生物質(zhì)鍋爐結(jié)焦、結(jié)灰分析及應(yīng)對措施

郭曉娟+鐘少芬

摘 要：隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高，我國對電能的需求日益增加。而我國電能生產(chǎn)過程中，以火力發(fā)電為主，其發(fā)電量在總發(fā)電中所占比重為70%以上，而火力發(fā)電主要以傳統(tǒng)化石能源（如煤炭、石油等）為燃料。其有限性和環(huán)境污染等因素，促使我們積極開拓和發(fā)展可再生能源。文章主要針對生物質(zhì)直燃鍋爐普遍存在運行過程中出現(xiàn)的受熱面、煙道結(jié)焦積灰的問題，分析其結(jié)焦積灰主要產(chǎn)生的原因，及采取的對策，為國內(nèi)生物質(zhì)鍋爐的工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐；結(jié)焦；結(jié)灰；應(yīng)對措施

中圖分類號：TK227.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）21-0093-02

前言

秸稈、稻草等生物質(zhì)類燃料發(fā)電在我國是一種全新的火力發(fā)電原料，中國近年來已經(jīng)投產(chǎn)了一批生物質(zhì)發(fā)電廠，生物質(zhì)鍋爐指的是以生物質(zhì)能源為燃料的鍋爐，生物質(zhì)秸稈燃料中的易揮發(fā)性物質(zhì)在高溫條件下容易揮發(fā)成氣相，與煙氣、灰塵在燃燒受熱面上會發(fā)生一系列復(fù)雜的氣、固相物理化學(xué)反應(yīng)，最終凝結(jié)、沉降、粘附于受熱面管壁，生物質(zhì)鍋爐普遍容易出現(xiàn)焦化和灰分現(xiàn)象，影響了鍋爐安全穩(wěn)定的運行，經(jīng)過幾次結(jié)焦檢修，并進行了灰分檢查，了解其燃料的灰分特性，了解了生物質(zhì)燃料結(jié)灰結(jié)焦的現(xiàn)象。本文將分析基礎(chǔ)生物質(zhì)燃料鍋爐的相關(guān)特性，提出處理結(jié)焦和結(jié)灰的相關(guān)對策。

1 生物質(zhì)鍋爐結(jié)焦的原因

1.1生物質(zhì)鍋爐配風(fēng)比

在某些情況下生物質(zhì)團塊，在鍋爐內(nèi)分布不規(guī)則，燃燒期間形成局部的高溫燃燒團塊，也成為了鍋爐加熱的焦點成分，降低通風(fēng)壓力，無法滿足其燃燒的鍋爐通風(fēng)量，會降低或提高焦化程度，因此想要避免生物質(zhì)鍋爐結(jié)焦，控制空氣通入分配的比例非常重要。

去除生物質(zhì)本身會導(dǎo)致團塊和生物質(zhì)鍋爐的空氣分配比，爐內(nèi)鍋爐加料原料的設(shè)計也可能引起焦化。因此，需要逐步滿足焦化問題的排除問題，不要盲目地認為問題是顆粒物引起的，生物質(zhì)鍋爐故障也是造成焦化的重要因素。

1.2生物質(zhì)成型燃料本身灰分以及摻雜質(zhì)后形成的結(jié)焦

結(jié)焦生物質(zhì)鍋爐主要表示燃料燃燒產(chǎn)生的灰，主要是在升高的溫度下以液體形式，或者如果灰分由于冷卻而在整個加熱表面上保持軟化，呈軟化狀態(tài)。粘合劑的加熱表面結(jié)焦形成。

影響灰分熔點的主要因素是灰化學(xué)成分和周圍環(huán)境的高溫環(huán)境，兩者相互接觸，一旦鍋爐燃燒就不能進行調(diào)整，產(chǎn)生不完全燃燒的產(chǎn)物，使環(huán)境變?nèi)踹€原，還原由焦化產(chǎn)生的灰熔爐。由于較低的生物質(zhì)鍋爐燃燒了生物質(zhì)燃料的燃燒點，因此容易附著在爐內(nèi)，如果水過大，過熱器管壁，燃料就會燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生的水會使鉀（以灰分的形式，主要成分是鉀）軟化，鉀加熱時引起焦化。

