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淺析鍋爐結(jié)焦及其對(duì)策
摘要: 鍋爐結(jié)渣、積灰不但增加了鍋爐受熱面的傳熱阻力，使受熱面?zhèn)鳠釔夯�、煤耗增加、降低鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性，還可能造成煙氣通道的堵塞，影響了鍋爐的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害事故。如何有效控制鍋爐結(jié)焦、積灰成為提高鍋爐效率的重要課題。關(guān)鍵詞：鍋爐；結(jié)渣；積灰；灰渣清除
引言
電站鍋爐主要以煤作為燃料，其燃燒產(chǎn)物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)在鍋爐運(yùn)行的過程中有時(shí)會(huì)以各種形式沉積在受熱面的表面，造成受熱面的結(jié)渣和積灰。鍋爐結(jié)渣、積灰不但增加了鍋爐受熱面的傳熱阻力，使受熱面?zhèn)鳠釔夯�、煤耗增加、降低鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性，還可能造成煙氣通道的堵塞，影響了鍋爐的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生設(shè)備損壞、人身傷害事故。
一、鍋爐結(jié)焦原因淺析
電站鍋爐結(jié)渣是客觀存在、不可避免的，從現(xiàn)有大機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行情況看,有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)組為不同程度的結(jié)渣問題所困擾。這一方面是由于鍋爐結(jié)渣的客觀規(guī)律性所決定的，在另一方面還受我國在現(xiàn)階段燃煤情況影響。這兩個(gè)客觀存在的情況就加劇了電站鍋爐的結(jié)渣現(xiàn)狀。
結(jié)渣機(jī)理探討鍋爐結(jié)渣是個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)過程,它涉及煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱、傳質(zhì)、煤的潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及煤灰與管壁間的粘附等復(fù)雜過程,至今還沒有能定量描述結(jié)渣過程的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)研究結(jié)果,可以從下面一些過程來探討結(jié)渣機(jī)理。
結(jié)渣積灰的基本形式及原因：
（一）鍋爐的結(jié)渣：在煤粉爐和燃油爐中，燃燒火焰中心溫度在1500~1700℃之間。燃料中的灰在這樣高的溫度下大多熔化為液態(tài)或呈軟化狀態(tài)。由于水冷壁的吸熱，從燃燒火焰中心向外，越接近水冷壁溫度越低。在正常情況下，隨著溫度的降低，灰份將從液態(tài)變?yōu)檐浕癄顟B(tài)進(jìn)而變成固態(tài)。如果灰還保持著軟化狀態(tài)就碰到受熱面時(shí)，由于受到冷卻而粘結(jié)在受熱面上，形成結(jié)渣（俗稱結(jié)焦）。
（二）鍋爐的積灰：鍋爐受熱面上的積灰有粘結(jié)性和疏松性積灰兩種。粘結(jié)性積灰是由于煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)在受熱面管壁上而粘住灰粒，并與灰粒作用而形成水泥狀的堵灰。當(dāng)鍋爐的燃燒不正常時(shí)，煙氣中帶有大量的碳粒子，這些碳粒子可以吸附煙氣中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亞硫酸（H2SO3）。亞硫酸是很強(qiáng)的還原劑，會(huì)再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也會(huì)直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很強(qiáng)的粘性，它沉積在受熱面上不僅很牢固，而且硫酸有很強(qiáng)的腐蝕性，它與受熱面作用生成硫酸亞鐵（FeSO4），更增加的這種灰的牢固性。隨著燃料中含硫量的增加，粘結(jié)性積灰的可能性也增加。疏松灰是各種鍋爐中最常見的積灰方式，它發(fā)生在鍋爐的所有受熱面上，煤粉爐主要是這一類積灰。當(dāng)煙氣沖刷管束時(shí)，管子的背面形成渦流區(qū)，大的灰粒因其運(yùn)動(dòng)慣性動(dòng)能大，不容易卷進(jìn)渦流區(qū)；但小的灰粒則容易被卷近旋渦撞在管壁上，并通過靜電引力及摩擦阻力等方式粘結(jié)在上面形成積灰。
（三）鍋爐結(jié)渣的其他原因：①燃燒過程中空氣供應(yīng)量不足。煤灰是多成分的復(fù)雜化合物,同一煤種的灰渣在不同的煙氣或氣體介質(zhì)中,化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化,灰熔點(diǎn)也隨著成分的改變而改變。②一次風(fēng)門與二次風(fēng)門調(diào)節(jié)不當(dāng)鍋爐運(yùn)行的配風(fēng)方式也是影響結(jié)渣或積灰的主要因素。
③磨煤機(jī)及給粉機(jī)故障煤粉細(xì)度和粒度分布對(duì)鍋爐結(jié)渣有一定影響，煤粉過細(xì)、過粗均可能引起結(jié)渣。④鍋爐高負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行鍋爐結(jié)渣、積灰隨鍋爐負(fù)荷及煙氣溫度的增加而增加。⑤鍋爐設(shè)計(jì)不當(dāng)及安裝或檢修質(zhì)量不好，結(jié)渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)密切相關(guān)，主要是爐膛熱負(fù)荷（包括爐膛容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷）、煤粉在爐膛內(nèi)逗留的時(shí)間、燃燒器結(jié)構(gòu)形式以及受熱面的布置等。⑥煤質(zhì)發(fā)熱量過高或過低大家知道,煤的發(fā)熱量過低,對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行危害極大,但是對(duì)于按設(shè)計(jì)煤種設(shè)計(jì)的鍋爐來說,是不是煤的發(fā)熱量越高越好呢？答案是否定的。因此,要改變發(fā)熱量高的煤就是優(yōu)質(zhì)煤,就是好煤的觀念。這是因?yàn)楫?dāng)燃煤的發(fā)熱量高于設(shè)計(jì)值太多時(shí),爐膛溫度及出口煙溫驟升,即使燃用煤的ST值大于設(shè)計(jì)煤種的ST值,仍可能造成灰的熔融軟化,而導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣,甚至被迫停爐。在這種情況下,鍋爐結(jié)渣不是因?yàn)榛胰埸c(diǎn)低,而是因?yàn)樗加玫拿旱陌l(fā)熱量太高造成的。 二、鍋爐結(jié)焦的控制措施
