鍋爐除焦劑使用分析

五凌電力貴州黔東電力有限公司 王海濤

1.鍋爐結(jié)焦原因分析

受熱面上的灰污染按其粘結(jié)強(qiáng)度可分為松散性積灰和粘結(jié)性積灰（包括結(jié)焦）。松散性灰污的產(chǎn)生僅是一個(gè)物理過(guò)程。從技術(shù)角度出發(fā)，松散性灰污有時(shí)無(wú)法避免，且只要保證適當(dāng)?shù)氖軣崦娼Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸，組織好燃燒工況和保持足夠的氣流能量，并在必要時(shí)配合正常的定期吹灰等，即可將灰污染程度控制在合理的范圍內(nèi)。而對(duì)同時(shí)具有物理化學(xué)兩種作用的粘結(jié)性灰污（這種現(xiàn)象發(fā)生在鍋爐的高溫部分，例如爐膛稱(chēng)之為結(jié)焦），由于灰污層強(qiáng)度高，物理方法難以清除，且具有無(wú)限生長(zhǎng)的特性，帶來(lái)的危害性更大。運(yùn)行中影響鍋爐粘結(jié)性灰污(結(jié)焦)的因素是多方面的、復(fù)雜的，最主要的就是入爐煤的煤質(zhì)。

燃料中灰分含量高，灰熔點(diǎn)低，是鍋爐易結(jié)焦的原因之一。對(duì)煤種及燃燒方式的選擇，應(yīng)盡量選擇與設(shè)計(jì)煤種相符的煤種，當(dāng)燃煤為低灰熔點(diǎn)時(shí)，應(yīng)與灰熔點(diǎn)高的煤混燒。結(jié)焦是否產(chǎn)生還取決于燃煤的礦物質(zhì)特性。處于鍋爐燃燒中心（溫度達(dá) 1450～1650℃）的粉煤灰可能已全部熔化或表面熔化。在正常情況下，熔渣離開(kāi)燃燒中心碰到受熱面以前應(yīng)當(dāng)已冷卻成固體狀態(tài)，這樣與受熱面碰撞后仍被煙氣帶走，只會(huì)引起磨損，不致釀成結(jié)焦。若熔渣在與受熱面撞擊時(shí)，仍保持熔化狀態(tài)，則粘附在管壁上，形成結(jié)焦。造成鍋爐結(jié)焦的主要原因是灰份的成份及其熔點(diǎn)。煤灰中所含的SiO2、Al2O3、MgO、Fe3O4、Fe2O3、FeO、CaO、Na2O、K2O等各自有不同的熔點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，SiO2、Al2O3的含量高時(shí)，煤灰熔點(diǎn)也高；鐵和堿金屬的氧化物多時(shí)，煤灰熔點(diǎn)較低；具有助熔作用的CaO以及燃料中黃鐵礦（FeS）等多時(shí)，會(huì)使煤灰熔點(diǎn)下降；當(dāng)它們作為混合物晶體存在時(shí)，又會(huì)使煤灰熔點(diǎn)改變。如果灰渣中形成三元共晶體Al2O3·2SiO2+2FeO·SiO2+SiO2，則熔點(diǎn)只有1000～1100℃；形成二元共晶體CaO·FeO+CaO·Al2O3熔點(diǎn)為1200℃。

2.鍋爐除焦劑的除焦機(jī)理

添加化學(xué)藥品可改變礦物質(zhì)在爐內(nèi)的反應(yīng)歷程，從而改變其灰污特性。從30年代開(kāi)始有人研究并采用化學(xué)添加劑清除鍋爐受熱面上的積灰。60年代，以銅為主要成分的添加劑開(kāi)始用于解決爐膛結(jié)焦，并已開(kāi)發(fā)成產(chǎn)品在一些國(guó)家應(yīng)用。80年代我國(guó)的除焦劑（清灰劑）問(wèn)世，綜合起來(lái)主要有兩大類(lèi)：氧化型和鹽型，現(xiàn)已廣泛用于清除鍋爐受熱面上的灰污。