爐面的臥式加熱表面溫度。在某些情況下，灰塵成分的熔點，爐的溫度和分布成為焦化發(fā)生的重要因素。經(jīng)驗表明：鍋爐煙道多重焦化和過熱器表面，液態(tài)或氣態(tài)灰塵顆粒通過加熱表面的慣性作用而在位移過程中，由于顆粒的速度，快速灰分受到低冷卻效應(yīng)的影響，灰分顆粒容易熔融粘附，爐渣層迅速積聚。研究表明，溫度升高，結(jié)焦程度呈指數(shù)增長。焦化加熱表面積僅涉及熱鍋爐，炭煙塞和煙氣通道的結(jié)垢增加了氣體速度，形成燃燒氣體走廊，增加了加熱面的磨損，影響了正常生產(chǎn)。

摻雜物質(zhì)后形成燃料結(jié)焦。爐內(nèi)燃料燃燒后，焦化和堵塞易燃鍋爐加熱面。

由于生物質(zhì)團塊在生產(chǎn)過程中作為原料，不可能保證廣泛的處理。因此，更多的雜質(zhì)（摻雜土，沙），高灰分，高金屬含量的堿，在生產(chǎn)過程中是不可避免的摻入燃料中的這些雜質(zhì)，燃料成分的變化，形狀，熔融溫度，結(jié)焦中的這些雜質(zhì)的存在由加熱面加劇。

當燃料顆粒不能控制，摻入燃料中的沙子時，這些雜質(zhì)在燃料組分的變化，形狀，結(jié)焦的溫度的存在被加熱表面加劇。

通過以上分析可以知道，因為焦化生物質(zhì)團塊仍然是鍋爐對大多數(shù)生物質(zhì)本身的問題，所以需要做生物質(zhì)壓塊，原料的控制不同，此時必須先采取措施，生物質(zhì)團塊生產(chǎn)本身就不需要加膠帶，但為了避免焦化，可以加適量的添加劑（石英，石膏，膨潤土，粉煤灰等）可有效防止生物質(zhì)灰渣的成渣。石膏和磷酸二鈣的抗焦化性能相對較差，優(yōu)選膨潤土特征為防渣，但價格較貴。添加劑通常在加入過程之前傳遞到壓力以促進均勻混合，加入時必須小心，防止不同密度的不均勻聚結(jié)。

2 生物質(zhì)顆粒結(jié)焦原因分析

鑒于生物質(zhì)燃料的數(shù)量眾多，并且其中存在有大量的雜質(zhì)（細沙、石塊），高灰塵和高堿金屬含量，燃燒后殘余在爐內(nèi)，容易焦化和堵塞鍋爐加熱表面。

焦化的主要因素。許多因素影響鍋爐的焦化，一般認為是：

2.1 燃料灰結(jié)焦和催化劑的形成

影響灰熔點的主要因素是高溫周圍的灰分化學(xué)成分和環(huán)境，通過兩次相互調(diào)整讓鍋爐燃燒不會產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物，使周圍環(huán)境微弱地降低，導(dǎo)致灰熔爐的焦化減少。

在此期間，燃料摻雜的生物質(zhì)通常再次配制在爐中混合的燃料的情況，這些雜質(zhì)在燃料組分的變化中的存在，形狀，熔化溫度，結(jié)焦被加熱表面加劇。

2.2 爐面的臥式加熱表面溫度

在某些情況下，灰分的熔點，爐的溫度和分布成為焦化發(fā)生的重要因素。經(jīng)驗表明：鍋爐煙道多重焦化和過熱器表面，液態(tài)或氣態(tài)灰塵顆粒通過加熱表面的慣性作用而在位移過程中，由于顆粒的速度，快速灰分受到低冷卻效應(yīng)的影響，灰分顆粒容易熔融粘附，爐渣層迅速積聚。溫度對爐焦具有非常重要的影響，研究表明，溫度升高，結(jié)焦程度將呈指數(shù)增長。

