華能應(yīng)城熱電有限責(zé)任公司 郭建華 王 強(qiáng)

鍋爐爐墻、受熱面、爐排上的積灰按其粘結(jié)強(qiáng)度可分為粘結(jié)性積灰和松散性積灰，松散性積灰是一個(gè)物理過程，從技術(shù)角度分析松散性積灰不可避免，但根據(jù)機(jī)組容量確保適當(dāng)?shù)氖軣崦娼Y(jié)構(gòu)尺寸控制好爐內(nèi)燃燒工況和保持足夠的煙氣流量、并根據(jù)運(yùn)行情況定期吹灰，即可確保受熱面積灰在可控范圍內(nèi)。粘結(jié)性積灰具有物理和化學(xué)兩種作用的積灰，灰層強(qiáng)度、粘度高，普通物理方法難以清除并具無限成長性，帶來巨大安全隱患。鍋爐結(jié)焦即為嚴(yán)重的粘結(jié)性積灰，指灰渣在高溫下融化后與到受熱面被冷卻粘接在受熱面上的現(xiàn)象。

1 受熱面結(jié)焦機(jī)理

鍋爐的結(jié)焦主要經(jīng)過以下過程：煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生不同粒徑的飛灰；飛灰在高溫區(qū)域處于熔融狀態(tài)，熔融的飛灰在煙氣帶動(dòng)下與受熱面接觸；飛灰被受熱面冷卻形成結(jié)焦。其中飛灰顆粒在煙氣帶動(dòng)下向受熱面輸運(yùn)是結(jié)焦的必經(jīng)環(huán)節(jié)[1]。飛灰顆粒的輸運(yùn)主要分為熱遷移、揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散、慣性遷移。對(duì)于尺寸較小的飛灰顆粒和氣相灰分主要是通過擴(kuò)散輸運(yùn)，對(duì)小于1～10μm 的飛灰粒子主要通過熱遷移形成結(jié)焦，試驗(yàn)表明熱遷移是造成結(jié)焦的主要原因之一；大于10μm 的飛灰顆粒主要由慣性力使飛飛灰顆粒向受熱管輸運(yùn)，當(dāng)含煙氣轉(zhuǎn)向時(shí)大顆粒飛灰在慣性力的作用下離開煙氣撞擊到受熱面產(chǎn)生結(jié)焦?；伊Ｗ矒羰軣崦娴母怕手饕苫伊５膽T性力、所受阻力、灰粒在煙氣中的位置以及煙氣流速?zèng)Q定。在煤粉爐中一般煙氣流速為10～25m/s，直徑在5～10μm 的飛灰顆粒就有脫離煙氣沖擊到受熱面的可能性。

根據(jù)積灰、結(jié)焦的原理來有效控制鍋爐的結(jié)焦，就要避免飛灰顆粒在慣性力的作用下向受熱面撞擊。煤粉鍋爐中心溫度一般在1400～1700℃間，煤粉燃燒過程其本身溫度要比爐膛溫度高約200～300℃，所以飛灰顆粒在爐膛中心基本為熔融狀態(tài)。熔融狀態(tài)的灰粒受慣性力向受熱面運(yùn)動(dòng)過程中，由于灰粒運(yùn)動(dòng)速度過快、過程中受到冷卻效果差，未凝固前與受熱面接觸從而黏附在受熱面上形成結(jié)焦。所以灰粒在慣性力作用下撞擊受熱面形成的結(jié)焦是焦子積聚、長大的主要原因[2]。