“速特威”2633鍋爐除焦劑屬于鹽型除焦劑，其工作原理是提高焦層共熔物的熔點(diǎn)，使之二次燃燒。在400℃的溫度下，會(huì)與焦層中的有機(jī)物發(fā)生自燃。在700℃的溫度時(shí)，在氣流的作用下，與焦層中的炭沫、硫磺和其它可燃物質(zhì)碰撞、摩擦?xí)l(fā)生燃燒和微爆現(xiàn)象，使焦層松化。除焦劑在深入焦層內(nèi)部過(guò)程中，改變焦層的晶格，使焦層的晶體由堅(jiān)硬的納長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石，改變?yōu)槭杷傻氖⒑湍獊?lái)石等。

對(duì)于鍋爐結(jié)焦，除焦劑雖不能防止其產(chǎn)生，但能改變其結(jié)焦強(qiáng)度，此時(shí)配合氣流的物理作用就能達(dá)到除焦的目的。因此在使用除焦劑時(shí)，配合正常的定期吹灰，效果更為明顯。

3.黔東除焦劑使用效果

黔東電廠#1、2爐采用東方鍋爐廠引進(jìn)福斯特惠勒公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造，型號(hào)DG2028/17.45-Ⅱ3，型式：亞臨界壓力，一次中間再熱的自然循環(huán)鍋爐，雙拱形單爐膛，W型火焰燃燒方式。兩臺(tái)機(jī)組分別于2008、2009年投產(chǎn)。投產(chǎn)以來(lái)結(jié)焦嚴(yán)重，為此，該廠自2012年開(kāi)始使用速特威(STW)2633液體除焦劑對(duì)#1、2爐進(jìn)行除焦。

(1)除焦的必要性

該廠鍋爐因采用W型火焰燃燒方式，導(dǎo)致?tīng)t膛火焰中心達(dá)1600℃以上，適應(yīng)煤種為無(wú)煙煤。但自投產(chǎn)以來(lái)一直燃用嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)的煙煤，且為高硫、高灰分煤種。因此兩臺(tái)爐自投產(chǎn)以來(lái)結(jié)焦嚴(yán)重，運(yùn)行一周左右即能在爐膛產(chǎn)生大量的爐焦。后#2爐經(jīng)廠家計(jì)算試驗(yàn)性的減少部分衛(wèi)燃帶后結(jié)焦嚴(yán)重稍微減輕，但隨之而來(lái)的是再熱汽溫偏低。#1爐衛(wèi)燃帶未進(jìn)行改造鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，隨之而來(lái)的是頻繁落焦問(wèn)題。落焦對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生很大的擾動(dòng)，造成鍋爐燃燒不穩(wěn)，甚至造成鍋爐滅火、機(jī)組跳閘，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。2010年以來(lái)，因爐膛落焦#1鍋爐發(fā)生數(shù)次因垮大焦導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)，被迫投油穩(wěn)燃；更嚴(yán)重的造成一次鍋爐滅火，多次因大焦導(dǎo)致?lián)圃鼨C(jī)鏈條卡澀，降負(fù)荷處理鏈條斷鏈時(shí)間長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行安全。由于結(jié)焦嚴(yán)重，鍋爐受熱面?zhèn)鳠嵝Ч艿胶艽笥绊?。一方面，造成爐膛出口區(qū)域煙氣溫度偏高，受熱面管束易超溫而縮短使用壽命，同時(shí)使鍋爐減溫水超量增大，降低機(jī)組效率；另一方面，造成鍋爐排煙溫度嚴(yán)重偏高排煙設(shè)計(jì)值為120℃，而實(shí)際運(yùn)行中，排煙溫度高達(dá)140～150℃，比設(shè)計(jì)值高20～30℃，從而使鍋爐排煙熱損失增大，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

鍋爐熄火造成機(jī)組跳閘，將對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊，影響到社會(huì)效益。機(jī)組效率降低造成發(fā)電煤耗上升，意味著能源消耗上升，煙氣、灰、渣排放量上升，對(duì)資源及環(huán)境保護(hù)造成不利影響。此外，機(jī)組跳閘后恢復(fù)過(guò)程中須投用助燃油，也會(huì)加大資源消耗。

(2)速特威-2633 除焦荊除焦原理及特點(diǎn)

