煤粉鍋爐運行中爐內結渣原因及改善措施分析

王建偉

摘 要：由于煤粉鍋爐燃料的特殊性，所以在鍋爐運行過程中，極易出現爐內結渣現象。爐內結渣會直接降低受熱面的傳熱效率，鍋爐整體熱效率降低，在排煙中的含量增加，嚴重的情況下，會導致惡性事故的發生，對煤粉鍋爐運行的安全性存在極大的威脅。爐內結渣會對整個機組的運行產生影響，所以一定要減少爐內結渣現象的出現。文章對煤粉鍋爐運行中爐內結渣的原因進行分析，進而提出改善措施，為促進煤粉鍋爐的高效穩定運行創造有利的條件。

關鍵詞：煤粉鍋爐；爐內；結渣；原因；改善措施

前言

煤粉鍋爐由于燃燒效率高，整體構造簡單，節能環保，所以在電廠等工業領域得到了廣泛的應用。煤粉鍋爐主要由爐膛、燃燒器和點火裝置組成，其中的爐膛是鍋爐中的重要組成部分，其要保證燃料能夠得到充分燃燒，并且達到較高的熱交換效率。但是由于燃料為煤粉，如果設計運行參數不合理，煙氣溫度高于灰熔點時，就會導致爐內出現結渣現象。在爐內的結渣越多，將會降低爐內受熱面的傳熱效率，整體運行工況受到嚴重影響。爐內結渣對煤粉鍋爐運行的安全性、經濟性、穩定性和可靠性都有一定的影響，所以應該通過對結渣的特征入手，分析爐內結渣的原因，進而在爐膛設計時優化各項參數，并且通過對運行的調整和控制來改善結渣現象。

1 煤粉鍋爐爐內結渣的危害

煤粉鍋爐爐內結渣所產生的危害十分巨大，直接影響到鍋爐運行的安全性和經濟性。當爐內受熱面結渣較多時，由于灰污的熱阻較大，所以水冷壁導熱效率降低，在熱量傳導降低的情況下，就會提高排煙溫度，造成排煙熱損失。為了保證鍋爐的滿負荷運行，還需要繼續投入煤粉，爐內高溫導致結渣愈加嚴重，從而引發惡性循環，在沒有得到及時處理的情況下，就會導致過熱器、省煤器管束堵灰、爆管、出渣系統堵死等現象。同時，結渣還會對過熱器、噴燃器產生損壞，增加引、送風機的運行負荷，不僅會產生極大的經濟損失，而且對人身安全存在極大的威脅。所以說煤粉鍋爐爐內結渣所造成的危害較大，應該采取相應措施對此現象進行改善。

2 煤粉鍋爐爐內結渣的原因

2.1 煤質特性

由于煤粉鍋爐使用的燃料為煤粉，經過制粉廠集中磨制后統一供應，所以爐內主要是以煤粉的形式進行燃燒。而煤粉的成分含量是影響結渣的重要因素，因為爐內結渣就是煙氣溫度超過灰熔點，從而導致其粘結在爐內受熱面上，所以煤粉的質量尤為關鍵。現階段，燃煤供應比較緊張，所以對煤質的控制比較困難，一般很難達到鍋爐在煤種設計時的標準，所以導致爐內結渣現象的發生。煤粉的質量特性中，影響結渣的成分主要有硫、鐵、鉀、硅、鋁等物質，如果煤粉中的硫化鐵、氧化亞鐵、氧化鉀以及氧化鈉等成分含量較多時，因為灰熔點較低，所以比較容易出現結渣。煤粉中氧化硅、氧化鋁成分含量較多時，灰熔點較高，所以不易結渣。

2.2 爐膛結構設計不合理

爐膛作為煤粉鍋爐的重要組成部分，其設計的結構形式對結渣有直接影響。爐膛作為主要的燃燒場所，不僅要保證燃料能夠得到完全燃燒，同時還要確保各個位置的溫度能夠合理控制在規定范圍內，所以在進行爐膛結構設計時應該綜合考慮各項因素。在爐膛的中心位置為了保證充分燃燒，其溫度一般會達到1500°-1600°，此時的煤粉灰基本處于熔化的狀態。而越是靠近爐膛出口以及水冷壁附近的溫度應該越低，一方面保證受熱面有足夠的傳熱性，另一方面使熔化狀態的煤粉灰能夠凝結為固態，從而降低其粘結在受熱面形成渣。但是在實際運行操作的過程中，由于爐膛的結構設計或者運行參數設計不合理，會導致接近與爐膛出口以及水冷壁附近的煙溫過高，導致處于熔化狀態的煤粉灰直接粘結在受熱面上，如此往復，受熱面上結渣的面積會逐漸加大，受熱面傳熱性逐漸降低，在爐膛內部形成惡性循環，極易導致爆管、泄漏等安全事故的發生，造成嚴重的經濟損失以及人員傷亡。

