鍋爐受熱面結渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結渣的影響因素分析

鍋爐受熱面結渣的影響因素分析

鍋爐的結渣問題是燃煤電廠普遍存在的問題。所謂“結渣"，是指熔灰在鍋爐受熱壁面上的積聚，其本質為鍋爐中高溫煙氣攜帶處于熔融或部分熔融狀態(tài)下的未燃盡煤粉顆粒，遇到低溫的壁面冷卻、凝固而形成沉積物的過程。鍋爐結渣是一個非常復雜的過程，涉及因素很多，它不僅與燃用煤種的成分和物理、化學特性有關，而且還與鍋爐的設計參數(shù)有關(如燃燒器的布置方式、爐膛熱負荷、爐內空氣動力結構、爐膛出口煙溫、過熱器的布置位置、各部分的煙氣流速和煙溫、爐膛負壓等)，同時還受鍋爐運行工況的影響(如負荷的變化、過量空氣系數(shù)、煤粉細度、爐膛燃燒溫度的控制、配風方式以及爐內燃燒空氣動力場的控制等)。這些因素總的來說可以分為兩大類，一為先天因素，如燃用煤種的特性和鍋爐的設計參數(shù)；二為后天因素，如鍋爐的運行工況。因此，在分析解決鍋爐的結渣問題時就需要從這兩個方面來考慮，以此判斷導致鍋爐結渣的主要因素。

1、煤質特性對鍋爐結渣的影響

實際煤質與設計煤質偏差很大是造成爐膛結渣的主要原因之一, 灰的熔融特性是判斷燃燒過程中是否發(fā)生結渣的一個重要依據(jù), 不同煤質的灰具有不同的成分和熔融特性。另外, 灰分中堿性和酸性兩類氧化物含量之比即堿酸比偏高, 那么這種煤質容易發(fā)生結渣。

在煤灰熔融性的四個特征溫度中，一般以軟化溫度ST作為集中代表。通常認為ST為1350℃，是一個分界點，高于1 350℃，鍋爐不易結渣，軟化溫度ST越高，結渣可能性越小。反之，ST低于1350℃，鍋爐易于結渣，軟化溫度ST越低，結渣可能性就越大，也就越嚴重。

煤灰熔融溫度的高低，一般將煤灰分為易熔、中等熔融、難熔、不熔四種，其熔融溫度范圍大致為：易熔灰，ST值低于1 160℃：中等熔融灰，ST值在1 160℃～1 350℃范圍內；難熔灰，ST值在1 350℃~1 500℃范圍內；不熔灰，ST值高于15℃。

在考察煤灰熔融性時，還要尤其注意煤灰熔融性是在什么樣氣氛條件下的測值。由于煤灰中的鐵在不同氣氛下處于不同的價態(tài)，在氧化氣氛中，鐵呈三價，熔點為1 565℃。在還原性氣氛中，鐵呈金屬狀態(tài)，的熔點為1 535℃。而在弱還原性氣氛中，鐵呈二價，的熔點為1 420℃。

1.2 煤中含硫量和灰分含量

灰的結渣指數(shù)取決于從中堿性氧化物與酸性氧化物的比值及煤中含硫量。煤灰中堿性氧化物與酸性氧化物比值越小，煤中含硫量越低，則鍋爐結渣指數(shù)值越小。煤灰堿性氧化物與酸性氧化物的比值穩(wěn)定，結渣指數(shù)則由煤中含硫量決定。因此，煤中含硫量低，對避免鍋爐結渣非常有利。煤中灰分含量太高，爐膛中從量很大，一旦結渣，自然渣量也就很大，結渣的危害也就越大。同時，煤中灰分含量較高，意味著煤的熱值較低，煤粉可能燃燒不，導致不燃燒，增加熱損失，而在爐膛內容易產(chǎn)生還原性氣體，促使灰熔融溫度降低，有助于產(chǎn)生結渣或加劇結渣的嚴重程度，電廠煤粉鍋爐也不宜燃用灰分含量過低，熱值過高的精煤，這樣爐膛溫度會產(chǎn)生過高情況，造成鍋爐結渣。減輕鍋爐結渣的一項重要措施，就是適當降低負荷，以降低爐內溫度。

