gè)溫度指標(biāo)來(lái)表示灰的熔化性質(zhì)：

變形溫度t1是錐頂變圓或開(kāi)始傾斜時(shí)的溫度；

軟化溫度t2是錐頂彎至錐底或成球形時(shí)的溫度；

熔化溫度t3是呈液體狀態(tài)能沿平面流動(dòng)

1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)于鍋爐設(shè)計(jì)制造單位來(lái)說(shuō)，主要是根據(jù)設(shè)計(jì)煤種的特性，去設(shè)計(jì)合理的鍋爐結(jié)構(gòu)。分析鍋爐結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)渣的影響，可以為鍋爐設(shè)計(jì)制造提供參考。

對(duì)于切圓燃燒鍋爐，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)不良是導(dǎo)致燃燒器區(qū)結(jié)渣的直接原因，而爐內(nèi)假想切圓的大小又直接影響了爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的合理情況。如果假想切圓太大，鍋爐在運(yùn)行時(shí)，從燃燒器噴口噴出的射流容易偏轉(zhuǎn)，造成熾熱的煤粉氣流直接沖刷水冷壁，導(dǎo)致結(jié)渣。對(duì)于四角切向燃燒鍋爐來(lái)說(shuō)，在燃燒器方面影響結(jié)渣的主要因素有以下幾個(gè)。

（1）切圓直徑。

在實(shí)際的燃燒過(guò)程中，從燃燒器噴出的實(shí)際氣流總是在某種程度上會(huì)偏離設(shè)計(jì)方向，因此實(shí)際的氣流切圓直徑總是大于假想切圓直徑。冷態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)際切圓直徑比假想切圓直徑大4～6倍。當(dāng)爐膛切圓直徑大于一定值時(shí)，結(jié)渣趨勢(shì)隨切圓直徑的增大而增大，大量熔融、半熔融顆粒將直接撞擊水冷壁并粘附于壁上而形成結(jié)渣。對(duì)于鍋爐容量小于400t/h的固態(tài)排渣煤粉爐，切圓直徑一般在500～1000mm的范圍內(nèi)；對(duì)于大容量的鍋爐，假想切圓直徑可取得更大些。

（2）氣流偏斜。

造成氣流偏離主要有2方面原因：由于燃燒器噴口軸線與相鄰兩側(cè)墻的夾角不同，造成射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件不同，形成靜壓差；由于爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流對(duì)氣流的橫向撞擊使射流偏轉(zhuǎn)。

從燃燒器噴口噴出的射流在其擴(kuò)展過(guò)程中總是要不斷卷吸周?chē)臻g的氣體，狹長(zhǎng)形的燃燒器射流卷吸主要發(fā)生在射流的長(zhǎng)邊兩側(cè)，從而在射流兩側(cè)形成負(fù)壓區(qū)。當(dāng)射流兩側(cè)的補(bǔ)氣條件不同時(shí)，產(chǎn)生的負(fù)壓值不等，因而射流兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生壓差。在此壓差的作用下，射流要偏向壓力小的一側(cè)，即補(bǔ)氣條件差的一側(cè)，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)實(shí)際切圓直徑大于設(shè)計(jì)的假想切圓。

射流偏轉(zhuǎn)后，進(jìn)一步加強(qiáng)了兩則補(bǔ)氣條件的差異，加大了兩側(cè)的壓差，加劇了射流的偏轉(zhuǎn)。單純從射流卷吸作用對(duì)射流偏轉(zhuǎn)的影響考慮，射流的偏轉(zhuǎn)主要由于射流兩則的補(bǔ)氣空間有差異，射流兩側(cè)存在壓差造成的。

當(dāng)燃燒器寬度增加后，向火側(cè)的氣流更容易地進(jìn)入到背火側(cè)，從而可以降低射流兩側(cè)的壓差，使射流偏轉(zhuǎn)減小。在四角切向燃燒鍋爐中，煤粉氣流的大多數(shù)熱量來(lái)源于上游火焰與煤粉氣流的對(duì)流換熱，因而一次風(fēng)射流的寬度相對(duì)較小，射流的剛性較差，抗偏轉(zhuǎn)的能力較差，容易導(dǎo)致射流偏轉(zhuǎn)。

（3）爐膛截面形狀的影響。

爐膛截面形狀如設(shè)計(jì)不當(dāng)，除影響火焰充滿(mǎn)度外，還影響補(bǔ)氣條件和使氣流貼壁。當(dāng)爐膛寬深比超過(guò)1.2時(shí)，射流兩側(cè)補(bǔ)氣條件相差懸殊，氣流偏斜嚴(yán)重。

從以上分析可知，防止結(jié)渣，主要應(yīng)從降低爐膛溫度和保證良好的空氣動(dòng)力場(chǎng)兩方面來(lái)考慮。降低爐膛溫度的措施設(shè)計(jì)時(shí)，要認(rèn)真選取鍋爐的爐膛容積熱負(fù)荷qv、爐膛截面熱負(fù)荷qa和燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qr，它們是影響爐膛溫度高低及分布的主要參數(shù)。在以上的推薦值中，可取低限。對(duì)灰熔融特性溫度低的煤，取下限。此外，還要合理選擇單只燃燒器的熱功率，取較低的熱空氣溫度，采用煙氣再循環(huán)等。改善爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，爐膛寬深比不大于1.2，選擇合適的假想切圓直徑，選擇合適的燃燒器總高度比以及一、二次風(fēng)量和風(fēng)速要適當(dāng)。鍋爐結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)渣有重要影響，應(yīng)合理選擇鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)，降低爐膛溫度水平，保證良好的空氣動(dòng)力工況，防止結(jié)渣。

