鍋爐結(jié)焦的原因分類分析（一）

摘要：電廠鍋爐主要是以煤炭為燃料的，其在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含有灰粒、硫和氮的氧化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)主要是在鍋爐運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)以各種形式的沉積在受熱面的表面所造成的受熱面的結(jié)焦。而鍋爐結(jié)焦，不僅會(huì)降低鍋爐運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性，甚至還會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞以及造成人身傷害事故的發(fā)生。因此，電廠鍋爐工作人員一直研究和想要解決的問(wèn)題就是如何防治鍋爐的結(jié)焦問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電廠 鍋爐結(jié)焦 熱經(jīng)濟(jì)性 研究分析

1 概述

煤粉鍋爐在進(jìn)行燃燒的過(guò)程中，我們可以將爐內(nèi)灰的沉積物分為兩類，即結(jié)渣和沾污。其中，結(jié)渣主要是指爐內(nèi)軟化或融化的灰粒碰撞并粘附在水冷壁和主要受熱面上所生成的渣層；沾污主要是指煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面表面所凝結(jié)并黏結(jié)灰粒所形成的沉積灰層。結(jié)渣和沾污雖然形成的機(jī)理不同，但是它們之間卻是相互影響的。當(dāng)沾污層的厚度達(dá)到一定程度時(shí)，灰污層的外表面溫度上升，就會(huì)逐步轉(zhuǎn)化為液態(tài)渣層。由于爐內(nèi)受熱面的吸熱量下降，爐膛出口的煙氣會(huì)隨著溫度上升，使過(guò)熱器和再熱器的沾污加重。

在鍋爐爐膛中心，一般燃燒的火焰中心溫度在1500～1700℃之間。而燃料中的灰在這樣高的溫度下大多溶化為液態(tài)或呈現(xiàn)軟化的狀態(tài)。由于水冷壁的吸熱，從燃燒的火焰中心向外，越接近水冷壁溫度就會(huì)越低。在正常的情況下，隨著溫度的降低，灰分將會(huì)從液體變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進(jìn)而變成固態(tài)。如果灰分還保持著軟化的狀態(tài)，就會(huì)碰到受熱面，造成灰分遇冷而粘結(jié)在受熱面上，以此形成結(jié)焦。

2 爐膛結(jié)焦的原因

2.1 灰的成分

燃料中最不可燃的雜質(zhì)就是灰分，無(wú)論是固體燃料還是液體燃料，或多或少地含有不能燃燒的礦物雜質(zhì)。固體燃料中的礦物雜質(zhì)分別為瓷土（Al2O3·SiO2·2H2O）、氧化硅（SiO2）、其他金屬氧化物（FeO、Fe2O3和Fe3O4）、鈣鎂氧化物（CaO、MgO）及堿金屬氧化物（K2O、Na2O）等。其中主要成分為四種：SiO2、Al2O3、FeO和CaO，其他成分的含量甚微。其中，煤中灰分是有害的，當(dāng)煤燃燒的時(shí)候，煤中的不可燃礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化成灰分，并會(huì)融化，吸收熱量，這不僅使燃料的發(fā)熱量減少，也會(huì)使得理論燃燒溫度降低，嚴(yán)重的還會(huì)影響燃料的著火與燃燒?；曳侄啵沟妹毫１砻嫘纬苫曳滞鈿?，妨礙煤中可燃物與氧氣接觸，使煤不易燃盡。當(dāng)灰分過(guò)多，灰粒會(huì)隨著煙氣流過(guò)受熱面，如果煙速高會(huì)磨損受熱面，反之煙速降低，會(huì)形成受熱面積灰而降低傳熱效果，使煙氣溫度升高，爐內(nèi)產(chǎn)生結(jié)渣。

2.2 灰渣的熔融性

煤灰的熔融性是發(fā)電廠用煤的一個(gè)重要指標(biāo)。各種煤的灰熔點(diǎn)一般保持在1000～1600℃之間。通常認(rèn)為灰的軟化溫度T2>1350℃的煤稱難熔煤，結(jié)渣的可能性較??；T2=1200～1350℃的煤稱中熔灰分煤；T2<1200℃的煤稱易熔灰分煤，該煤種易結(jié)渣，對(duì)鍋爐燃燒不利。例如渭化集團(tuán)煤粉鍋爐設(shè)計(jì)煤種黃陵煤T2-1250～1300℃，2011年5月因燃運(yùn)上煤時(shí)將部分供該公司氣化爐用的化工用煤華亭煤T2-1180～1250℃供進(jìn)了鍋爐煤倉(cāng)，運(yùn)行一段時(shí)間后，2#鍋爐（160t/h）發(fā)生了爐底渣井嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，最終被迫停爐處理。

2.3 爐膛熱負(fù)荷

鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特征對(duì)結(jié)渣影響很大，爐膛容積的熱負(fù)荷qV、截面熱負(fù)荷qF是根據(jù)設(shè)計(jì)煤種及額定參數(shù)設(shè)計(jì)的。qV如果過(guò)高，就表示爐膛容積過(guò)小，水冷壁受熱面布置得小，爐內(nèi)火焰溫度較高，反而容易結(jié)渣。反之，當(dāng)qV過(guò)低，就表示爐膛內(nèi)容積較大，雖然不容易造成結(jié)渣現(xiàn)象，但是因?yàn)闋t膛火焰溫度的偏低容易造成滅火，嚴(yán)重威脅生命安全。因此，正確選取qV值，需要我們按照燃燒和傳熱的要求，同時(shí)還要考慮煤種燃燒特性和灰渣的熔融特性，這就需要我們根據(jù)鍋爐容量等因素進(jìn)行確定。為了避免爐膛受熱面結(jié)焦，當(dāng)煤灰的軟化溫度T2<1350℃時(shí)，需限制qV<140kW/m3。

2.4 缺氧運(yùn)行產(chǎn)生還原性氣體

我們?cè)诓僮髦?，如果方法不?zhǔn)確，就會(huì)造成燃燒調(diào)整的不合理，燃燒器一次、二次風(fēng)混合不良，都會(huì)造成氧氣供應(yīng)不足以及爐內(nèi)氣流充滿度不佳的現(xiàn)象出現(xiàn)，也會(huì)使得爐膛內(nèi)或局部區(qū)域產(chǎn)生還原性氣氛，使灰中的熔點(diǎn)較高的Fe2O3被還原成熔點(diǎn)較低的FeO，而FeO又易與CaO、MgO等高熔點(diǎn)灰分生成熔點(diǎn)僅為1000～1200°C的低熔點(diǎn)共晶體，則灰熔點(diǎn)大大降低。另一方面，一氧化碳在鍋爐燃燒的過(guò)程中，要比煤粉顆?；钴S。因此一氧化碳在高溫的化合反應(yīng)中消耗掉大量的氧氣，不但浪費(fèi)了大量的燃料，而且還使得煤粉顆粒燃燒不完全，這也是鍋爐燃燒室因缺氧造成結(jié)渣的內(nèi)在原因。

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作者簡(jiǎn)介：

曹文濤（1975-），男，工程師，研究方向：鍋爐燃燒、鍋爐節(jié)能、鍋爐運(yùn)行、鍋爐脫硝運(yùn)行、鍋爐防爆、空預(yù)器密封等。