2、鍋爐運行工況的影響

鍋爐的運行工況也是影響爐內結渣情況的重要因素之一，其中主要包括煤粉、鍋爐負荷、過量空氣系數(shù)、爐膛溫度水平以及火焰貼墻燃燒等等。

煤粉過粗，一是煤粉燃燒不易，使不燃燒熱損失增加，降低鍋爐效率。二是可能出現(xiàn)過多的還原性氣體，造成灰熔融溫度下降，促進結渣的出現(xiàn)。所以，磨煤機運行穩(wěn)定，給粉機供粉均勻，煤粉細度適當，是防止鍋爐結渣的重要措施。煤粉也不是越細越好，煤粉太細，則會增加磨煤機的能耗，并不能改善燃燒狀況，這樣并不經(jīng)濟，電廠要通過鍋爐運行各項指標的觀測，以確定其煤粉的經(jīng)濟細度，在保證鍋爐安全運行的條件下降低能耗。

利用煤灰的各種物理、化學特性來預測鍋爐的結渣傾向的指標中常用的有3大類:灰熔點型、灰粘度型以及灰成分型。每種類型中又分別包括許多指標。實踐證明,每單個指標的預測準確度是有限的,而將各種不同類型的指標綜合起來對鍋爐結渣進行判斷,則準確度能大大提高。采用結渣指標綜合評價法可以判斷任意一種煤種結渣的傾向程度大小。

2.2負荷

鍋爐負荷越高，隨著熱負荷的增大，爐膛溫度和煙氣溫度也增高，則煤灰的結渣性也就越明顯。鍋爐負荷也受供氧量及二次風旋流強度的影響，若負荷高時氧量沒有相應保證，過量空氣系數(shù)偏低，在還原性氣氛中煤粉的灰熔點降低而容易結渣；二次風旋流強度過大，一次風擴展角度過大會造成飛邊，在一次風氣流沖刷側墻水冷壁、冷灰斗斜坡時，灰粉在撞擊受熱面時形成結渣，同理旋流強度過小則一次風氣流直接沖刷后墻水冷壁造成結渣。

2.3過量空氣系數(shù)

爐內的空氣量會影響爐內的煙氣氣氛,灰粒在還原性氣氛中,灰熔點會比在氧化性氣氛中的熔點低30～50℃ ,對于含鐵量高的煤, 當爐內局部區(qū)域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能產(chǎn)生還原性氣氛，煤粉在還原性氣氛不能被充分氧化，灰分中的三氧化二鐵被還原成氧化亞鐵，氧化亞鐵與二氧化硅等形成共晶體，使熔點下降甚至能達到200℃;而且在還原性氣氛中,已經(jīng)處于熔融狀態(tài)的灰粒要當溫度降低的比在氧化性氣氛中的溫度低很多時才會凝固。如果爐內缺氧,煤灰粒處于還原性氣氛中,那么煤灰粒更容易熔化,而且熔化的煤灰粒在向水冷壁的運動過程中更難被凝固,從而造成水冷壁的結渣加重。此外,空氣量變化還會對爐膛內的溫度產(chǎn)生重要影響。

2.4爐膛溫度水平

爐內燃燒器區(qū)域的溫度越高，煤灰越容易達到軟化和熔融狀態(tài)，結渣的可能性就越大。而影響燃燒器區(qū)域的溫度水平的因素也很多。例如，爐膛斷面熱負荷與燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷、燃料的發(fā)熱量、水分含量以及鍋爐負荷的變化等。如果鍋爐改燒發(fā)熱量大的同類煤時，由于燃放熱增多，燃燒器區(qū)域溫度水平就越高，結渣的可能性就越大。而鍋爐的負荷越高，送入的煤粉越多，產(chǎn)生的熱量越多，結渣的可能性就越大。

爐膛燃燒器區(qū)域截面熱負荷和壁面熱負荷是表征爐膛溫度水平的2個重要參數(shù)。因此,在預測鍋爐的結渣傾向時除了要考慮煤成分的影響外,還要結合考慮和的影響。

爐膛燃燒器截面熱負荷或壁面熱負荷偏高, 在燃燒器區(qū)域燃料燃燒放出的大量熱量沒有足夠的水冷壁受熱面吸收, 因此導致燃燒器區(qū)域的局部溫度過高, 造成燃燒器區(qū)域的結渣; 另外, 燃料和煙氣在爐內的停留時間過短, 燃料未能燃燒, 引起爐膛出口煙溫偏高, 造成爐膛出口受熱面結渣。

2.5 火焰貼墻

鍋爐的設計參數(shù)包括爐膛結構、鍋爐負荷、爐內空氣動力結構以及爐膛負壓等。

鍋爐設計時，偏小的爐膛容積或截面面積，易使得容積熱負荷、燃燒器區(qū)域熱負荷偏高，爐膛溫度過高，造成在受熱面結渣。燃燒器在安裝過程中，安裝角度可能不符合設計的要求。或者可能是燃燒器設計方面存在缺陷也能導致冷灰斗斜坡和后墻水冷壁結渣。