通過上面的分析和研究，合理控制爐內(nèi)結(jié)焦的措施大致可以分為以下幾點(diǎn)：
（一）爐膛設(shè)計(jì)中防止結(jié)渣的措施。鍋爐設(shè)計(jì)的前提眾所周知,鍋爐必須按一定的煤質(zhì)特性來設(shè)計(jì)制造。因此,正確地選定設(shè)計(jì)煤種,以期在電站建成后,從煤的產(chǎn)、供、銷、運(yùn)等方面都得到保證,是使機(jī)組能在設(shè)計(jì)條件下正常運(yùn)行,充分發(fā)揮其應(yīng)有效益的基本前提,必須充分重視。根據(jù)對(duì)我國煤質(zhì)性質(zhì)及燃燒效果的分析,有些鍋爐結(jié)渣并非都是運(yùn)行不當(dāng)或設(shè)計(jì)不正確的結(jié)果,而是煤根本不適于所用的燃燒方式�？梢姼鶕�(jù)煤種性質(zhì)選擇正確的燃燒方式,是避免燃燒某些煤種造成鍋爐結(jié)渣的根本性措施。
（二）運(yùn)行中防止結(jié)渣的措施。加強(qiáng)燃料管理保證按設(shè)計(jì)煤種運(yùn)行是電廠保持良好運(yùn)行性能的關(guān)鍵因素。每天及時(shí)準(zhǔn)確地提供入爐煤的工業(yè)分析和灰熔點(diǎn),供運(yùn)行人員參考,以利鍋爐燃燒調(diào)整。通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)建立合理的燃燒工況，燃燒調(diào)整試驗(yàn)的目的是使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行,其內(nèi)容應(yīng)包括（1）制定鍋爐在不同負(fù)荷下最佳工況運(yùn)行的操作卡。（2）確定煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度；保證各支燃燒器熱功率盡量相等,且煤粉濃度盡量均勻。（3）確定擺動(dòng)式燃燒器允許擺動(dòng)的范圍,避免火焰中心過分上移造成屏區(qū)結(jié)渣,或火焰中心下移導(dǎo)致爐膛底部熱負(fù)荷升高和火焰直接沖刷冷灰斗。（4）確定不同負(fù)荷下的最佳過剩空氣系數(shù),調(diào)整一、二次風(fēng)率、風(fēng)速和風(fēng)煤配比,以及燃料風(fēng)、輔助風(fēng)的配比等,使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近產(chǎn)生還原性氣氛。避免火焰偏斜直接沖刷爐壁等等。
鍋爐的運(yùn)行和操作,必須嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程的規(guī)定和燃燒調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行。同時(shí)也要注意加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行工況的檢查與分析，運(yùn)行值班人員每班必須對(duì)鍋爐結(jié)渣情況進(jìn)行就地檢查一次,發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重結(jié)渣情況,應(yīng)及時(shí)匯報(bào)、處理。專業(yè)工程師要定期分析鍋爐運(yùn)行工況,對(duì)易結(jié)渣的燃煤要重點(diǎn)分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規(guī)律,以及過熱器、再熱器管壁溫度變化的情況。鍋爐受熱面吹灰器必須完善投用,運(yùn)行各值必須嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程對(duì)各受熱面進(jìn)行吹灰。經(jīng)常安排少量吹灰器輪流大修,保持吹灰器高的可用率�；铱刂蛋嗳藛T應(yīng)加強(qiáng)對(duì)出灰情況的監(jiān)視和分析,每班要檢查冷灰斗觀察窗,觀察灰坑是否有堵渣現(xiàn)象。出渣設(shè)備發(fā)生故障應(yīng)立即修復(fù),防止水冷壁冷灰斗中產(chǎn)生堆渣現(xiàn)象。
三、鍋爐結(jié)焦的清除方法
鍋爐結(jié)渣、積灰給鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所帶來的危害是顯而易見的。因此，鍋爐結(jié)渣、積灰應(yīng)以預(yù)防為主，很多專家學(xué)者在這方面作了大量的工作并取得了顯著的效果。但是，無論采取怎樣的預(yù)防措施，鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中由于各種不定因素的影響，導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣、積灰。對(duì)于鍋爐爐膛結(jié)渣、積灰的清除方法有很多種�？偟膩砜矗煞譃檫\(yùn)行時(shí)清除和停爐時(shí)清除兩大類:
（一）鍋爐運(yùn)行時(shí)清除渣（灰）的方法（1）水力除渣；（2）蒸汽吹灰；（3）水、汽聯(lián)合吹灰：據(jù)有些電廠經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著再用蒸汽吹灰（4）鋼珠除灰；（5）加添加劑。
（二）停爐時(shí)清渣（灰）的主要方法（1）人工刮鏟；（2）堿性水沖洗；（3）高壓水射流清洗。采用高壓水射流清洗鍋爐結(jié)渣、積灰，效率較高，清洗徹底，是目前停爐時(shí)清洗鍋爐結(jié)渣、積灰的最有效的方法。
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