鍋爐爐膛結(jié)渣的原因和對安全運(yùn)行的影響分析

陳駿（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院）

隨著國內(nèi)大容量機(jī)組國產(chǎn)化技術(shù)的發(fā)展，火電機(jī)組的裝機(jī)容量越來越大。但因我國各地動力煤煤質(zhì)差異過大，爐膛結(jié)渣和受熱面沾污等現(xiàn)象較普遍，限制了鍋爐出力，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。針對各地煤質(zhì)特性特點(diǎn)，以及鍋爐本身的特性，預(yù)測煤質(zhì)結(jié)焦傾向，尋找防止和減輕結(jié)焦的方法和措施，對提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性有著重要的意義。

一、結(jié)渣的危害

所謂“結(jié)渣”是指在受熱壁面上熔灰積聚的過程。其本質(zhì)為當(dāng)溫度高于灰熔點(diǎn)的煙氣沖刷受熱面時(shí)，煙氣中熔融的灰渣粘附到受熱面上而形成的結(jié)渣。結(jié)渣輕則弱化傳熱、導(dǎo)致鍋爐熱效率降低和NOx排放量增加，重則會導(dǎo)致機(jī)組降負(fù)荷運(yùn)行或停爐，甚至發(fā)生其它更為嚴(yán)重的惡性事故。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力?；椅墼谑軣崦嫔铣练e后其熱阻很大，在水冷壁上結(jié)渣會使水冷壁導(dǎo)熱能力降低、爐內(nèi)吸熱量減少、爐內(nèi)火焰中心向后推移、爐膛出口煙溫相應(yīng)升高、排煙熱損失增大，影響運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。一般污染數(shù)小時(shí)后水冷壁傳熱能力會降低30%～60%。同時(shí)結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)由于傳熱阻力增大，鍋爐無法維持滿負(fù)荷運(yùn)行，只得增加投煤量，引起爐膛出口煙溫進(jìn)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(huán)，并誘發(fā)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(tǒng)堵死等。

1.2 由于爐膛出口煙氣溫度升高，會導(dǎo)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(jié)渣、沾污和腐蝕。

1.3 在噴燃器出口處，可能會因結(jié)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(shí)，會砸壞水冷壁管和排渣系統(tǒng)，有可能使排渣系統(tǒng)出口發(fā)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(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，因此引起電耗增加。并且由于通風(fēng)設(shè)備的容量有限，加之結(jié)渣時(shí)易發(fā)生煙氣通道阻塞，可能會造成引風(fēng)量不足。

二、引起鍋爐結(jié)渣的原因

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料對電廠結(jié)渣鍋爐進(jìn)行分析調(diào)查，影響燃煤鍋爐結(jié)渣因素主要有4個(gè):煤質(zhì)特性，鍋爐設(shè)計(jì)特性參數(shù)，爐內(nèi)燃燒的空氣動力場特性及鍋爐的運(yùn)行管理。鍋爐發(fā)生結(jié)渣多是各種因素復(fù)合作用的結(jié)果，以煤質(zhì)特性影響最大，鍋爐特性參數(shù)次之，然后是空氣動力場特性，運(yùn)行管理方面的原因也不可忽視。

2.1 煤質(zhì)特性

在影響結(jié)渣的因素中，煤質(zhì)特性是主要的。近幾年來，由于燃料供應(yīng)緊張，往往煤質(zhì)很難滿足鍋爐設(shè)計(jì)煤種的要求。煤在燃燒時(shí)，其灰分熔融特性溫度高低是判斷煤灰是否容易結(jié)渣的主要指標(biāo)?；业某煞植煌淙埸c(diǎn)也不同。當(dāng)煤中的硫化鐵、氧化亞鐵、氧化鉀和氧化鈉含量大時(shí)，灰熔點(diǎn)低，就容易結(jié)渣;當(dāng)煤中的氧化硅、氧化鋁含量大時(shí)，灰熔點(diǎn)就高，就不容易結(jié)渣。