1.3 運(yùn)行調(diào)整的影響

結(jié)渣是固態(tài)除渣煤粉鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中最突出考慮的問(wèn)題。結(jié)渣會(huì)嚴(yán)重地危害鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，甚至被迫停爐。因而防止和減輕結(jié)渣是鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行中非常重要的問(wèn)題。

運(yùn)行因素對(duì)結(jié)渣的影響：

1.爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)α

過(guò)量空氣系數(shù)增加，受熱面的積灰、結(jié)渣趨勢(shì)減輕。首先，當(dāng)α增加時(shí)，爐膛出口煙溫降低，可減輕對(duì)流受熱面積灰、結(jié)渣。其次，隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加，爐膛壁面處的煙溫降低，爐內(nèi)受熱面結(jié)渣趨勢(shì)減少。第三，α過(guò)低易造成氧量不足，在爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛，熔點(diǎn)較高的Fe2O3被還原成熔點(diǎn)較低的FeO，從而使灰熔點(diǎn)降低，增加了結(jié)渣的可能性。因此，必須送入足夠的氧量。2.四角風(fēng)粉的均勻性

當(dāng)燃燒器配風(fēng)不均勻或鍋爐降負(fù)荷，燃燒器缺角或缺對(duì)角運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)火焰中心會(huì)發(fā)生偏斜。熾熱煤粉氣流直接沖刷水冷壁，造成局部熱負(fù)荷過(guò)高，這極易引起結(jié)渣。因此，運(yùn)行時(shí)要盡量調(diào)平四角風(fēng)量。降低負(fù)荷時(shí)，則要避免缺角情況運(yùn)行。要保證空氣和燃燒的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)渣。當(dāng)一、二次風(fēng)的位置、風(fēng)速、風(fēng)量不均勻時(shí)，盡管爐內(nèi)總空氣量大，但仍會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域熾熱焦碳和揮發(fā)份得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛，引起結(jié)渣。

2.爐內(nèi)溫度水平

爐內(nèi)溫度水平對(duì)結(jié)渣的影響是多方面的。第一，爐內(nèi)溫度水平高，將使煤中一些易揮發(fā)堿性氧化物汽化或升華，使堿金屬化合物在受熱面上凝結(jié)。堿金屬氧化物汽化溫度一般在1400℃以上，而凝結(jié)溫度在1000℃～1100℃。堿金屬直接凝結(jié)在受熱面上會(huì)形成致密的強(qiáng)粘結(jié)灰。第二，當(dāng)煙氣溫度較高且管壁溫度也高時(shí)，可在初始灰層中形成產(chǎn)生低熔點(diǎn)復(fù)合硫酸鹽反應(yīng)的條件，還會(huì)使含有堿金屬化合物的積灰外表面粘結(jié)性增強(qiáng)，加速積灰過(guò)程的發(fā)展。第三，當(dāng)煙溫度高時(shí)煤灰呈融化或半融化狀態(tài)，熔融灰會(huì)直接粘結(jié)在受熱面上，產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣。溫度升高，將使受熱面結(jié)渣呈指數(shù)規(guī)律上升。對(duì)易結(jié)渣煤，要嚴(yán)格控制爐內(nèi)溫度水平，如加大運(yùn)行過(guò)量空氣系數(shù)，增加配風(fēng)的均勻性，防止局部熱負(fù)荷過(guò)高和產(chǎn)生局部還原氣氛，調(diào)整四角風(fēng)粉分配的均勻性，防止一次風(fēng)氣流直接沖刷壁面，必要時(shí)采取降負(fù)荷運(yùn)行。

3.煤粉細(xì)度

煤粉粗時(shí)，火炬拖長(zhǎng)，粗粉因慣性作用會(huì)直接沖刷受熱面。另外，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多， 融化比例高，沖刷水冷壁后容易引起結(jié)渣。但煤粉太細(xì)也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。煤粉越細(xì)，燃燒狀況越好，爐膛出口溫度將升高，也易引起結(jié)渣。因此，針對(duì)具體的煤種，應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，以尋求最佳煤粉細(xì)度。5.一次風(fēng)速

適當(dāng)提高一次風(fēng)速，可推遲煤粉的著火，使著火點(diǎn)離燃燒器較遠(yuǎn)，火焰高溫區(qū)也相應(yīng)推移到爐膛中心，可以避免噴口附近結(jié)焦。在四角切圓燃燒鍋爐中，提高一次風(fēng)速還可增加一次風(fēng)射流的剛性，減少由于射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，避免一次風(fēng)氣流直接沖刷水冷壁而產(chǎn)生結(jié)渣。不過(guò)應(yīng)該注意的是，一次風(fēng)速提高，要受到煤粉著火條件的限制。

為了防止鍋爐結(jié)渣，查明爐內(nèi)工況，需要利用停爐機(jī)會(huì)進(jìn)行爐膛冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，可以直觀地檢查爐內(nèi)氣流的分布、擴(kuò)散、擾動(dòng)等現(xiàn)象是否良好。當(dāng)鍋爐燃燒工況不正常時(shí)，空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可以幫助分析發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

正確的爐膛設(shè)計(jì)，合理地組織爐內(nèi)流動(dòng)工況和燃燒過(guò)程；保持充足的過(guò)量空氣系數(shù)，適當(dāng)?shù)臓t內(nèi)溫度水平，適宜的煤粉細(xì)度；保證鍋爐燃用與鍋爐設(shè)計(jì)相接近的煤種，合理的運(yùn)行方式等，對(duì)防止和減輕結(jié)渣是不可缺少的。endprint