2 受熱面結(jié)焦原因分析

燃煤成分及特性：煤粉中灰分含量、灰熔點(diǎn)是鍋爐結(jié)焦主要因素，灰分含量越大、灰熔點(diǎn)越低鍋爐越容易結(jié)焦。根據(jù)爐膛溫度場可判定燃燒中心的煤灰基本全部處于熔融狀態(tài)或表面熔融狀態(tài)，正常情況下熔融的飛灰會(huì)在離開燃燒中心至碰到受熱面前冷卻成固態(tài)飛灰，與受熱面接觸后也不會(huì)粘結(jié)在受熱面上導(dǎo)致結(jié)焦。但熔融狀態(tài)下的飛灰在與受熱面接觸時(shí)仍為熔融狀態(tài)，則會(huì)粘結(jié)在受熱面上形成結(jié)焦。若燃煤灰熔點(diǎn)低時(shí)，將很可能導(dǎo)致熔融狀態(tài)飛灰在慣性力作用下與受熱面接觸時(shí)還處于熔融狀態(tài)，從而粘結(jié)在受熱面上，并在重復(fù)作用下積聚長大，形成結(jié)焦。結(jié)焦的產(chǎn)生還由燃煤的礦物質(zhì)特性決定，煤灰中一般含有Al2O3、SiO2、MgO、CaO、Na2O、K2O、Fe3O4、Fe2O3、FeO 等多種成分，若Al2O3、SiO2含量高時(shí)灰熔點(diǎn)也高；鐵和堿金屬（Na、K 等）的氧化物多時(shí)灰熔點(diǎn)也低；具有助熔作用的CaO 以及燃料中黃鐵礦（FeS）等多時(shí)也會(huì)使灰熔點(diǎn)下降。但當(dāng)它們作為混合物晶體存在時(shí)灰熔點(diǎn)又會(huì)改變，如果灰渣中三元共晶體Al2O3.SiO2+2FeO.SiO2+SiO2，則熔點(diǎn)一般只有1000～1100 ℃；若有二元共晶體CaO.FeO+CaO.Al2O3，則熔點(diǎn)為1200℃。運(yùn)行中應(yīng)盡量選擇與設(shè)計(jì)煤種相符的煤種，若需摻燒低灰熔點(diǎn)煤種時(shí)應(yīng)盡量選擇灰熔點(diǎn)高的煤混燒[3]。

設(shè)計(jì)的影響：一般鍋爐的設(shè)計(jì)都是通過設(shè)計(jì)煤種的成分、灰熔點(diǎn)來確定鍋爐的相關(guān)參數(shù)，在燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)一般不會(huì)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。但鍋爐相關(guān)參數(shù)的選取對(duì)煤種變化的適應(yīng)性有很大關(guān)系，一般容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷高，則為爐膛容積小導(dǎo)致，鍋爐水冷壁受熱面面積小導(dǎo)致爐內(nèi)火焰溫度高，爐膛出口煙溫高，熔融狀態(tài)飛灰難于在與受熱面接觸之前冷卻至固態(tài)，導(dǎo)致爐膛出口和水冷壁容易結(jié)焦。

爐內(nèi)燃燒的組織狀況：鍋爐在運(yùn)行過程中若入爐煤種與設(shè)計(jì)煤種相差過大，煤飛灰熔點(diǎn)過低；鍋爐負(fù)荷過高，爐內(nèi)斷面熱負(fù)荷、容積熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過高；煤粉細(xì)度較粗、均勻性下降，會(huì)導(dǎo)致慣性動(dòng)量過大或局部熱負(fù)荷過高；一、二次風(fēng)速與風(fēng)量分配不當(dāng)，煤粉提前燃燒或局部缺氧；鍋爐吹灰不及時(shí)造成焦子集聚長大；鍋爐兩側(cè)氧量偏差大或總體氧量偏小，爐內(nèi)還原性氣氛強(qiáng)；爐內(nèi)空氣動(dòng)力場不均等都是造成鍋爐結(jié)焦的原因。

設(shè)備健康情況：飛灰顆粒的冷卻過程取決于爐內(nèi)總體溫度情況和水冷壁附近溫度情況，溫度越高結(jié)渣程度將按指數(shù)規(guī)律增長。水冷壁附近溫度分布除與爐膛火焰中心溫度、受熱面吸熱情況、燃燒器的著火點(diǎn)有關(guān)外，還與水冷壁表面的清潔度、火焰擴(kuò)散角度有關(guān)。若水冷壁表面清潔度差附有灰、渣時(shí)，其表面溫度會(huì)急速上升。這將使得灰渣表面具有粘性，捕捉飛灰的能力增強(qiáng)；另一方面表面溫度升高降低了慣性輸運(yùn)灰粒時(shí)的冷卻程度，因而使灰渣的集聚自動(dòng)加劇，形成大面積的結(jié)焦。當(dāng)燃燒器火焰的擴(kuò)散角度過大，一方面會(huì)造成灰渣粒子受慣性動(dòng)量的影響撞擊水冷壁面的幾率增加；另一方面也會(huì)使水冷壁附近溫度升高，降低了慣性輸運(yùn)灰粒時(shí)的冷卻程度，因而使灰渣的集聚自動(dòng)加劇，形成大面積的結(jié)焦。在鍋爐運(yùn)行過程中吹灰不及時(shí)、不規(guī)范，鍋爐運(yùn)行時(shí)間長，鍋爐停備時(shí)未對(duì)受熱面進(jìn)行清理，都使受熱面的清潔程度下降。燃燒器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生擴(kuò)錐變形、鼓包，穩(wěn)燃齒變形、脫落等問題，會(huì)使燃燒器的擴(kuò)散角度發(fā)生變化，進(jìn)而形成結(jié)焦。