速特威-2633鍋爐除焦劑為液態(tài)化學(xué)制品（硝酸鹽水溶劑），呈淡藍(lán)色，PH值4～6.1，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)爆炸危險(xiǎn)，對(duì)人體無(wú)危害，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。其除焦機(jī)理和過(guò)程為：除焦劑通過(guò)噴藥設(shè)備由看火孔噴入爐內(nèi)，在爐膛內(nèi)迅速汽化，隨后在隨煙氣氣流通過(guò)爐膛、過(guò)熱器、再熱器的同時(shí)，與受熱面的結(jié)焦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變焦塊（灰渣）原有堅(jiān)硬的鈾長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石的晶體結(jié)構(gòu)，使其變?yōu)槭杷傻哪獊?lái)石和石英，隨后在氣流的作用下（包括正常的定期吹灰）脫落，從而達(dá)到除焦的目的。實(shí)踐證明其除焦范圍大、效果好。噴藥過(guò)程中不會(huì)對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生任何不良影響。同時(shí)，在氣體排放中也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

(3)除焦劑使用效果

(a)排煙溫度變化

由于使用除焦劑減輕和清除鍋爐受熱面的結(jié)焦和高溫積灰，強(qiáng)化了鍋爐傳熱，因而降低了鍋爐的排煙溫度。根據(jù)鍋爐的DCS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，使用除焦劑的2012年鍋爐排煙溫度較2011年平均下降18℃，考慮到環(huán)境溫度2012年冬季較2011年秋季同期低，經(jīng)折算，在相同環(huán)境溫度的條件下，2012年排煙溫度較2011年降低約10℃。一般來(lái)說(shuō)，鍋爐排煙溫度每降低10～15℃，鍋爐效率可提高約1%，故可認(rèn)為鍋爐熱效率提高將近1%左右。如圖1所示。

圖1 #1爐使用除焦劑前后排煙溫度變化

(b)減溫水流量變化

圖2為#1爐使用除焦劑前后過(guò)熱器減溫水流量變化規(guī)律，使用除焦劑后過(guò)熱器減溫水流量在任何負(fù)荷下都有一定程度的下降，這使得機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有一定程度的提高。

圖2 #1爐使用除焦劑前后減溫水變化

(a)高溫過(guò)熱器出口煙溫變化

使用除焦劑以后，#1爐高溫過(guò)熱器出口煙溫變化如圖3所示，由圖可知：

圖3 使用除焦劑前后高過(guò)出口煙溫變化

(1)使用除焦劑以后，#1爐高溫過(guò)熱器出口煙溫總體呈下降趨勢(shì)。

(2)無(wú)論在任何負(fù)荷范圍，使用除焦劑后，#1爐高溫過(guò)熱器出口煙溫降低25～35℃左右。

(3)高溫過(guò)熱器出口煙溫下降，說(shuō)明高溫過(guò)熱器管組及之前受熱面（爐膛、屏過(guò)）的吸熱量增加，顯然，受熱面結(jié)焦不斷減少是導(dǎo)致這一變化的主要原因。

(d)提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性、保證鍋爐安全運(yùn)行

鍋爐使用除焦劑3-4個(gè)月后，鍋爐結(jié)焦程度大為減輕，基本看不到大的焦塊，從而有效地避免了因落焦造成的鍋爐滅火事故的發(fā)生，有力地保證了機(jī)組安全、可靠運(yùn)行，而鍋爐每次熄火可造成直接經(jīng)濟(jì)損失約 50萬(wàn)元。

(e)其它效益

(1)在使用除焦劑后，爐膛結(jié)焦減少，水冷壁吸熱增多，爐膛出口煙氣溫度合理，可有效防止過(guò)熱器受熱面超溫。

(2)鍋爐除焦后，機(jī)組運(yùn)行可靠性提高，有力地保證電網(wǎng)的穩(wěn)定，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

(3)使用除焦劑后，去除了鍋爐受熱面結(jié)焦，檢修期間可免除除焦工作，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.結(jié)論

黔東#1爐使用除焦劑后效果明顯，主要表現(xiàn)為鍋爐排煙溫度、過(guò)熱器減溫水流量、二級(jí)過(guò)熱器出口煙溫等參數(shù)開(kāi)始降低，說(shuō)明除焦劑對(duì)該公司的鍋爐有較為理想的除焦效果。

[1]岑可法,樊建人,池作,等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理和計(jì)算[M].北京:科學(xué)出版社,1994:1-5,267-269.

[2]林宗虎,徐通模.實(shí)用鍋爐手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999:89-98.