CFB鍋爐受熱面積灰形成機(jī)理分析

尉萬紅（山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，朔州036800）

CFB鍋爐受熱面積灰形成機(jī)理分析

尉萬紅（山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，朔州036800）

本文首先介紹了鍋爐受熱面積灰的影響因素，主要是受熱面布置方式和煤種變化；其次介紹了介紹了受熱面積灰類型，分別是熔渣沉積型積灰、高溫粘結(jié)型積灰和低溫松散型積灰；最后分析了積灰的形成過程，分別是起始、輸運(yùn)、附著、剝蝕和老化，對鍋爐運(yùn)行過程中預(yù)防積灰和清理積灰有一定的指導(dǎo)意義。

鍋爐；受熱面；積灰

1 引起受熱面積灰的因素

在CFB鍋爐的運(yùn)行過程中，有諸多因素會引起受熱面積灰，但是以下兩個方面起著主要作用：

（1）受熱面布置方式[1]。從鍋爐煙氣流程分析，要滿足煙氣流程的暢通，希望煙道阻力越小越好，彎道越少越好，但在實際的設(shè)計中，又必須考慮各種因素和技術(shù)條件，要求結(jié)構(gòu)布置緊湊，占地面積小，因此在設(shè)計上就會存在煙道的彎曲布置。再者，由于運(yùn)行工況是不斷變化的，這也給煙道轉(zhuǎn)角處的曲率半徑設(shè)計帶來一定的難度，積灰就在所難免。由于彎道的存在，就必然存在積灰死角，鍋爐剛開始運(yùn)行時，飛灰首先堆積在死角區(qū)，隨著運(yùn)行時間的延長，積灰對煙氣的阻力也越來越大，灰也越積越多。另一方面，隨著飛灰堆積數(shù)量的不斷增多，煙道流通截面積就越小，對于同一流量的流體，流速必然增大，流速增大的結(jié)果又使飛灰的數(shù)量減少，所以只有當(dāng)積灰形成的阻力與煙氣流通截面積減少所增大的流速達(dá)到一個相對平衡的狀態(tài)時，積灰量也達(dá)到相對穩(wěn)定，這就是煙道不會因積灰而堵塞的原因。

（2）煤種變化。在鍋爐的運(yùn)行調(diào)節(jié)中，控制好風(fēng)量和給煤量是至關(guān)重要的[2]，在煤種及運(yùn)行工況保持相對穩(wěn)定的條件下，各項運(yùn)行技術(shù)參數(shù)就處在一個相對的平衡狀態(tài)，煙氣也處于良好的循環(huán)之中。如果煤種發(fā)生變化，這種平衡就暫時被打破，比如，煤中的矸石量增多，顆粒度變大，就會造成飛灰的單位重量增加，增加了煙道的阻力，導(dǎo)致受熱面積灰的加劇。

2 受熱面積灰類型

對于電站鍋爐而言，不同的受熱面，由于煙氣溫度不同，各受熱面積灰情況有所不同，大體可以分為以下三種類型：熔渣沉積型積灰、高溫粘結(jié)型積灰、低溫松散型積灰。

2.1 熔渣沉積型積灰

熔渣多發(fā)生在鍋爐或燃燒室的輻射換熱面部分。灰粒在高溫輻射下處于熔化或部分熔化的膠粘狀態(tài)，一旦與較冷的受熱面接觸便冷卻而凝固，形成熔渣型積灰。

2.2 高溫粘結(jié)型積灰

這種積灰多出現(xiàn)在對流受熱面上。它與升華的灰組分在較冷的受熱面上凝結(jié)有關(guān)，也可能由堿金屬與灰中其它成分形成低熔點的硫酸鹽而沉積或燒結(jié)在受熱面上。這種積灰通常分為三層：內(nèi)層是分散的粒子，中間層由于內(nèi)層的熱阻而使其溫度高于受熱面壁溫，可能使灰粒熔化而形成膠粘的基體，外層幾乎全是飛灰，被粘結(jié)在中間層的膠粘基體表面上。這種積灰質(zhì)地堅硬密集，較難清除。

2.3 低溫松散型積灰

低溫積灰主要發(fā)生在鍋爐的省煤器、空氣預(yù)熱器等部位，在受熱面壁溫接近或低于煙氣中酸或水蒸氣的露點時，這些氣相成分（SO2、HCl、H2O等）凝結(jié)成液體而與飛灰中的鐵、鈉、鉀、鈣等反應(yīng)生成硫酸鹽而沉積于換熱面上，形成低溫灰。當(dāng)然，凝結(jié)的酸液除形成積灰外還會產(chǎn)生酸腐蝕。