燃燒器的型式：隨著國家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，電站鍋爐基本都采用了低NOx 燃燒器技術(shù)，該技術(shù)特點(diǎn)是在燃燒器區(qū)域欠氧分級(jí)燃燒。欠氧燃燒時(shí)在爐內(nèi)燃燒器區(qū)域處于還原性氣氛，分析表明，同一煤種的灰渣在還原性氣氛中灰分中高熔點(diǎn)的Fe3O4、Fe2O3會(huì)還原成低熔點(diǎn)的FeO，熔化溫度相差200～300℃。通常煤種的灰熔點(diǎn)是在實(shí)驗(yàn)室富氧氣氛下化驗(yàn)出來的，而在鍋爐運(yùn)行時(shí)由于采用欠氧分級(jí)燃燒技術(shù)，其灰熔點(diǎn)隨著煤種中Fe 元素成分的增加而降低，因此煤種在實(shí)際運(yùn)行中所表現(xiàn)出來的特性與在化驗(yàn)室中表現(xiàn)出來的特性有所不同[4]。

3 鍋爐結(jié)焦的預(yù)防

加強(qiáng)燃煤管理。煤灰的成分和特性是影響鍋爐結(jié)焦的重要因素,電廠燃料供應(yīng)時(shí)盡量選擇設(shè)計(jì)煤種或與設(shè)計(jì)煤種成分、特性相近的煤種。對(duì)于新進(jìn)煤種應(yīng)掌握其所有成分、特性，進(jìn)行摻燒試燒試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定最佳最安全的摻燒比例。煤場存煤要按照不同煤質(zhì)分堆存放，嚴(yán)禁混堆混存。上煤時(shí)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況、煤質(zhì)情況及設(shè)備情況制定合理的上煤方案。每天應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確的提供入爐煤質(zhì)情況供運(yùn)行人員參考。當(dāng)班運(yùn)行人員應(yīng)了解當(dāng)班入爐煤質(zhì)情況，根據(jù)煤質(zhì)情況做好相應(yīng)的事故預(yù)想，運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)掌握機(jī)組運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行處理。

合理控制運(yùn)行氧量。通過控制一、二次風(fēng)比例來控制鍋爐運(yùn)行的氧量，通過控制爐膛氧量即可控制爐內(nèi)是處于氧化還是還原性氣氛，這將對(duì)鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如爐內(nèi)運(yùn)行氧量偏低爐內(nèi)將處于還原性氣氛，灰熔點(diǎn)將會(huì)下降，鍋爐會(huì)很容易結(jié)焦。但增加氧量與控制鍋爐出口NOx 的和保證鍋爐經(jīng)濟(jì)性相矛盾，鍋爐運(yùn)行時(shí)的氧量控制要著眼于煤種燃燒時(shí)表現(xiàn)出的主要矛盾，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、NOx、結(jié)焦等多方面因素，經(jīng)過試驗(yàn)選擇合理的氧量。

合理組織爐內(nèi)燃燒。通過控制一、二次風(fēng)的風(fēng)門開度合理調(diào)配一、二次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)量以及鍋爐運(yùn)行氧量，確?？諝夂兔悍鄣牧己没旌希M量避免水冷壁附近形成還原性氣氛，控制鍋爐的著火點(diǎn)、燃燒全過程的氧氣供給和擴(kuò)散角度，防止火焰刷墻，在保證主參數(shù)合格情況下控制爐膛出口煙溫和受熱面壁面溫度。合理控制鍋爐負(fù)荷和每層燃燒器出力，防止鍋爐容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷超限。控制煤粉細(xì)度和均勻性在合理范圍，防止出現(xiàn)慣性動(dòng)量過大或局部熱負(fù)荷過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。加強(qiáng)鍋爐吹灰，保證水冷壁壁面清潔程度。

加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)。在鍋爐停備期間，組織清理鍋爐受熱壁面上的積灰、積渣，保證受熱壁面清潔程度。檢查鍋爐燃燒器燒損情況，修復(fù)或更換變形、損壞的擴(kuò)錐、穩(wěn)燃齒等部件，保證燃燒器的健康水平。加強(qiáng)對(duì)吹灰器的運(yùn)行維護(hù)，保證吹灰器在運(yùn)行中發(fā)揮作用。

提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)水平。在鍋爐變負(fù)荷過程中如協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)跟蹤調(diào)整不及時(shí)，一、二次風(fēng)量、風(fēng)速和總風(fēng)量未及時(shí)跟上燃料量的變化出現(xiàn)欠調(diào)或過調(diào)，就會(huì)在爐內(nèi)形成還原性氣氛，降低爐內(nèi)飛灰顆粒的灰熔點(diǎn)，增加結(jié)焦的幾率。