3.2 鍋爐負荷

鍋爐負荷越高，隨著熱負荷的增大，爐膛溫度和煙氣溫度也增高，則煤灰的結渣性也就越明顯。鍋爐負荷也受供氧量及二次風旋流強度的影響，若負荷高時氧量沒有相應保證，過量空氣系數(shù)偏低，在還原性氣氛中煤粉的灰熔點降低而容易結渣；二次風旋流強度過大，一次風擴展角度過大會造成飛邊，在一次風氣流沖刷側墻水冷壁、冷灰斗斜坡時，灰粉在撞擊受熱面時形成結渣，同理旋流強度過小則一次風氣流直接沖刷后墻水冷壁造成結渣。

3.3爐內空氣動力結構

首先，對結渣有直接影響的是爐內空氣動力場的分布特性。如，由直流燃燒器的整體高寬比過大、切圓直徑偏大引起的爐膛火焰偏斜、一次風粉氣流貼墻等都容易造成結渣；出口氣流的方向在燃燒器出口結渣或燒損變形后會改變，正常的空氣動力場結構遭遇破壞，使燃燒高溫區(qū)結渣加劇。此外，四角風粉管路的配風不均勻，也會影響爐內的燃燒情況和貼壁氣氛，引起結渣。

3.4 爐膛負壓

爐膛負壓如果過大，說明引風機抽吸力過大。此時，爐內氣流明顯向上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，容易引起過熱器處結渣。

3.5 燃燒器區(qū)域溫度

燃燒器區(qū)域溫度水平高，爐膛出口煙溫過高，這樣有利于穩(wěn)定著火，但容易引起結渣；燃燒器區(qū)域溫度水平低，這時有利于減輕結渣，減少污染物的生成量，但由于燃燒器區(qū)域的溫度水平低，不利于穩(wěn)定著火。

另外 ，若吹灰器長期不投，受熱面積灰增多時，可能導致結渣；燃用混煤時，灰渣的特性也有可能改變。一般結渣性強的煤與結渣性弱的煤混合燃燒時，結渣性低于結渣性強的煤。

4、防止結渣的措施與對策

由上述鍋爐結渣的原因，從燃煤的特性、鍋爐內燃燒及運行管理狀況等角度提出了對應的防止結渣措施與對策。

設計煤種，確保入爐煤發(fā)熱量與之相當，電廠所供應的燃料煤質應符合鍋爐設計以減輕爐內的結渣現(xiàn)象。對于可能造成爐內結渣的煤種，可通過摻燒其他不易結渣的煤來改變煤灰的結渣現(xiàn)象的嚴重性，也可添加除渣劑來提高燃煤的灰熔點溫度使高溫下玻璃形態(tài)渣向結晶形態(tài)轉化，從而減輕或者抑制結渣現(xiàn)象。

整好爐內燃燒工況根據(jù)鍋爐燃燒的實際情況，確定合適的假想切圓直徑，以保證上各噴燃器的安裝角度與假想切圓一致。保證燃燒切圓直徑及火焰中心的高度和位置適中，發(fā)火距離合適，一次、二次風混合良好，氧量供應充足，使得爐膛水平及出口截面上溫度場分布均勻且平均溫度不太高。

保持合適的鍋爐熱負荷，不要超負荷運行。使爐膛內燃燒區(qū)域和煙溫場得以合理分布，從而避免因局部區(qū)域熱負荷過高而結渣。

保持適中的煤粉細度。根據(jù)實際煤種情況，通過調整分離器及系統(tǒng)通風量將煤粉細度調整至合適范圍內。因分離器不可能頻繁調節(jié)，當燃煤的揮發(fā)份有所變化時，可通過改變一次風率的方法作為防止結渣和穩(wěn)燃的輔助調節(jié)手段。生產(chǎn)中，煤粉細度的選擇，應兼顧穩(wěn)燃、爐膛及爐膛出口受熱面是否結渣、機械不燃燒損失、制粉電耗等諸因素綜合考慮。煤中發(fā)熱量、灰分含量、全硫含量不宜過大，入爐煤粉不宜過粗。

加強運行和檢修管理。一般爐膛熱負荷、燃燒區(qū)域溫度分布、爐內氣流的動力工況、煤粉細度、煙氣中的氧量以及爐內是否有結渣現(xiàn)象等，都可以通過對運行中儀表的監(jiān)視和觀察得到了解，發(fā)現(xiàn)不良工況及時進行調整，對已出現(xiàn)的渣塊要及時清除，這是防止結渣的重要手段。