淺談爐膛結渣的原因和對鍋爐安全運行的影響

摘要：本文主要從鍋爐結渣的危害、引起鍋爐結渣的原因和鍋爐結渣的防范措施這三個方面討論了電廠燃煤鍋爐結渣的問題。

關鍵詞：鍋爐；結渣；危害；防治措施；煤質特性

隨著國內大容量機組國產化技術的發展，火電機組的裝機容量越來越大。但因我國各地動力煤煤質差異過大，爐膛結渣和受熱面沾污等現象較普遍，限制了鍋爐出力，威脅機組的安全運行。針對各地煤質特性特點，以及鍋爐本身的特性，預測煤質結焦傾向，尋找防止和減輕結焦的方法和措施，對提高鍋爐的經濟性和安全性有著重要的意義。

1 結渣的危害

所謂“結渣”是指在受熱壁面上熔灰積聚的過程。其本質為當溫度高于灰熔點的煙氣沖刷受熱面時，煙氣中熔融的灰渣粘附到受熱面上而形成的結渣。結渣輕則弱化傳熱、導致鍋爐熱效率降低和NOx排放量增加，重則會導致機組降負荷運行或停爐，甚至發生其它更為嚴重的惡性事故。其危害主要表現在以下幾個方面：

1. 1 降低爐內受熱面的傳熱能力。灰污在受熱面上沉積后其熱阻很大，在水冷壁上結渣會使水冷壁導熱能力降低、爐內吸熱量減少、爐內火焰中心向后推移、爐膛出口煙溫相應升高、排煙熱損失增大，影響運行經濟性。一般污染數小時后水冷壁傳熱能力會降低30%~60%。同時結渣嚴重時由于傳熱阻力增大，鍋爐無法維持滿負荷運行，只得增加投煤量，引起爐膛出口煙溫進一步升高，使得灰渣更易粘附在受熱面上，從而形成惡性循環，并誘發一系列惡性鍋爐事故，如過熱器和省煤器管束堵灰、爆管，出渣系統堵死等。

1. 2 由于爐膛出口煙氣溫度升高，會導致過熱器壁溫升高過熱爆管。爐膛出口煙氣溫度升高，飛灰易粘附在對流和屏式過熱器上，引起過熱器結渣、沾污和腐蝕。

1.3 在噴燃器出口處，可能會因結渣而影響煤粉氣流的正常噴射，引起氣流偏移，形成局部高溫，燒壞噴燃器。

1.4 燃燒室上部大塊灰渣掉落時，會砸壞水冷壁管和排渣系統，有可能使排渣系統出口發生堵塞，造成爐膛滅火，甚至人身傷亡。

2 引起鍋爐結渣的原因

根據有關文獻資料對電廠結渣鍋爐進行分析調查，影響燃煤鍋爐結渣因素主要有4個：煤質特性，鍋爐設計特性參數，爐內燃燒的空氣動力場特性及鍋爐的運行管理。鍋爐發生結渣多是各種因素復合作用的結果，以煤質特性影響最大，鍋爐特性參數次之，然后是空氣動力場特性，運行管理方面的原因也不可忽視。

2.1 煤質特性

在影響結渣的因素中，煤質特性是主要的。近幾年來，由于燃料供應緊張，往往煤質很難滿足鍋爐設計煤種的要求。煤在燃燒時，其灰分熔融特性溫度高低是判斷煤灰是否容易結渣的主要指標。灰的成分不同，其熔點也不同。當煤中的硫化鐵、氧化亞鐵、氧化鉀和氧化鈉含量大時，灰熔點低，就容易結渣;當煤中的氧化硅、氧化鋁含量大時，灰熔點就高，就不容易結渣。

