鍋爐受熱面結(jié)渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結(jié)渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結(jié)渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結(jié)渣的影響因素分析

鍋爐的結(jié)渣問題是燃煤電廠普遍存在的問題。所謂“結(jié)渣"，是指熔灰在鍋爐受熱壁面上的積聚，其本質(zhì)為鍋爐中高溫?zé)煔鈹y帶處于熔融或部分熔融狀態(tài)下的未燃盡煤粉顆粒，遇到低溫的壁面冷卻、凝固而形成沉積物的過程。鍋爐結(jié)渣是一個非常復(fù)雜的過程，涉及因素很多，它不僅與燃用煤種的成分和物理、化學(xué)特性有關(guān)，而且還與鍋爐的設(shè)計參數(shù)有關(guān)(如燃燒器的布置方式、爐膛熱負(fù)荷、爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)、爐膛出口煙溫、過熱器的布置位置、各部分的煙氣流速和煙溫、爐膛負(fù)壓等)，同時還受鍋爐運行工況的影響(如負(fù)荷的變化、過量空氣系數(shù)、煤粉細(xì)度、爐膛燃燒溫度的控制、配風(fēng)方式以及爐內(nèi)燃燒空氣動力場的控制等)。這些因素總的來說可以分為兩大類，一為先天因素，如燃用煤種的特性和鍋爐的設(shè)計參數(shù)；二為后天因素，如鍋爐的運行工況。因此，在分析解決鍋爐的結(jié)渣問題時就需要從這兩個方面來考慮，以此判斷導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣的主要因素。

1、煤質(zhì)特性對鍋爐結(jié)渣的影響

實際煤質(zhì)與設(shè)計煤質(zhì)偏差很大是造成爐膛結(jié)渣的主要原因之一, 灰的熔融特性是判斷燃燒過程中是否發(fā)生結(jié)渣的一個重要依據(jù), 不同煤質(zhì)的灰具有不同的成分和熔融特性。另外, 灰分中堿性和酸性兩類氧化物含量之比即堿酸比偏高, 那么這種煤質(zhì)容易發(fā)生結(jié)渣。

在煤灰熔融性的四個特征溫度中，一般以軟化溫度ST作為集中代表。通常認(rèn)為ST為1350℃，是一個分界點，高于1 350℃，鍋爐不易結(jié)渣，軟化溫度ST越高，結(jié)渣可能性越小。反之，ST低于1350℃，鍋爐易于結(jié)渣，軟化溫度ST越低，結(jié)渣可能性就越大，也就越嚴(yán)重。

煤灰熔融溫度的高低，一般將煤灰分為易熔、中等熔融、難熔、不熔四種，其熔融溫度范圍大致為：易熔灰，ST值低于1 160℃：中等熔融灰，ST值在1 160℃～1 350℃范圍內(nèi)；難熔灰，ST值在1 350℃~1 500℃范圍內(nèi)；不熔灰，ST值高于15℃。

在考察煤灰熔融性時，還要尤其注意煤灰熔融性是在什么樣氣氛條件下的測值。由于煤灰中的鐵在不同氣氛下處于不同的價態(tài)，在氧化氣氛中，鐵呈三價，熔點為1 565℃。在還原性氣氛中，鐵呈金屬狀態(tài)，的熔點為1 535℃。而在弱還原性氣氛中，鐵呈二價，的熔點為1 420℃。

