燃煤鍋爐爐內結渣影響因素

1、燃煤鍋爐爐內結渣影響因素分析燃煤電廠爐內結渣是許多電廠經常遇到的難題之一，也是確保火力電廠安全 經濟平穩(wěn)運行必須解決的重大課題之一。幾十年來，國內燃煤電廠由于爐內結渣 引起的各種設備、人身事故不計其數，輕則導致鍋爐低負荷運行或停爐清渣，產 生巨大經濟損失，重則導致設備損壞，甚至引發(fā)人身事故。結渣的本質就是熔化的固體雜質與鍋爐內粘結的灰塵在高溫條件下凝固在 爐壁上而產生的一種現象，具體地說就是當爐內溫度高于灰塵熔點并受到煙氣的 不斷沖刷時就會使得灰渣凝結在爐壁上而造成結渣，由上述描述可推知產生結渣 有以下幾方面的原因：（1）爐內溫度要高于灰塵熔點，使灰塵熔化；（2）氣流要不斷沖刷受熱面，使熔灰有

2、機會到達壁面并粘結在上面；（3）爐壁要有利于灰塵的凝固，即水冷壁對熔灰的冷卻性差，煤灰未在爐 膛出口處凝固而是粘黏在爐壁上形成爐渣。下面將分別從這幾個方面對爐內結渣的影響因素進行具體分析，指出爐內結 渣的危害及防治措施。一、影響因素煤灰特性和化學組成煤灰成分與組成是產生鍋爐結渣的根源。一般灰熔點低的煤容易結渣，與 此同時，低熔點灰分通常粘性也強，因而增加了結渣的可能性。1.1.灰的熔化溫度灰熔溫度同灰的成分有關，灰中的酸性氧化物，如SiO2, A12O3和TiO2等 都是聚合物的構成者，因此會提高灰的熔化溫度；堿性氧化物則相反，如CaO, MgO和Na2O等都是聚合物的破壞者，會降低灰的熔化溫

3、度。但這種解釋對含 有大量堿性物的灰來說不適用，所謂“褐煤型灰”就會有大量CaO和MgO,其 量比Fe2O3多得多，這些灰中的SiO2、Fe2O3、Na2O和K2O都會降低軟化溫 度，而A12O3、CaO和MgO卻提高軟化溫度?；抑需F的作用，要視其氧化狀態(tài)而定，三價鐵是聚合物的構成者，提高灰熔溫度；二價鐵則是聚合物的破壞者，降低灰熔溫度?；业娜刍瘻囟仍谘趸諊c還原氛圍中是不同的，兩者的差異是隨著灰中 CaO和MgO成分的增加而變小。1.2渣的粘度焦渣的粘度隨溫度而變化，溫度升高，粘度變小，超過某一臨界值時，焦渣 便成液相，可在水冷壁表面形成一薄層而自由流動，焦渣粘度溫度曲線是預示煤 粉爐結渣

4、傾向的重要指標。研究表明，焦渣粘度與煤灰化學成分有關，當煙煤焦 渣溫度超過其臨界粘度相對應的溫度Tcv后，焦渣粘度就與灰分中的硅比SiO2/ (SiO2+ Fe2O3+ CaO+ MgO)有一定的關系。英國根據(SiO2/ A12O3)、Fe2O3、 CaO、MgO來確定與臨界粘度相對應的溫度。從臨界粘度(約1020Pa - s到約104Pa - s范圍內的焦渣呈塑性狀態(tài)液固兩 相混合)，可根據其所對應的溫度區(qū)域考慮吹灰器的型式和位置。爐膛溫度水平2.1爐內溫度影響結渣的因素很多，從爐膛結構來考慮，主要是溫度的影響，尤其是燃燒 器區(qū)域的溫度水平。著火穩(wěn)定性強的爐膛結構，結渣的可能性也越大。2.

5、1.1爐膛截面熱負荷qAqA值過大，容易引起結渣。爐膛截面熱負荷qA的意義是指在單位時間內、單位爐膛橫截面積上，燃料 燃燒放出的熱量。qA值過大，就表明爐膛周界過小，所能布置的水冷壁管子根 數就少。在燃燒器區(qū)域，由于燃燒放熱比較集中，如果沒有足夠的水冷壁吸收燃 燒釋放的熱量，就會導致火焰溫度很高，以至于當煙氣中的灰渣靠近爐壁時，未 能得到充分冷卻，而引起結渣。相反，qA過小，就表明爐膛周界過大，所能布 置的水冷壁管子根數增加，這時有利于減輕結渣，減少污染物的生成量。2.1.2燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷qRqR值越大，越容易引起結渣。燃燒器區(qū)域的壁面熱負荷qR的意義是指在單位時間內、燃燒器區(qū)域的單位

