锅炉结渣与积灰的原因

锅炉受热面结渣的影响因素锅炉的结渣问题是燃煤电厂普遍存在的问题。所谓“结渣”，是指熔灰在锅 炉受热壁面上的积聚，其本质为锅炉中高温烟气携带处于熔融或部分熔融状态下 的未燃尽煤粉颗粒，遇到低温的壁面冷却、凝固而形成沉积物的过程。锅炉结渣 是一个非常复杂的过程，涉及因素很多，它不仅与燃用煤种的成分和物理、化学 特性有关，而且还与锅炉的设计参数有关（如燃烧器的布置方式、炉膛热负荷、 炉内空气动力结构、炉膛出口烟温、过热器的布置位置、各部分的烟气流速和烟 温、炉膛负压等），同时还受锅炉运行工况的影响（如负荷的变化、过量空气系数、 煤粉细度、炉膛燃烧温度的控制、配风方式以及炉内燃烧空气动力场的控制等）。 这些因素总的来说可以分为两大类，一为先天因素，如燃用煤种的特性和锅炉的 设计参数；二为后天因素，如锅炉的运行工况。因此，在分析解决锅炉的结渣问 题时就需要从这两个方面来考虑，以此判断导致锅炉结渣的主要因素。1 煤质特性对锅炉结渣的影响实际煤质与设计煤质偏差很大是造成炉膛结渣的主要原因之一 , 灰的熔融 特性是判断燃烧过程中是否发生结渣的一个重要依据 , 不同煤质的灰具有不同 的成分和熔融特性。另外, 灰分中碱性和酸性两类氧化物含量之比即碱酸比偏高, 那么这种煤质容易发生结渣。1.1 煤灰熔融温度在煤灰熔融性的四个特征温度中，一般以软化温度ST作为集中代表。通常 认为ST为1 350C，是一个分界点，高于1 350C，锅炉不易结渣，软化温度 ST越高，结渣可能性越小。反之，ST低于1 350C，锅炉易于结渣，软化温度 ST越低，结渣可能性就越大，也就越严重。煤灰熔融温度的高低，一般将煤灰分为易熔、中等熔融、难熔、不熔四种， 其熔融温度范围大致为：易熔灰，ST值低于1 160C:中等熔融灰，ST值在1 160C1 350C范围内；难熔灰，ST值在1 350C1 500C范围内；不熔灰，ST 值高于15 Co在考察煤灰熔融性时，还要尤其注意煤灰熔融性是在什么样气氛条件下的测 值。由于煤灰中的铁在不同气氛下处于不同的价态，在氧化气氛中，铁呈三价，Fe O熔点为1 565Co在还原性气氛中，铁呈金属状态，FeO的熔点为1 535C。23而在弱还原性气氛中，铁呈二价， FeO 的熔点为1 420Co1.2 煤中含硫量和灰分含量灰的结渣指数取决于从中碱性氧化物与酸性氧化物的比值及煤中含硫量。煤 灰中碱性氧化物与酸性氧化物比值越小，煤中含硫量越低，则锅炉结渣指数值越 小。煤灰碱性氧化物与酸性氧化物的比值稳定，结渣指数则由煤中含硫量决定。 因此，煤中含硫量低，对避免锅炉结渣非常有利。煤中灰分含量太高，炉膛中从 量很大，一旦结渣，自然渣量也就很大，结渣的危害也就越大。同时，煤中灰分 含量较高，意味着煤的热值较低，煤粉可能燃烧不完全，导致不完全燃烧，增加 热损失，而在炉膛内容易产生还原性气体，促使灰熔融温度降低，有助于产生结 渣或加剧结渣的严重程度，电厂煤粉锅炉也不宜燃用灰分含量过低，热值过高的 精煤，这样炉膛温度会产生过高情况，造成锅炉结渣。减轻锅炉结渣的一项重要 措施，就是适当降低负荷，以降低炉内温度。2 锅炉运行工况的影响锅炉的运行工况也是影响炉内结渣情况的重要因素之一，其中主要包括煤 粉、锅炉负荷、过量空气系数、炉膛温度水平以及火焰贴墙燃烧等等。2.1 煤粉细度煤粉过粗，一是煤粉燃烧不易完全，使不完全燃烧热损失增加，降低锅炉效 率。二是可能出现过多的还原性气体，造成灰熔融温度下降，促进结渣的出现。 