1.2 煤中含硫量和灰分含量

灰的結(jié)渣指數(shù)取決于從中堿性氧化物與酸性氧化物的比值及煤中含硫量。煤灰中堿性氧化物與酸性氧化物比值越小，煤中含硫量越低，則鍋爐結(jié)渣指數(shù)值越小。煤灰堿性氧化物與酸性氧化物的比值穩(wěn)定，結(jié)渣指數(shù)則由煤中含硫量決定。因此，煤中含硫量低，對避免鍋爐結(jié)渣非常有利。煤中灰分含量太高，爐膛中從量很大，一旦結(jié)渣，自然渣量也就很大，結(jié)渣的危害也就越大。同時，煤中灰分含量較高，意味著煤的熱值較低，煤粉可能燃燒不，導(dǎo)致不燃燒，增加熱損失，而在爐膛內(nèi)容易產(chǎn)生還原性氣體，促使灰熔融溫度降低，有助于產(chǎn)生結(jié)渣或加劇結(jié)渣的嚴(yán)重程度，電廠煤粉鍋爐也不宜燃用灰分含量過低，熱值過高的精煤，這樣爐膛溫度會產(chǎn)生過高情況，造成鍋爐結(jié)渣。減輕鍋爐結(jié)渣的一項重要措施，就是適當(dāng)降低負(fù)荷，以降低爐內(nèi)溫度。

2、鍋爐運行工況的影響

鍋爐的運行工況也是影響爐內(nèi)結(jié)渣情況的重要因素之一，其中主要包括煤粉、鍋爐負(fù)荷、過量空氣系數(shù)、爐膛溫度水平以及火焰貼墻燃燒等等。

煤粉過粗，一是煤粉燃燒不易，使不燃燒熱損失增加，降低鍋爐效率。二是可能出現(xiàn)過多的還原性氣體，造成灰熔融溫度下降，促進(jìn)結(jié)渣的出現(xiàn)。所以，磨煤機運行穩(wěn)定，給粉機供粉均勻，煤粉細(xì)度適當(dāng)，是防止鍋爐結(jié)渣的重要措施。煤粉也不是越細(xì)越好，煤粉太細(xì)，則會增加磨煤機的能耗，并不能改善燃燒狀況，這樣并不經(jīng)濟(jì)，電廠要通過鍋爐運行各項指標(biāo)的觀測，以確定其煤粉的經(jīng)濟(jì)細(xì)度，在保證鍋爐安全運行的條件下降低能耗。

利用煤灰的各種物理、化學(xué)特性來預(yù)測鍋爐的結(jié)渣傾向的指標(biāo)中常用的有3大類:灰熔點型、灰粘度型以及灰成分型。每種類型中又分別包括許多指標(biāo)。實踐證明,每單個指標(biāo)的預(yù)測準(zhǔn)確度是有限的,而將各種不同類型的指標(biāo)綜合起來對鍋爐結(jié)渣進(jìn)行判斷,則準(zhǔn)確度能大大提高。采用結(jié)渣指標(biāo)綜合評價法可以判斷任意一種煤種結(jié)渣的傾向程度大小。

2.2負(fù)荷

鍋爐負(fù)荷越高，隨著熱負(fù)荷的增大，爐膛溫度和煙氣溫度也增高，則煤灰的結(jié)渣性也就越明顯。鍋爐負(fù)荷也受供氧量及二次風(fēng)旋流強度的影響，若負(fù)荷高時氧量沒有相應(yīng)保證，過量空氣系數(shù)偏低，在還原性氣氛中煤粉的灰熔點降低而容易結(jié)渣；二次風(fēng)旋流強度過大，一次風(fēng)擴展角度過大會造成飛邊，在一次風(fēng)氣流沖刷側(cè)墻水冷壁、冷灰斗斜坡時，灰粉在撞擊受熱面時形成結(jié)渣，同理旋流強度過小則一次風(fēng)氣流直接沖刷后墻水冷壁造成結(jié)渣。

2.3過量空氣系數(shù)

爐內(nèi)的空氣量會影響爐內(nèi)的煙氣氣氛,灰粒在還原性氣氛中,灰熔點會比在氧化性氣氛中的熔點低30～50℃ ,對于含鐵量高的煤, 當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能產(chǎn)生還原性氣氛，煤粉在還原性氣氛不能被充分氧化，灰分中的三氧化二鐵被還原成氧化亞鐵，氧化亞鐵與二氧化硅等形成共晶體，使熔點下降甚至能達(dá)到200℃;而且在還原性氣氛中,已經(jīng)處于熔融狀態(tài)的灰粒要當(dāng)溫度降低的比在氧化性氣氛中的溫度低很多時才會凝固。如果爐內(nèi)缺氧,煤灰粒處于還原性氣氛中,那么煤灰粒更容易熔化,而且熔化的煤灰粒在向水冷壁的運動過程中更難被凝固,從而造成水冷壁的結(jié)渣加重。此外,空氣量變化還會對爐膛內(nèi)的溫度產(chǎn)生重要影響。

