浅析锅炉结焦及其对策
摘要: 锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力，使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性，还可能造成烟气通道的堵塞，影响了锅炉的安全运行，严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。如何有效控制锅炉结焦、积灰成为提高锅炉效率的重要课题。关键词：锅炉；结渣；积灰；灰渣清除
引言
电站锅炉主要以煤作为燃料，其燃烧产物中含有大量的灰粒、硫和氮的氧化物等物质，这些物质在锅炉运行的过程中有时会以各种形式沉积在受热面的表面，造成受热面的结渣和积灰。锅炉结渣、积灰不但增加了锅炉受热面的传热阻力，使受热面传热恶化、煤耗增加、降低锅炉的热经济性，还可能造成烟气通道的堵塞，影响了锅炉的安全运行，严重时会发生设备损坏、人身伤害事故。
一、锅炉结焦原因浅析
电站锅炉结渣是客观存在、不可避免的，从现有大机组生产运行情况看,有相当数量的机组为不同程度的结渣问题所困扰。这一方面是由于锅炉结渣的客观规律性所决定的，在另一方面还受我国在现阶段燃煤情况影响。这两个客观存在的情况就加剧了电站锅炉的结渣现状。
结渣机理探讨锅炉结渣是个很复杂的物理化学过程,它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结渣倾向、煤灰粒子在炉内运动以及煤灰与管壁间的粘附等复杂过程,至今还没有能定量描述结渣过程的数学模型。根据研究结果,可以从下面一些过程来探讨结渣机理。
结渣积灰的基本形式及原因：
（一）锅炉的结渣：在煤粉炉和燃油炉中，燃烧火焰中心温度在1500~1700℃之间。燃料中的灰在这样高的温度下大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热，从燃烧火焰中心向外，越接近水冷壁温度越低。在正常情况下，随着温度的降低，灰份将从液态变为软化状态进而变成固态。如果灰还保持着软化状态就碰到受热面时，由于受到冷却而粘结在受热面上，形成结渣（俗称结焦）。
（二）锅炉的积灰：锅炉受热面上的积灰有粘结性和疏松性积灰两种。粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒，并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。当锅炉的燃烧不正常时，烟气中带有大量的碳粒子，这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽。二氧化硫和水蒸汽又化合成亚硫酸（H2SO3）。亚硫酸是很强的还原剂，会再次氧化成硫酸（H2SO4）；碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也会直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子具有很强的粘性，它沉积在受热面上不仅很牢固，而且硫酸有很强的腐蚀性，它与受热面作用生成硫酸亚铁（FeSO4），更增加的这种灰的牢固性。随着燃料中含硫量的增加，粘结性积灰的可能性也增加。疏松灰是各种锅炉中最常见的积灰方式，它发生在锅炉的`所有受热面上，煤粉炉主要是这一类积灰。当烟气冲刷管束时，管子的背面形成涡流区，大的灰粒因其运动惯性动能大，不容易卷进涡流区；但小的灰粒则容易被卷近旋涡撞在管壁上，并通过静电引力及摩擦阻力等方式粘结在上面形成积灰。
（三）锅炉结渣的其他原因：①燃烧过程中空气供应量不足。煤灰是多成分的复杂化合物,同一煤种的灰渣在不同的烟气或气体介质中,化学成分会发生变化,灰熔点也随着成分的改变而改变。②一次风门与二次风门调节不当锅炉运行的配风方式也是影响结渣或积灰的主要因素。
③磨煤机及给粉机故障煤粉细度和粒度分布对锅炉结渣有一定影响，煤粉过细、过粗均可能引起结渣。④锅炉高负荷连续运行锅炉结渣、积灰随锅炉负荷及烟气温度的增加而增加。⑤锅炉设计不当及安装或检修质量不好，结渣和积灰不仅与煤灰性质有关，而且同锅炉设计参数密切相关，主要是炉膛热负荷（包括炉膛容积热负荷和断面热负荷）、煤粉在炉膛内逗留的时间、燃烧器结构形式以及受热面的布置等。⑥煤质发热量过高或过低大家知道,煤的发热量过低,对锅炉的安全运行危害极大,但是对于按设计煤种设计的锅炉来说,是不是煤的发热量越高越好呢？答案是否定的。因此,要改变发热量高的煤就是优质煤,就是好煤的观念。这是因为当燃煤的发热量高于设计值太多时,炉膛温度及出口烟温骤升,即使燃用煤的ST值大于设计煤种的ST值,仍可能造成灰的熔融软化,而导致锅炉结渣,甚至被迫停炉。在这种情况下,锅炉结渣不是因为灰熔点低,而是因为所燃用的煤的发热量太高造成的。 二、锅炉结焦的控制措施
通过上面的分析和研究，合理控制炉内结焦的措施大致可以分为以下几点：
（一）炉膛设计中防止结渣的措施。锅炉设计的前提众所周知,锅炉必须按一定的煤质特性来设计制造。因此,正确地选定设计煤种,以期在电站建成后,从煤的产、供、销、运等方面都得到保证,是使机组能在设计条件下正常运行,充分发挥其应有效益的基本前提,必须充分重视。根据对我国煤质性质及燃烧效果的分析,有些锅炉结渣并非都是运行不当或设计不正确的结果,而是煤根本不适于所用的燃烧方式。可见根据煤种性质选择正确的燃烧方式,是避免燃烧某些煤种造成锅炉结渣的根本性措施。
（二）运行中防止结渣的措施。加强燃料管理保证按设计煤种运行是电厂保持良好运行性能的关键因素。每天及时准确地提供入炉煤的工业分析和灰熔点,供运行人员参考,以利锅炉燃烧调整。通过燃烧调整试验建立合理的燃烧工况，燃烧调整试验的目的是使锅炉在最佳工况下运行,其内容应包括（1）制定锅炉在不同负荷下最佳工况运行的操作卡。（2）确定煤粉经济细度；保证各支燃烧器热功率尽量相等,且煤粉浓度尽量均匀。（3）确定摆动式燃烧器允许摆动的范围,避免火焰中心过分上移造成屏区结渣,或火焰中心下移导致炉膛底部热负荷升高和火焰直接冲刷冷灰斗。（4）确定不同负荷下的最佳过剩空气系数,调整一、二次风率、风速和风煤配比,以及燃料风、辅助风的配比等,使煤粉燃烧良好而不在炉壁附近产生还原性气氛。避免火焰偏斜直接冲刷炉壁等等。
锅炉的运行和操作,必须严格按运行规程的规定和燃烧调整试验结果进行。同时也要注意加强锅炉运行工况的检查与分析，运行值班人员每班必须对锅炉结渣情况进行就地检查一次,发现有严重结渣情况,应及时汇报、处理。专业工程师要定期分析锅炉运行工况,对易结渣的燃煤要重点分析减温水量的变化和炉膛出口温度的变化规律,以及过热器、再热器管壁温度变化的情况。锅炉受热面吹灰器必须完善投用,运行各值必须严格按运行规程对各受热面进行吹灰。经常安排少量吹灰器轮流大修,保持吹灰器高的可用率。灰控值班人员应加强对出灰情况的监视和分析,每班要检查冷灰斗观察窗,观察灰坑是否有堵渣现象。出渣设备发生故障应立即修复,防止水冷壁冷灰斗中产生堆渣现象。