6、 爐壁面積上，燃料燃燒放出的熱量。qR值越大，說明火焰越集中，燃燒器區(qū)域 的溫度水平就越高，爐內溫度易高于灰熔點，容易造成燃燒器區(qū)域的壁面結渣。2.1.3爐膛容積熱負荷qVqR值過大，容易引起爐膛上部受熱面結渣。爐膛容積熱負荷qV的意義是指在單位時間內、單位爐膛容積內，燃料燃燒 放出的熱量。qV 一般用來代表燃料在爐內的停留時間，也可以說明爐內的溫度 水平。qV過大，說明在單位時間，單位爐膛容積內燒了過多的燃料，產生的煙 氣量隨著增多，煙氣流速過高，一部分燃料來不及完全燃燒就被排出爐外，即燃 料在爐內停留時間減短。這表明爐膛容積過小。此時由于爐內所能布置的水冷壁 受熱面太少，煙氣到達爐膛出口時

7、得不到充分冷卻，爐膛出口煙溫升高，會使爐 膛上部受熱面結渣。2.1.4燃料的發(fā)熱量和鍋爐負荷燃用發(fā)熱量較高或較低的煤都會加劇結渣。實際用煤發(fā)熱量高于設計發(fā)熱量 是，爐膛溫度及出口煙溫上升幅度大，熔融狀態(tài)的灰粒只要碰撞在水冷壁上就會 造成結渣；燃用低發(fā)熱量煤時，灰含量增加，局部熱負荷過高而引起結渣。鍋爐負荷越高，送入爐內的熱量也越多，結渣的可能性也越大。火焰中心上移和火焰貼墻3.1火焰中心上移若火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，會導致爐膛出口處的受熱面結渣。導 致火焰中心上移的原因：（1）煤粉細度 粗煤粉燃燒時間比較長，當煤粉中粗煤粉比例增加時，容易 引起火焰延長，導致爐膛出口處的受熱面結渣；但對

8、于高揮發(fā)份的煤，如煤粉太 細，則會因著火點前移，使噴嘴出口及其附近區(qū)域結渣。（2）爐膛負壓太大時，爐內氣流會明顯上翹，火焰中心上移，爐膛出口煙 溫升高，引起過熱器結渣。3.2火焰貼墻3.2.1直流燃燒器次風氣流偏斜采用四角燃燒方式的鍋爐，運行中容易發(fā)生氣流偏斜而導致火焰貼墻，引起 結渣。引起燃燒器出口氣流偏斜的主要原因是：（1）鄰角氣流的撞擊是氣流偏斜的主要原因。射流自燃燒器噴口射出后， 由于受上游鄰角氣流的直接撞擊，撞擊點越接近噴口，射流偏斜就越大；撞擊動 量越大，氣流偏斜就越嚴重。（2）射流偏斜還受射流兩側補氣條件的影響。如果射流兩側補氣條件不同， 就會在射流兩側形成壓差，向火面的一側收到

9、鄰角氣流的撞擊，補氣充裕，壓力 較高；而背火面的一側補氣條件差，壓力較低。這樣，射流兩側就形成了壓力差， 在壓力差的作用下射流被迫向爐墻偏斜，甚至迫使氣流貼墻，引起結渣。（3）氣流剛性小時，氣流容易發(fā)生偏斜，更易引起火焰貼墻。氣流剛度與 一次風速度有關，一次風速度過小，會導致氣流剛度下降；燃燒器的高寬比對射 流彎曲變形影響較大，高寬比越大，射流形狀越寬而薄，剛性就越差。爐內四股氣流的相互作用，不僅影響到氣流的偏斜程度，也會影響假想切圓 直徑。切圓直徑過大時，火焰容易貼墻，引起結渣；火焰旋轉強烈時，產生的旋轉 動量矩大，同時因為高溫火焰粘度很大，到達爐膛出處，旋轉殘余較大，這將使 爐膛出口煙溫分

10、布不均勻程度加大，引起將較大熱偏差，導致過熱器結渣或超溫。3.2.2旋流燃燒器一一旋流強度對于布置旋流燃燒器的爐膛，當旋流強度過大時，會形成飛邊火焰，引起結 渣；若旋流強度過小，氣流長度太長時，可能使氣流直沖對面爐墻或頂撞對面的 火焰而導致結渣。壁面對熔灰冷卻性差一一衛(wèi)燃帶和結渣壁面已結渣時，會降低爐膛的冷卻能力，引起進一步的結渣，如此循環(huán)作用， 爐渣就會越積越多。衛(wèi)燃帶是通過提高燃燒器附近煙氣溫度來改善穩(wěn)燃性能的。實踐證明：衛(wèi)燃 帶可有效提高燃燒器區(qū)域附近的煙氣溫度，提高幅度可達200C左右，是解決低 值煤在低負荷時穩(wěn)定、高效燃燒的一種有效途徑。然而，當水冷壁表面敷設衛(wèi)燃帶后，其表面溫度顯著