3 積灰結(jié)焦處理辦法

3.1 常規(guī)結(jié)焦處理方法

通常用于焦化清洗加熱表面的早期蒸汽清掃機，但從實際的角度來看，不符合除焦要求。在停止后，用高壓水沖洗。主要是由于生物質(zhì)燃料的鉀含量較高，其存在降低了灰分的熔點，并且在鉀燃燒時形成了具有低熔點的元素硅化合物，導(dǎo)致灰分的較低軟化溫度，基于從灰變形溫度獲得的實驗數(shù)據(jù)為約800攝氏度，過熱器鍋爐的爐溫主要在該范圍內(nèi)，高溫，軟化污垢容易附著在管的加熱面外壁上，很難使用蒸汽吹灰器加工結(jié)焦沉積塊。根據(jù)過去的經(jīng)驗，在清洗時一般使用鍋爐清掃，使用蒸汽完成十五天，控制主蒸汽溫度設(shè)定，不使用過熱水，維持在常溫約5100攝氏度，用水沖洗后必須關(guān)機一個月，或增加蒸汽溫度（540攝氏度）的主要變化，鍋爐效率降低，排氣溫度升高5至10攝氏度，另外清理過程當中會出現(xiàn)以下問題：

（1）爐膛中間區(qū)域，存在一些長期積累的雜質(zhì)，容易在使用過程當中產(chǎn)生大量灰塵，引發(fā)局部磨損。（2）清掃周期長，灰分加熱面積過大，造成結(jié)垢硬化燒結(jié)，增加煙灰發(fā)泡難度。（3）如果壓力太高或長期使用，蒸汽煙灰會加速金屬壁的磨損，還會導(dǎo)致煙灰的吹制效果大幅度降低。（4）鍋爐內(nèi)煙氣會增加空氣濕度，預(yù)熱器空氣在低溫下形成冷凝，造成嚴重的空氣預(yù)熱管腐蝕。（5）機械部件故障率高，維護成本高。

3.2 新型清除結(jié)焦的方法探討

目前，采用脫焦方式抑制結(jié)焦鍋爐結(jié)垢處理的氣體和粘結(jié)取得了顯著成效。

除焦抑制劑是高熔點，含有燃料添加劑的氧化劑，可以從飛灰沉積物的問題中減少部分燃燒氣體。當將爐子噴灑到人身上時，將蒸汽爐離開灰分混合并粘合到這些半熔融產(chǎn)物的灰分上，改變灰分的熔點，在結(jié)焦內(nèi)部開裂和焦化破壞，通過管的表面形成金屬薄膜有助于減少酸露點的腐蝕。

具體操作方法如下：鍋爐在運行過程中每天運行，每次抑制劑從烤箱兩側(cè)加入，加入抑制劑30分鐘后，起始吹氣中的脈沖煙灰。除了使用脈沖氣體和結(jié)焦抑制劑擋板吹灰器的過程外，主蒸汽溫度可以保持2個月，正常，同時結(jié)垢加熱表面焦化現(xiàn)象得到抑制，常規(guī)廢氣溫度蒸汽煙炱可以減少3-5℃。

4結(jié)束語

由于大型生物質(zhì)燃料鍋爐所需求的生物質(zhì)燃料水分大、雜質(zhì)多和品質(zhì)差等問題，想要在短期內(nèi)得到改善，必須針對鍋爐的焦化現(xiàn)象做出處理，避免其出現(xiàn)堵塞、損壞等故障。為了提高鍋爐的運行時間，確保正常生產(chǎn)，使用抑制劑和脫焦模式組合氣體吹灰機，可以有效解決鍋爐污垢和結(jié)焦、結(jié)灰的問題，值得大多數(shù)生物質(zhì)工廠開發(fā)和學(xué)習(xí)。

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