2.4爐膛溫度水平

爐內(nèi)燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易達(dá)到軟化和熔融狀態(tài)，結(jié)渣的可能性就越大。而影響燃燒器區(qū)域的溫度水平的因素也很多。例如，爐膛斷面熱負(fù)荷與燃燒器區(qū)域的壁面熱負(fù)荷、燃料的發(fā)熱量、水分含量以及鍋爐負(fù)荷的變化等。如果鍋爐改燒發(fā)熱量大的同類煤時，由于燃放熱增多，燃燒器區(qū)域溫度水平就越高，結(jié)渣的可能性就越大。而鍋爐的負(fù)荷越高，送入的煤粉越多，產(chǎn)生的熱量越多，結(jié)渣的可能性就越大。

爐膛燃燒器區(qū)域截面熱負(fù)荷和壁面熱負(fù)荷是表征爐膛溫度水平的2個重要參數(shù)。因此,在預(yù)測鍋爐的結(jié)渣傾向時除了要考慮煤成分的影響外,還要結(jié)合考慮和的影響。

爐膛燃燒器截面熱負(fù)荷或壁面熱負(fù)荷偏高, 在燃燒器區(qū)域燃料燃燒放出的大量熱量沒有足夠的水冷壁受熱面吸收, 因此導(dǎo)致燃燒器區(qū)域的局部溫度過高, 造成燃燒器區(qū)域的結(jié)渣; 另外, 燃料和煙氣在爐內(nèi)的停留時間過短, 燃料未能燃燒, 引起爐膛出口煙溫偏高, 造成爐膛出口受熱面結(jié)渣。

2.5 火焰貼墻

鍋爐的設(shè)計參數(shù)包括爐膛結(jié)構(gòu)、鍋爐負(fù)荷、爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)以及爐膛負(fù)壓等。

鍋爐設(shè)計時，偏小的爐膛容積或截面面積，易使得容積熱負(fù)荷、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷偏高，爐膛溫度過高，造成在受熱面結(jié)渣。燃燒器在安裝過程中，安裝角度可能不符合設(shè)計的要求?；蛘呖赡苁侨紵髟O(shè)計方面存在缺陷也能導(dǎo)致冷灰斗斜坡和后墻水冷壁結(jié)渣。

3.2 鍋爐負(fù)荷

鍋爐負(fù)荷越高，隨著熱負(fù)荷的增大，爐膛溫度和煙氣溫度也增高，則煤灰的結(jié)渣性也就越明顯。鍋爐負(fù)荷也受供氧量及二次風(fēng)旋流強度的影響，若負(fù)荷高時氧量沒有相應(yīng)保證，過量空氣系數(shù)偏低，在還原性氣氛中煤粉的灰熔點降低而容易結(jié)渣；二次風(fēng)旋流強度過大，一次風(fēng)擴展角度過大會造成飛邊，在一次風(fēng)氣流沖刷側(cè)墻水冷壁、冷灰斗斜坡時，灰粉在撞擊受熱面時形成結(jié)渣，同理旋流強度過小則一次風(fēng)氣流直接沖刷后墻水冷壁造成結(jié)渣。

3.3爐內(nèi)空氣動力結(jié)構(gòu)

首先，對結(jié)渣有直接影響的是爐內(nèi)空氣動力場的分布特性。如，由直流燃燒器的整體高寬比過大、切圓直徑偏大引起的爐膛火焰偏斜、一次風(fēng)粉氣流貼墻等都容易造成結(jié)渣；出口氣流的方向在燃燒器出口結(jié)渣或燒損變形后會改變，正常的空氣動力場結(jié)構(gòu)遭遇破壞，使燃燒高溫區(qū)結(jié)渣加劇。此外，四角風(fēng)粉管路的配風(fēng)不均勻，也會影響爐內(nèi)的燃燒情況和貼壁氣氛，引起結(jié)渣。

