某300MW鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象分析

謝召祥 安冬冬 張本強(qiáng) 邢曜宇 張 健 楊祖旺

（1. 華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266000；2. 西安格瑞電力科技有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

某電廠現(xiàn)總裝機(jī)容量為4×30萬千瓦熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，一期1#、2#機(jī)組為純凝機(jī)組，二期3#、4#機(jī)組為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，總抽氣能力為800噸/小時(shí)，分別于2005和2006年投產(chǎn)。一、二期機(jī)組鍋爐為上海鍋爐有限公司采用美國CE公司引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造的亞臨界、中間一次再熱、控制循環(huán)汽包爐。采用鋼球磨，中間倉儲(chǔ)式，熱風(fēng)送粉，四角切圓燃燒。主要參數(shù)以MCR工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，MCR即在汽機(jī)主汽門全開，且超壓5%，機(jī)組電負(fù)荷為333.3MW情況下的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h，鍋爐額定工況，蒸發(fā)量為907t/h，電負(fù)荷為300MW。鍋爐采用單爐膛、Π型、露天布置，全懸吊結(jié)構(gòu)，爐前布置有三臺(tái)低壓頭無填料密封循環(huán)泵，其中二臺(tái)泵投運(yùn)就可滿足鍋爐MCR出力，爐后尾部布置二臺(tái)型號(hào)為29-V1(T)-2003-MOD的三分倉轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器，直徑為10.3m，一、二次風(fēng)進(jìn)出口均為分隔布置，一次風(fēng)分隔角度為35°，二次風(fēng)為145°，反轉(zhuǎn)。構(gòu)架為全鋼結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)栓連接。

鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題：停爐檢查發(fā)現(xiàn)，該鍋爐水冷壁區(qū)域存在不同程度的腐蝕與掛渣現(xiàn)象，其中向火側(cè)區(qū)域較為嚴(yán)重。前墻：標(biāo)高約28米處靠近右墻側(cè)有約0.5×0.4×0.1m的焦塊，標(biāo)高23～26米從右墻側(cè)到左墻側(cè)約2/3的面積有掛焦痕跡，標(biāo)高21～23米靠近右墻側(cè)部分水冷壁管道表面有脫落，顏色呈銹黃色；后墻：標(biāo)高約28米處靠近左墻側(cè)有兩塊大小分別為2×0.5×0.1m、0.5×0.3×0.1m的焦塊，標(biāo)高20～25m處左墻側(cè)到右墻側(cè)約2/3的面積有掛焦痕跡；左墻：標(biāo)高約29m處靠近前墻側(cè)第一個(gè)吹灰器處有一塊約2×1.5×0.2m的焦塊，標(biāo)高20～26m有掛焦痕跡，前墻側(cè)多于后墻側(cè)；右墻：靠近后墻側(cè)的燃盡風(fēng)噴口下有寬度約0.5m的焦塊，標(biāo)高23-26m后墻側(cè)到前墻側(cè)約1/3的面積有掛焦，標(biāo)高20～24m處靠近后墻側(cè)腐蝕明顯，有大量小塊狀管壁脫落形成的痕跡。

1 渣樣分析

借助X射線熒光探針（XRF）和X射線衍射（XRD）對(duì)掛壁焦塊進(jìn)行了元素和表面相分析，揭示結(jié)焦演化機(jī)理。激發(fā)X射線為CuKα（λ=0.154 nm），電流為40mA，加速電壓為40kV，掃描速度為10°/min。

水冷壁區(qū)域的渣樣，由于重力作用，掉落在鍋爐底部渣池中，對(duì)收集的渣樣進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如下，如圖1所示。

圖1 渣樣XRD分析

渣樣的主要成分是莫來石。煤粉爐內(nèi)溫度較高，可達(dá)1400℃，煤中礦物質(zhì)如SiO2、Al2O3等通過燒結(jié)，固化反應(yīng)成莫來石，其主要反應(yīng)式如下：

在2θ角10～40°范圍，出現(xiàn)大的包絡(luò)線，說明含有大量非晶態(tài)物質(zhì)，這部分非晶態(tài)物質(zhì)主要為無定型二氧化硅，從圖2的元素分析成分可知，渣樣主要元素為Si、Al、Fe、Ca等。

圖2 渣樣主要元素分析

2 結(jié)渣成因分析

結(jié)渣是指由高溫?zé)煔鈯A帶的熔化或部分熔化的粘性顆粒碰撞在爐墻或受熱面上，粘結(jié)形成灰渣層。水冷壁的結(jié)渣大致可以有四種類型[1,2]：

（1）機(jī)械沉積。由于水冷壁表面粗糙和各種引力的作用，使細(xì)粒飛灰堆積而形成疏松的灰污層，機(jī)械沉積物易于用吹灰器清除；

（2）粘結(jié)沉積物。由于灰中堿金屬氧化物在高溫?zé)煔庵猩A，遇冷凝結(jié)在水冷壁上，或由于灰層中國灰粒相互產(chǎn)生化學(xué)作用而形成低熔點(diǎn)化合物形成粘性沉積物。由于粘結(jié)強(qiáng)度不大，能部分被吹灰清除；

