鍋爐爐膛結渣的原因和對安全運行的影響分析

陳駿（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院揚州分院）

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。

一、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。

1.5 在傳熱減弱的情況下，為維持鍋爐出力需消耗更多燃料，使引、送風機負荷增加，因此引起電耗增加。并且由于通風設備的容量有限，加之結渣時易發生煙氣通道阻塞，可能會造成引風量不足。

二、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。爐膛截面熱負荷qf決定爐膛截面尺寸，qf越小，表示釋放同樣熱量時，爐膛截面愈大，爐膛截面周界長度也大，燃燒區域每米爐膛高度沿橫截面周界所具有的輻射受熱面越多，傳熱能力越強，就越不容易結渣。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。

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。

三、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。

四、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。

[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.

[2]韓天財.燃煤鍋爐塌焦運行特征及預防措施.東北電力技術，2006，10:24～26.