2.2 鍋爐設(shè)計(jì)特性參數(shù)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(chǎn)生的煙氣冷卻至必要的程度。爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性對結(jié)渣影響很大，爐膛容積熱負(fù)荷qv、爐膛截面熱負(fù)荷qf是根據(jù)設(shè)計(jì)煤種和額定參數(shù)設(shè)計(jì)的。qv過大表示爐膛容積過小，爐膛水冷壁面積設(shè)計(jì)過小，爐膛內(nèi)火焰溫度高，容易造成結(jié)渣;相反，如果qv過小，則表示爐膛容積過大，爐內(nèi)水冷壁布置增加，爐膛內(nèi)火焰溫度偏低，容易滅火。爐膛截面熱負(fù)荷qf決定爐膛截面尺寸，qf越小，表示釋放同樣熱量時(shí)，爐膛截面愈大，爐膛截面周界長度也大，燃燒區(qū)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(qiáng)，就越不容易結(jié)渣。qf選取比qv更為重要，因?yàn)檫@一數(shù)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(guān)。隨著鍋爐容量的增大，燃燒器采用多層布置，燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷qf表示爐內(nèi)燃燒區(qū)域溫度水平與換熱強(qiáng)度，是設(shè)計(jì)大型鍋爐時(shí)作為qv和qf的一種補(bǔ)充指標(biāo)，qr越大說明爐膛燃燒區(qū)域受熱面溫度水平高，容易引起受熱面結(jié)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(yán)重結(jié)渣傾向的煤有利。

2.3 空氣動力場特性影響

爐內(nèi)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?zé)煔饬鳑_刷水冷壁面，使熔渣在接觸壁面前無法凝固而結(jié)渣。

2.4、運(yùn)行管理方面的原因

爐內(nèi)過量空氣系數(shù)、四角風(fēng)粉的均勻性、爐內(nèi)溫度水平、煤粉細(xì)度、一次風(fēng)速、鍋爐是否超負(fù)荷運(yùn)行等都會影響結(jié)渣。另外，是否及時(shí)吹灰對爐內(nèi)結(jié)渣也有影響。

三、運(yùn)行中防止結(jié)渣的措施

3.1、加強(qiáng)煤質(zhì)管理

應(yīng)加強(qiáng)對燃煤的分析，準(zhǔn)確判斷燃煤是否符合鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)或接近設(shè)計(jì)煤質(zhì)的主要特性。如果燃煤易結(jié)焦，在有條件的情況下可以摻燒不易結(jié)渣的其他煤種。

3.2、加強(qiáng)燃燒調(diào)整

通過試驗(yàn)進(jìn)行燃燒調(diào)整，確定鍋爐在不同的負(fù)荷下燃燒器及磨煤機(jī)的合理投運(yùn)方式，防止燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過于集中。盡量不要在高負(fù)荷時(shí)油煤混燒，以避免燃燒器區(qū)域出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象。通過試驗(yàn)，確立合理的經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度，確定合宜的一、二次風(fēng)的風(fēng)率、風(fēng)速和風(fēng)煤比，以及燃料風(fēng)、輔助風(fēng)的配比，避免火焰中心過分上移造成屏區(qū)結(jié)渣，避免火焰偏斜沖刷爐壁。

3.3、加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行工況的監(jiān)督

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有結(jié)渣現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，避免結(jié)渣擴(kuò)大化。定期分析鍋爐運(yùn)行工況，在燃用易結(jié)渣的煤時(shí)，要重點(diǎn)分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規(guī)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(yùn)行時(shí)，若發(fā)現(xiàn)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(shí)，應(yīng)適當(dāng)降負(fù)荷運(yùn)行并加強(qiáng)吹灰。

3.4、加強(qiáng)焦渣的清除

周期性地改變鍋爐負(fù)荷是控制大量結(jié)渣、掉渣的一種有效手段。在夜間電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)降低鍋爐負(fù)荷，可以有效地清除爐膛及過熱器區(qū)域的焦渣。堅(jiān)持按規(guī)程進(jìn)行爐膛吹灰，定時(shí)巡檢爐膛四周的著火孔，及時(shí)人工清除燃燒器區(qū)域的浮焦，避免結(jié)渣擴(kuò)大化，并加強(qiáng)吹灰器的缺陷管路的維修管理。

四、結(jié)論

引起鍋爐結(jié)渣的原因主要有煤質(zhì)特性、鍋爐設(shè)計(jì)特性參數(shù)、空氣動力場特性和運(yùn)行管理這四方面的原因。鍋爐發(fā)生結(jié)渣多是各種因素復(fù)合作用的結(jié)果，以煤質(zhì)特性影響最大，鍋爐特性參數(shù)次之，然后是空氣動力場特性，運(yùn)行管理也不可忽視。認(rèn)真分析具體鍋爐的結(jié)渣原因，實(shí)施有針對性的對策，鍋爐結(jié)渣還是可以解決的。

[1]羅曉，鄭永利.鍋爐受熱面結(jié)渣的危害與預(yù)防.石油化工腐蝕與預(yù)防，2004，21(3):60～62.

[2]韓天財(cái).燃煤鍋爐塌焦運(yùn)行特征及預(yù)防措施.東北電力技術(shù)，2006，10:24～26.