11、升高。由于衛(wèi)燃帶是敷 設在水冷壁的表面而與爐膛火焰直接接觸，其必然受到爐膛內高溫煙氣流的沖 刷；因此其外表面極易與高溫熔融的煤灰顆粒發(fā)生反應，使灰在其表面附著、沉 積，直至與其致密結合而侵蝕衛(wèi)燃帶，即結渣。由于目前在爐內敷設的衛(wèi)燃帶其位置與面積在運行中不能改變且表面比較粗糙的問題，因而運行中當煤質變化較大時，衛(wèi)燃帶表面容易引起結渣，或使爐 膛出口煙溫過高而出現過熱器超溫等現象。過量空氣系數當爐內局部區(qū)域過量空氣過小且煤粉與空氣混合不均勻時，可能產生還原性 氣氛，而煤粉在還原性氣氛中不能充分氧化，灰分中Fe2O3被還原成Fe，FeO與 SiO2形成共晶體，其熔點溫度就會降低，有時會使熔點下降15

12、0-200C，結渣傾 向隨之增加。采用高煤粉濃度燃燒方式時，由于燃燒放熱過于集中，使局部區(qū)域 溫度升高且處于還原性氣氛中，結渣也會傾向嚴重。輔機的運行輔機的運行也會對鍋爐爐內結渣產生影響，磨煤機出力降低時，煤粉顆粒 變粗，進入鍋爐的煤粉燃燒不完全，煤粉在爐內停留時間長，影響爐膛出口煙溫。 同時由于慣性大，容易被甩到受熱面上造成結 渣；若磨煤機出力增加時，煤粉 顆粒變細，易被金屬吸附，使得表面溫度升高，同時爐膛的出口溫度將升高，也 易引起結渣。給粉機運行不正常時，也會促進灰熔融軟化，導致負荷波動很大； 吹灰器故障或者吹灰不及時也會導致結渣。這些輔機的運行工況在很大程度上加 劇了爐膛結渣。其它吹灰

13、：吹灰器長期不投，受熱面積增多時，可能導致結渣。單只燃燒器功率：單只燃燒器功率過大，會使爐膛受熱面局部溫度過高，易 于結渣。二、受熱面結渣的危害積灰或結渣的危害是相當嚴重的，根據運行經驗，可歸納為下述幾個方面：使爐內傳熱變差，加劇水冷壁結渣過程；爐膛出口的受熱面結渣或超溫；爐膛內未結渣的受熱面金屬表面溫度升高，腐蝕性氣體增加，引起高溫腐 蝕；排煙溫度提高，鍋爐效率降低；結渣嚴重時，大塊渣落下，可能撲滅火焰或砸壞爐底水冷壁，造成惡性事故。三、防止爐內結渣的措施1.爐膛設計中防止結渣的措施1.1鍋爐設計的前提眾所周知，鍋爐必須按一定的煤質特性來設計制造。因此，正確地選定設計煤 種，以期在電站建成后

14、，從煤的產、供、銷、運等方面都得到保證,是使機組能在設 計條件下正常運行,充分發(fā)揮其應有效益的基本前提,必須充分重視。根據對我國 煤質性質及燃燒效果的分析，有些鍋爐結渣并非都是運行不當或設計不正確的結 果,而是煤根本不適于所用的燃燒方式。例如固態(tài)排渣煤粉爐燃用灰分高、灰熔 點過低的煤，就不可避免地會嚴重結渣，而液態(tài)排渣煤粉爐或流化床燃燒鍋爐，則 恰恰適用于這種煤種?？梢姼鶕悍N性質選擇正確的燃燒方式，是避免燃燒某些 煤種造成鍋爐結渣的根本性措施。1.2正確設計爐膛結構,合理布置輻射受熱面過去爐膛設計最重要的結構設計指標是爐膛容積熱強度和爐膛斷面熱強度， 整個爐膛設計合理的判斷指標是爐膛出口煙溫

15、應低于燃料的灰熔點。然而對 300MW及以上鍋爐爐膛設計的研究表明，大型鍋爐爐膛結構設計的指標遠不止 這幾項。除爐膛容積熱強度、爐膛斷面熱強度外，還有燃燒器區(qū)域的熱強度、爐 膛輻射受熱面熱強度、最上層燃燒器中心距分隔屏式過熱器底部的高度、以及最 下層燃燒器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指標。加設這些指標的目的是不僅 要滿足爐膛燃燒和傳熱的要求，還要保證爐膛運行安全可靠。1.3燃燒器的設計1.3.1燃燒器功率的選擇和布置大容量鍋爐的特點是燃燒器數量多，必須多排布置。近年來，特別受到NOx排放量 的限制，趨向于采用單支熱功率較小的燃燒器,因此需用燃燒器區(qū)域壁面熱強度反 映燃燒器區(qū)域火焰集中的情況。