2.2 鍋爐設計特性參數的影響

煤粉鍋爐爐膛是鍋爐最主要的組成部分之一，除了與燃燒器一起形成良好的燃燒條件以利于燃料著火外，主要是保證燃料的燃盡和將燃料產生的煙氣冷卻至必要的程度。爐膛結構設計特性對結渣影響很大，爐膛容積熱負荷qv、爐膛截面熱負荷qf是根據設計煤種和額定參數設計的。qv過大表示爐膛容積過小，爐膛水冷壁面積設計過小，爐膛內火焰溫度高，容易造成結渣;相反，如果qv過小，則表示爐膛容積過大，爐內水冷壁布置增加，爐膛內火焰溫度偏低，容易滅火。qf選取比qv更為重要，因為這一數值的大小決定了爐膛形狀，直接影響空氣動力場，它的選取與燃料種類、灰渣特性、排渣方式、燃燒方式有關。隨著鍋爐容量的增大，燃燒器采用多層布置，燃燒器區域壁面熱負荷qf表示爐內燃燒區域溫度水平與換熱強度，是設計大型鍋爐時作為qv和qf的一種補充指標，qr越大說明爐膛燃燒區域受熱面溫度水平高，容易引起受熱面結渣，為了防止qr過高，可將上下排燃燒器距離拉大，降低qr，對燃用有嚴重結渣傾向的煤有利。qv、qf、qr是衡量鍋爐爐膛燃燒的重要參數，也是判斷鍋爐是否容易結渣、燃燒是否穩定的重要依據。鍋爐一旦投入正常生產，qv、qf是很難改變的。一般改變qr來降低鍋爐的結渣傾向。

2.3 空氣動力場特性影響

爐內空氣動力工況不良而造成的燃燒切圓過大或燃燒中心偏離，也會造成高溫煙氣流沖刷水冷壁面，使熔渣在接觸壁面前無法凝固而結渣。

2. 4 運行管理方面的原因

爐內過量空氣系數、四角風粉的均勻性、爐內溫度水平、煤粉細度、一次風速、鍋爐是否超負荷運行等都會影響結渣。另外，是否及時吹灰對爐內結渣也有影響。

3 運行中防止結渣的措施

3.1加強煤質管理

應加強對燃煤的分析，準確判斷燃煤是否符合鍋爐設計煤質或接近設計煤質的主要特性。如果燃煤易結焦，在有條件的情況下可以摻燒不易結渣的其他煤種。

3.2加強燃燒調整

通過試驗進行燃燒調整，確定鍋爐在不同的負荷下燃燒器及磨煤機的合理投運方式，防止燃燒器區域熱負荷過于集中。盡量不要在高負荷時油煤混燒，以避免燃燒器區域出現缺氧現象。通過試驗，確立合理的經濟煤粉細度，確定合宜的一、二次風的風率、風速和風煤比，以及燃料風、輔助風的配比，避免火焰中心過分上移造成屏區結渣，避免火焰偏斜沖刷爐壁。

3.3加強鍋爐運行工況的監督

運行中發現有結渣現象時，應及時處理，避免結渣擴大化。定期分析鍋爐運行工況，在燃用易結渣的煤時，要重點分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規律，以及過熱器、再熱器管壁溫度的變化情況。鍋爐在額定工況運行時，若發現減溫水量異常增大和過熱器、再熱器管壁超溫，或噴燃器全部下傾，減溫水已用足，而仍有受熱面管壁超溫時，應適當降負荷運行并加強吹灰。

3.4加強焦渣的清除

周期性地改變鍋爐負荷是控制大量結渣、掉渣的一種有效手段。在夜間電網負荷低時降低鍋爐負荷，可以有效地清除爐膛及過熱器區域的焦渣。堅持按規程進行爐膛吹灰，定時巡檢爐膛四周的著火孔，及時人工清除燃燒器區域的浮焦，避免結渣擴大化，并加強吹灰器的缺陷管路的維修管理。

4 結論

引起鍋爐結渣的原因主要有煤質特性、鍋爐設計特性參數、空氣動力場特性和運行管理這四方面的原因。鍋爐發生結渣多是各種因素復合作用的結果，以煤質特性影響最大，鍋爐特性參數次之，然后是空氣動力場特性，運行管理也不可忽視。認真分析具體鍋爐的結渣原因，實施有針對性的對策，鍋爐結渣還是可以解決的。

參考文獻：

[1] 羅曉，鄭永利. 鍋爐受熱面結渣的危害與預防.石油化工腐蝕與預防，2004，21(3)：60~62.

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