2.3 爐膛出口溫度高，空氣量不穩定

當爐膛出口煙溫過高時，是爐膛上部結渣的重要原因，一般為燃燒控制或者爐膛熱強度過高導致的。在爐膛中的空氣量不穩定也是導致結渣的原因之一，在過剩空氣量較大時，煙氣量就會隨之增加，火焰中心就會提升，爐膛出口的煙溫隨之提升。過剩空氣量較小時，煤粉不能夠得到充分燃燒，煤粉灰的含量增加，結渣現象會明顯增加。

3 防止煤粉鍋爐爐內結渣的改善措施

3.1 改善煤種

為了避免因為燃煤成分含量而造成的結渣，應該對煤種的選擇進行嚴格的控制。一般都會對煤質進行優化設計，以確保其能夠符合燃燒發熱量，并且減少結渣現象的發生。在能夠控制煤種的情況下，盡量控制質量。如果設計煤種的供應緊張，可以通過摻燒不易結渣的煤種來解決，既能夠保證發熱量，又可以減少結渣。此外，還可以根據煤種以及爐膛結構的不同，使用除渣劑來提高煤粉的灰熔點。

3.2 優化爐膛結構設計

在優化爐膛結構設計的過程中，除了爐膛容積熱強度、爐膛斷面熱強度外，還有燃燒器區域的熱強度、爐膛輻射受熱面熱強度、最上層燃燒器中心距分隔屏式過熱器底部的高度、以及最下層燃燒器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指標。加入這些指標的目的是不僅要滿足爐膛燃燒和傳熱的要求，還要保證爐膛運行安全可靠。設計燃燒器和選擇假想切圓的原則應是在保證一次風射流引射和卷吸高溫煙氣，使其迅速著火和燃燒穩定的前提下，提高射流速度，減少偏轉，避免出現在爐墻附近燃燒，尤其不能出現射流貼墻燃燒。

3.3 控制爐膛出口煙溫，保持適當的空氣量

合理配風的唯一標準應是風、粉混合均勻，著火迅速和燃燒穩定，迅速、完全，爐膛出口煙溫就會降低。提高鍋爐效率可減少燃料消耗，保證給水參數，減少鍋爐飽和蒸汽的用量等均可達到降低爐膛熱強度的目的。為避免爐膛熱強度過大，應禁止鍋爐在較大的超負荷工況下運行。在燃燒器設計時，可降低火焰中心，然后降低爐膛出口煙溫。

在不同負荷下使爐膛燃燒工況均處于氧化性氣氛中，可人為破壞煤灰組成化合物在燃燒過程中共熔而降低灰熔點的條件，防止爐內生成過多的還原性氣體，保持合適的爐內空氣動力特性，避免爐內過量空氣系數太低，特別是防止水冷壁等受熱面附近出現還原性氣氛，防止鍋爐結渣。

4 結束語

煤粉鍋爐的運行特點是節能高效、起停簡單，但是由于爐膛結構設計、運行參數設計以及煤種等因素的影響，在運行的過程中會在爐內產生結渣現象，嚴重影響到鍋爐運行的熱效率和安全性。經過對煤粉鍋爐運行中爐內結渣的原因進行分析后，有針對性的提出了改善措施。隨著科學技術的發展以及設計理念的創新，在改善爐內結渣設計水平上還會不斷的提升，盡量減少爐內結渣現象的發生，為提高煤粉鍋爐的運行效率創造有利的條件。

參考文獻

[1]鄧念念，周臻，肖祥，等.660MW旋流對沖燃煤鍋爐燃燒過程的數值模擬及結渣分析[J].動力工程學報，2014.

[2]陳冬林，杜洋，蔡洋，等.基于燃燒實驗的衛燃帶結渣特性分析[J].燃料化學學報，20135.

[3]唐昭帆，盧玫，王克，等.210MW煤粉爐燃燒系統改進的數值模擬[J].能源工程，2016.