16、燃燒器區(qū)域壁面熱強度隨鍋爐容量變化不大，數 值大約在1.42.0MW/m2之間。對燃用灰熔點低的煤，為防止運行結渣可將高度 方向的距離拉開,使燃燒器區(qū)域的溫度水平降低。例如盤山電廠的500MW鍋爐, 設計燃燒器區(qū)域壁面熱強度取值只有0.9MW/m2,保證了運行多年而不結渣。燃 燒器高度確定后，還要校核最上排燃燒器至分隔屏過熱器底部的高度，以避免火焰 直接沖刷屏底和滿足火焰有效燃燼高；校核最下排燃燒器至冷灰斗轉角處的距離, 避免火焰直接沖刷冷灰斗斜面。1.3.2在受熱面附近制造氧化性氣氛采用直流燃燒器可在其上下端增設防焦風室。直流燃燒器還可采用低NOx 同心燃燒系統(tǒng)。偏置的二次風角度可推遲風粉混

17、合時間，抑制NOx生成，同時可使 煤粉氣流位于爐膛中心，水冷壁附近為氧化性氣氛，其效果可避免火焰沖墻，提高 灰熔點。采用旋流燃燒器應使每個燃燒器之間盡量不相互影響，尤其是靠近側墻 的燃燒器應與側墻有足夠的距離，以免側墻結渣及發(fā)生高溫腐蝕。此外還可在爐 膛下部設計邊界屏幕風系統(tǒng)，使下爐膛的爐墻表面形成一層氧化性的屏幕風，提高 灰熔點防止結渣。1.4有關爐膛的其它細節(jié)設計（1）吹灰器是防止爐膛嚴重結渣所必須的設備，同時它還可提高鍋爐效率， 是節(jié)能的重要手段。因此爐膛必須配置吹灰器，并要保證吹灰器的制造和安裝質 量。（2）在爐膛容易結渣的部位，如一次風噴口處，燃燒器區(qū)域的左右側墻邊上, 折焰角附近,

18、靠近冷灰斗斜坡處等，應布置觀察孔、打渣孔，并便于運行人員接近作 檢查維護工作。（3）爐膛冷灰斗設計角度應不小于50，冷灰斗處的水冷壁管和支撐結構 應能承受大塊焦渣的墜落撞擊和異常運行時焦渣大量堆積的荷重。（4）鍋爐爐底除渣設備的可靠運行不可忽視，元寶山電廠和石洞口二廠的 600MW鍋爐運行初期發(fā)生爐底嚴重結渣，均與除渣設備的設計錯誤和運行不良、 排渣不暢有關，因此除渣設備的設計、制造、安裝、施工質量等都應引起充分注 意。2運行中防止結渣的措施21加強燃料管理保證按設計煤種運行是電廠保持良好運行性能的關鍵因素。電廠燃料供應應 符合鍋爐設計煤質或接近設計煤質的主要特性（灰分、灰熔點、水分、揮發(fā)分）

19、。 嚴重不符合本廠鍋爐燃燒要求的燃煤,電廠有權拒絕接收。煤場存煤要按不同煤 質進行分堆，根據實際煤質情況配制入爐煤。有條件時，可摻燒其它不易結渣的煤 種（但也要符合設計煤質要求）。每天及時準確地提供入爐煤的工業(yè)分析和灰熔點, 供運行人員參考,以利鍋爐燃燒調整。2.2通過燃燒調整試驗建立合理的燃燒工況燃燒調整試驗的目的是使鍋爐在最佳工況下運行，其內容應包括：（1）制定鍋爐在不同負荷下最佳工況運行的操作卡。確定不同負荷下燃燒 器及磨煤機的投運方式,防止燃燒器區(qū)域熱負荷過于集中；確定鍋爐不投油穩(wěn)燃 的最低負荷，盡量避免在高負荷時油煤混燒，造成燃燒器區(qū)域局部缺氧和熱負荷過 高。（2）確定煤粉經濟細度；保證各支燃燒器熱功率盡量相等，且煤粉濃度盡量 均勻。（3）確定擺動式燃燒器允許擺動的范圍，避免火焰中心過分上移造成屏區(qū) 結渣,或火焰中心下移導致爐膛底部熱負荷升高和火焰直接沖刷冷灰斗。（4）確定不同負荷下的最佳過剩空氣系數,調整一、二次風率、風速和風煤 配比，以及燃料風、輔助風的配比等，使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近