（3）燒結(jié)性積灰。高溫升華后凝結(jié)在水冷壁上的堿金屬氧化物與煙氣中的三氧化硫、氧化鋁、氧化鐵等發(fā)生化合反應(yīng)，形成各種硫酸鹽。或者煤燃燒時(shí)釋放出來的鈉和鉀與煙氣中的三氧化硫反應(yīng)生成氣態(tài)的硫酸鈉和硫酸鉀，擴(kuò)散及凝結(jié)在溫度較低的管壁上。上述積灰被長時(shí)間高溫?zé)Y(jié)形成密實(shí)的積灰層，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，較難清除；

（4）熔渣層。沾污灰層表面溫度較高，且粗糙。熔化灰粒極易在上面粘結(jié)，而不像碰撞在溫度較低的水冷壁管時(shí)凝固下落。粘結(jié)灰層由于得不到冷卻，表面是熔化狀態(tài)，更易不斷粘結(jié)灰粒，使灰渣層變厚、溫度更高，直至表面熔化成液態(tài)渣流走，達(dá)到平衡為止。

渣層伴隨化學(xué)反應(yīng)能夠無限地增長，堅(jiān)硬而不易清除。不僅僅在背風(fēng)側(cè)，而且更多地在迎風(fēng)面形成，有分層，各層的化學(xué)成分不同，顏色也有差異，灰的粘性是由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物而來。高溫粘結(jié)灰的形成關(guān)鍵在于首先形成一層處于熔化或軟化的粘性灰層，靠這一層粘性灰的捕捉作用積聚飛灰粒子，被捕捉到的飛灰在化學(xué)作用下形成緊密的灰層。影響高溫粘結(jié)灰的主要因素[3～5]：（1）燃料成分 產(chǎn)生粘結(jié)灰的源頭；（2）燃燒方式 煤粉爐產(chǎn)生的高溫粘結(jié)灰的程度是不同的，也即最終歸結(jié)為燃燒強(qiáng)度不同，積灰程度不同，強(qiáng)度高，升華物多，高溫粘結(jié)灰嚴(yán)重；（3）溫度水平 高溫粘結(jié)灰發(fā)生在溫度較高的區(qū)域；（4）煙氣流速 煙氣流速越高，積灰越少，鍋爐中的經(jīng)濟(jì)煙氣流速一般為8～12m/s。

3 減輕或防止高溫粘結(jié)灰的措施與建議

設(shè)計(jì)時(shí)，嚴(yán)格選定爐膛斷面熱負(fù)荷及爐膛出口煙溫，不要過大。正確設(shè)計(jì)和布置受熱面，例如拉大橫向節(jié)距，加入添加劑，改變灰的化學(xué)成分，使其不易形成粘結(jié)灰或形成機(jī)械強(qiáng)度小的灰。采取有效的吹灰裝置，如壓縮空氣吹灰，水力吹灰，振動(dòng)吹灰和鋼珠吹灰等，并且運(yùn)行一開始就正常投入吹灰裝置，限制第一層升華灰的形成。

（1）控制煤粉細(xì)度。煤粉過細(xì)，著火提前，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷較高，容易造成噴嘴燒壞，煤粉過粗，著火推遲，不易燃盡，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，在慣性力的作用下，熔融灰粒容易脫離主流，撞擊爐墻，導(dǎo)致爐膛及出口受熱面結(jié)渣；

（2）鍋爐切圓直徑不宜過大，切圓直徑過大，氣流刷墻，未燃盡的煤粉會(huì)在近壁面處燃燒，造成局部缺氧，在還原性氣氛下，熔渣灰熔點(diǎn)進(jìn)一步降低，更容易粘附飛灰顆粒，渣體進(jìn)一步長大；

（3）控制爐膛容積熱負(fù)荷和截面熱負(fù)荷。容積熱負(fù)荷高，爐膛出口煙溫高，易造成爐膛出口受熱面結(jié)渣，截面熱負(fù)荷高，易造成燃燒器區(qū)域結(jié)渣；

（4）保持爐膛出口氧量合理，爐膛出口氧量不宜過低，否則爐內(nèi)還原性氣氛加重，容易造成灰渣灰熔點(diǎn)降低，結(jié)渣嚴(yán)重。

4 結(jié)語

通過對(duì)本廠渣樣的取樣分析，得出本廠渣樣的晶相主要成分是莫來石，其形成原因主要與煤灰熔點(diǎn)、氣氛等因素有關(guān)，主要是煤灰中二氧化硅和氧化鋁高溫熔融反應(yīng)所致，主要元素為Si、Al、Fe、Ca等。