3.4 爐膛負(fù)壓

爐膛負(fù)壓如果過大，說明引風(fēng)機抽吸力過大。此時，爐內(nèi)氣流明顯向上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，容易引起過熱器處結(jié)渣。

3.5 燃燒器區(qū)域溫度

燃燒器區(qū)域溫度水平高，爐膛出口煙溫過高，這樣有利于穩(wěn)定著火，但容易引起結(jié)渣；燃燒器區(qū)域溫度水平低，這時有利于減輕結(jié)渣，減少污染物的生成量，但由于燃燒器區(qū)域的溫度水平低，不利于穩(wěn)定著火。

另外 ，若吹灰器長期不投，受熱面積灰增多時，可能導(dǎo)致結(jié)渣；燃用混煤時，灰渣的特性也有可能改變。一般結(jié)渣性強的煤與結(jié)渣性弱的煤混合燃燒時，結(jié)渣性低于結(jié)渣性強的煤。

4、防止結(jié)渣的措施與對策

由上述鍋爐結(jié)渣的原因，從燃煤的特性、鍋爐內(nèi)燃燒及運行管理狀況等角度提出了對應(yīng)的防止結(jié)渣措施與對策。

設(shè)計煤種，確保入爐煤發(fā)熱量與之相當(dāng)，電廠所供應(yīng)的燃料煤質(zhì)應(yīng)符合鍋爐設(shè)計以減輕爐內(nèi)的結(jié)渣現(xiàn)象。對于可能造成爐內(nèi)結(jié)渣的煤種，可通過摻燒其他不易結(jié)渣的煤來改變煤灰的結(jié)渣現(xiàn)象的嚴(yán)重性，也可添加除渣劑來提高燃煤的灰熔點溫度使高溫下玻璃形態(tài)渣向結(jié)晶形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而減輕或者抑制結(jié)渣現(xiàn)象。

整好爐內(nèi)燃燒工況根據(jù)鍋爐燃燒的實際情況，確定合適的假想切圓直徑，以保證上各噴燃器的安裝角度與假想切圓一致。保證燃燒切圓直徑及火焰中心的高度和位置適中，發(fā)火距離合適，一次、二次風(fēng)混合良好，氧量供應(yīng)充足，使得爐膛水平及出口截面上溫度場分布均勻且平均溫度不太高。

保持合適的鍋爐熱負(fù)荷，不要超負(fù)荷運行。使?fàn)t膛內(nèi)燃燒區(qū)域和煙溫場得以合理分布，從而避免因局部區(qū)域熱負(fù)荷過高而結(jié)渣。

保持適中的煤粉細(xì)度。根據(jù)實際煤種情況，通過調(diào)整分離器及系統(tǒng)通風(fēng)量將煤粉細(xì)度調(diào)整至合適范圍內(nèi)。因分離器不可能頻繁調(diào)節(jié)，當(dāng)燃煤的揮發(fā)份有所變化時，可通過改變一次風(fēng)率的方法作為防止結(jié)渣和穩(wěn)燃的輔助調(diào)節(jié)手段。生產(chǎn)中，煤粉細(xì)度的選擇，應(yīng)兼顧穩(wěn)燃、爐膛及爐膛出口受熱面是否結(jié)渣、機械不燃燒損失、制粉電耗等諸因素綜合考慮。煤中發(fā)熱量、灰分含量、全硫含量不宜過大，入爐煤粉不宜過粗。

加強運行和檢修管理。一般爐膛熱負(fù)荷、燃燒區(qū)域溫度分布、爐內(nèi)氣流的動力工況、煤粉細(xì)度、煙氣中的氧量以及爐內(nèi)是否有結(jié)渣現(xiàn)象等，都可以通過對運行中儀表的監(jiān)視和觀察得到了解，發(fā)現(xiàn)不良工況及時進(jìn)行調(diào)整，對已出現(xiàn)的渣塊要及時清除，這是防止結(jié)渣的重要手段。