3 積灰的形成過程

積灰的形成過程是質(zhì)量交換、熱量交換和動量交換的動態(tài)綜合，是多種復(fù)雜過程的同時作用，因而影響這一過程的因素也很多，如煙氣的性質(zhì)、壁溫、露點溫度、煙氣與壁面的溫度梯度、壁面材料、表面加工方式、表面粗糙度、煙氣流速、湍流強(qiáng)度、煙氣與壁面的剪切應(yīng)力、灰粒的形狀、狀態(tài)、組成、濃度、粒徑分布以及作用于粒子的熱、電磁和引力等。這些因素不同，形成的積灰特性也各不相同。但所有積灰的形成一般都要經(jīng)歷以下五個階段：起始、輸運(yùn)、附著、剝蝕和老化。這些階段可以依序連續(xù)發(fā)生，如輸運(yùn)和附著；也可以同時發(fā)生，如老化和前四個階段。

3.1 起始

積灰形成的起始階段也稱誘導(dǎo)期或延遲時間，這是指從受熱面與煙氣接觸起到形成可觀測的積灰的一段時間。在誘導(dǎo)期內(nèi)，表面逐漸達(dá)到污垢生長所需要的條件。可凝結(jié)氣體在低于其露點溫度時所產(chǎn)生的濕表面吸引粒狀物質(zhì)，可以大大促進(jìn)氣側(cè)污垢的形成，而氣流中干燥粒狀物質(zhì)則不會附著于光滑的干燥表面。此外，研究表明，各類污垢的誘導(dǎo)期長短不一，影響因素各不相同。影響微粒污垢誘導(dǎo)期的因素主要有摩擦速度、灰粒直徑、兩次湍流猝發(fā)的平均時間間隔內(nèi)單位換熱面上受到猝發(fā)的面積份額和穩(wěn)定時間。

3.2 輸運(yùn)

CFB鍋爐受熱面積灰的輸運(yùn)機(jī)制主要有以下三種模型：

（1）湍流擴(kuò)散。在這種輸運(yùn)機(jī)制中，灰粒被湍流邊界層內(nèi)的漩渦所夾帶并被卷向受熱面。灰粒物質(zhì)到達(dá)的多少與邊界層邊緣處的自由流速度和微粒大小成正比，而與邊界層厚度成反比。

（2）慣性碰撞。在流動方向變化，如管道的彎曲處，慣性力大的微粒，運(yùn)動軌跡將偏離流線而被慣性拋向受熱面，其到達(dá)率是微粒直徑的函數(shù)。

（3）重力。1μm以上的粒子可因重力而沉降于水平受熱面上。

3.3 附著

穿過流動邊界層被輸運(yùn)到固體表面的微粒，通常不會全部附著于固體表面而形成積灰，其中一部分粒子往往從表面反彈出來。粒子要附著于表面，作用于粒子上的諸力會起到重要作用，粒子的尺寸、密度、彈性、表面條件以及固體壁面條件等參數(shù)對粒子的附著也有重要影響。

灰粒被輸運(yùn)到壁面，首先是粒子與壁面的附著，而一旦壁面被灰粒占據(jù)，則附著是在積灰粒子之間進(jìn)行的，能產(chǎn)生適度積灰熱阻的積灰層厚度約100μm，而灰粒粒徑通常都比這個尺寸小，有的甚至要小2～3個數(shù)量級，所以灰粒的附著主要是灰粒之間的附著。

3.4 剝蝕

剝蝕是指沉積在受熱面上的灰粒重新脫離受熱面或積灰層被煙氣帶走的過程。這個過程實際上包含兩個同時存在的子過程：污垢物質(zhì)從流——固界面處的脫離反應(yīng)和污垢物質(zhì)從表面到流體中的輸運(yùn)過程。前者通常稱之為剝離，后者則稱之為重新夾帶或重夾。這兩個過程可以說是一個過程的兩個方面，因為流體與換熱面或污垢層接觸，污垢物質(zhì)脫離污垢層，即進(jìn)入流體。積灰物質(zhì)脫離表面的形態(tài)基本有三種：離子、顆粒、塊狀物。按照污垢物質(zhì)脫離的這些形態(tài)，研究者們提出了相應(yīng)的三種剝蝕機(jī)制：溶解、磨蝕和剝落。

3.5 老化

積灰層的老化，當(dāng)其在受熱面上形成時就開始了。老化的進(jìn)行使沉積物的特性發(fā)生變化，因而剝蝕過程也會隨之改變。老化過程受受熱面溫度的影響，積灰層一般會隨時間而變得更加堅韌，更難于剝蝕，但可以通過將表面加熱到一定程度，以削弱其沉積強(qiáng)度，利用流體剪切應(yīng)力剝離它。

4 結(jié)語

本文介紹了鍋爐受熱面積灰的影響因素、積灰類型，分析了積灰的形成過程，對預(yù)防受熱面積灰及清理積灰有一定的指導(dǎo)意義。

[1]朱予東，閻維平，高正陽，等.600MW機(jī)組鍋爐對流受熱面污染狀況實驗與吹灰優(yōu)化[J].動力工程，2005（02）.

[2]陸繼東，劉定坡，劉 剛，等.電站鍋爐優(yōu)化吹灰模糊模型的研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（06）.

TK227

A

2095-2066（2016）35-0065-02

2016-12-3

尉萬紅（1972-），男，工程師，從事火力發(fā)電廠的生產(chǎn)技術(shù)管理工作，主要研究方向是汽輪機(jī)的節(jié)能管理分析。