所以，磨煤机运行稳定，给粉机供粉均匀，煤粉细度适当，是防止锅炉结渣的重 要措施。煤粉也不是越细越好，煤粉太细，则会增加磨煤机的能耗，并不能改善 燃烧状况，这样并不经济，电厂要通过锅炉运行各项指标的观测，以确定其煤粉 的经济细度，在保证锅炉安全运行的条件下降低能耗。利用煤灰的各种物理、化学特性来预测锅炉的结渣倾向的指标中常用的有3 大类:灰熔点型、灰粘度型以及灰成分型。每种类型中又分别包括许多指标。实 践证明,每单个指标的预测准确度是有限的 ,而将各种不同类型的指标综合起来 对锅炉结渣进行判断,则准确度能大大提高。采用结渣指标综合评价法可以判断 任意一种煤种结渣的倾向程度大小。2.2 负荷锅炉负荷越高，随着热负荷的增大，炉膛温度和烟气温度也增高，则煤灰的 结渣性也就越明显。锅炉负荷也受供氧量及二次风旋流强度的影响，若负荷高时 氧量没有相应保证，过量空气系数偏低，在还原性气氛中煤粉的灰熔点降低而容 易结渣；二次风旋流强度过大，一次风扩展角度过大会造成飞边，在一次风气流 冲刷侧墙水冷壁、冷灰斗斜坡时，灰粉在撞击受热面时形成结渣，同理旋流强度 过小则一次风气流直接冲刷后墙水冷壁造成结渣。2.3 过量空气系数炉内的空气量会影响炉内的烟气气氛,灰粒在还原性气氛中,灰熔点会比在氧 化性气氛中的熔点低3050C，对于含铁量高的煤，当炉内局部区域过量空气 过小且煤粉与空气混合不均匀时，可能产生还原性气氛，煤粉在还原性气氛不能 被充分氧化，灰分中的三氧化二铁被还原成氧化亚铁，氧化亚铁与二氧化硅等形 成共晶体，使熔点下降甚至能达到200C;而且在还原性气氛中，已经处于熔融状 态的灰粒要当温度降低的比在氧化性气氛中的温度低很多时才会凝固。如果炉内 缺氧，煤灰粒处于还原性气氛中 ，那么煤灰粒更容易熔化 ，而且熔化的煤灰粒在向 水冷壁的运动过程中更难被凝固，从而造成水冷壁的结渣加重。此外，空气量变化 还会对炉膛内的温度产生重要影响。2.4 炉膛温度水平炉内燃烧器区域的温度越高，煤灰越容易达到软化和熔融状态，结渣的可能 性就越大。而影响燃烧器区域的温度水平的因素也很多。例如，炉膛断面热负荷 与燃烧器区域的壁面热负荷、燃料的发热量、水分含量以及锅炉负荷的变化等。 如果锅炉改烧发热量大的同类煤时，由于燃放热增多，燃烧器区域温度水平就越 高，结渣的可能性就越大。而锅炉的负荷越高，送入的煤粉越多，产生的热量越 多，结渣的可能性就越大。炉膛燃烧器区域截面热负荷q和壁面热负荷q是表征炉膛温度水平的2个AR 重要参数。因此,在预测锅炉的结渣倾向时除了要考虑煤成分的影响外,还要结合 考虑q和q的影响。AR炉膛燃烧器截面热负荷或壁面热负荷偏高 , 在燃烧器区域燃料燃烧放出的 大量热量没有足够的水冷壁受热面吸收, 因此导致燃烧器区域的局部温度过高, 造成燃烧器区域的结渣; 另外, 燃料和烟气在炉内的停留时间过短, 燃料未能完 全燃烧, 引起炉膛出口烟温偏高, 造成炉膛出口受热面结渣。2.5 火焰贴墙对于四角布置直流式燃烧器的炉膛，煤粉气流由于受到气流刚度、补气条件 和邻角气流的撞击等影响而引起火焰贴墙时，必然结渣。对于布置旋流式燃烧器 的炉膛，当旋流强度过大时，会引起飞近贴壁火焰；或某只燃烧器的旋流强度过 小，气流射程太长时，可能使气流直冲对面炉墙或顶撞对面的火焰而导致结渣。 3 锅炉设计参数的影响锅炉的设计参数包括炉膛结构、锅炉负荷、炉内空气动力结构以及炉膛负 压等。3.1 炉膛结构锅炉设计时，偏小的炉膛容积或截面面积，易使得容积热负荷、燃烧器区域 热负荷偏高，炉膛温度过高，造成在受热面结渣。燃烧器在安装过程中，安装角 度可能不符合设计的要求。或者可能是燃烧器设计方面存在缺陷也能导致冷灰斗 斜坡和后墙水冷壁结渣。3.2 锅炉负荷锅炉负荷越高，随着热负荷的增大，炉膛温度和烟气温度也增高，则煤灰的 结渣性也就越明显。锅炉负荷也受供氧量及二次风旋流强度的影响，若负荷高时 氧量没有相应保证，过量空气系数偏低，在还原性气氛中煤粉的灰熔点降低而容 易结渣；二次风旋流强度过大，一次风扩展角度过大会造成飞边，在一次风气流 冲刷侧墙水冷壁、冷灰斗斜坡时，灰粉在撞击受热面时形成结渣，同理旋流强度 过小则一次风气流直接冲刷后墙水冷壁造成结渣。3.3 炉内空气动力结构首先，对结渣有直接影响的是炉内空气动力场的分布特性。如，由直流燃烧 器的整体高宽比过大、切圆直径偏大引起的炉膛火焰偏斜、一次风粉气流贴墙等 都容易造成结渣；出口气流的方向在燃烧器出口结渣或烧损变形后会改变，正常 的空气动力场结构遭遇破坏，使燃烧高温区结渣加剧。此外，四角风粉管路的配 风不均匀，也会影响炉内的燃烧情况和贴壁气氛，引起结渣。3.4 炉膛负压炉膛负压如果过大，说明引风机抽吸力过大。此时，炉内气流明显向上翘， 火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，容易引起过热器处结渣。3.5 燃烧器区域温度燃烧器区域温度水平高，炉膛出口烟温过高，这样有利于稳定着火，但容易 引起结渣；燃烧器区域温度水平低，这时有利于减轻结渣，减少污染物的生成量， 但由于燃烧器区域的温度水平低，不利于稳定着火。另外 ，若吹灰器长期不投，受热面积灰增多时，可能导致结渣；燃用混煤 时，灰渣的特性也有可能改变。一般结渣性强的煤与结渣性弱的煤混合燃烧时， 结渣性低于结渣性强的煤。4 防止结渣的措施与对策由上述锅炉结渣的原因，从燃煤的特性、锅炉内燃烧及运行管理状况等角度 提出了对应的防止结渣措施与对策。设计煤种，确保入炉煤发热量与之相当，电厂所供应的燃料煤质应符合锅炉 设计以减轻炉内的结渣现象。对于可能造成炉内结渣的煤种，可通过掺烧其他不 易结渣的煤来改变煤灰的结渣现象的严重性，也可添加除渣剂来提高燃煤的灰熔 点温度使高温下玻璃形态渣向结晶形态转化，从而减轻或者抑制结渣现象。整好炉内燃烧工况根据锅炉燃烧的实际情况，确定合适的假想切圆直径，以 保证上各喷燃器的安装角度与假想切圆一致。保证燃烧切圆直径及火焰中心的高 度和位置适中，发火距离合适，一次、二次风混合良好，氧量供应充足，使得炉 膛水平及出口截面上温度场分布均匀且平均温度不太高。保持合适的锅炉热负荷，不要超负荷运行。使炉膛内燃烧区域和烟温场得以 合理分布，从而避免因局部区域热负荷过高而结渣。保持适中的煤粉细度。根据实际煤种情况，通过调整分离器及系统通风量将 煤粉细度调整至合适范围内。因分离器不可能频繁调节，当燃煤的挥发份有所变 化时，可通过改变一次风率的方法作为防止结渣和稳燃的辅助调节手段。生产中， 煤粉细度的选择，应兼顾稳燃、炉膛及炉膛出口受热面是否结渣、机械不完全燃 烧损失、制粉电耗等诸因素综合考虑。煤中发热量、灰分含量、全硫含量不宜过 大，入炉煤粉不宜过粗。加强运行和检修管理。一般炉膛热负荷、燃烧区域温度分布、炉内气流的动 力工况、煤粉细度、烟气中的氧量以及炉内是否有结渣现象等，都可以通过对运 行中仪表的监视和实际观察得到了解，发现不良工况及时进行调整，对已出现的 渣块要及时清除，这是防止结渣的重要手段。