近年，各個電廠鍋爐結(jié)渣問題突出，不少300MW機(jī)組都發(fā)生過嚴(yán)重結(jié)渣。鍋爐結(jié)渣不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)滿發(fā)，而且嚴(yán)重威脅安全運行。

1 與鍋爐結(jié)渣有關(guān)的因素

結(jié)渣是復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，國內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究，初步揭示了其形成的機(jī)理及與煤灰性質(zhì)的關(guān)系，制定了若干用以判斷煤灰結(jié)渣性的指數(shù)，同時揭示了鍋爐設(shè)計和運行對結(jié)渣的影響。

1.1 灰與渣的特性

煤灰的結(jié)渣性同灰的化學(xué)成分、灰渣的物理特性有關(guān)。現(xiàn)選擇其中一些主要的指標(biāo)詳述如下。

1.1.1 灰的熔化溫度

灰熔溫度同灰的成分有關(guān)，灰中的酸性氧化物，如SiO2，Al2O3和TiO2等都是聚合物的構(gòu)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Al2O3、CaO和MgO卻提高軟化溫度。美國對國內(nèi)一些特定煤種，依據(jù)大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)已建立了精確的灰熔溫度與灰化學(xué)成分之間的關(guān)系，這樣，根據(jù)灰中的堿性組分就可以確定灰熔點。

至于灰中鐵的作用，要視其氧化狀態(tài)而定，三價鐵是聚合物的構(gòu)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。

灰的熔化溫度在氧化氛圍與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。

1.1.2 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(yù)示煤粉爐結(jié)渣傾向的重要指標(biāo)。研究表明，焦渣粘度與煤灰化學(xué)成分有關(guān)，當(dāng)煙煤焦渣溫度超過其臨界粘度相對應(yīng)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(guān)系。英國根據(jù)（SiO2/ Al2O3）、Fe2O3、CaO、MgO來確定與臨界粘度相對應(yīng)的溫度。

從臨界粘度（約10~20Pa·s到約104Pa·s范圍內(nèi)的焦渣呈塑性狀態(tài)液固兩相混合），可根據(jù)其所對應(yīng)的溫度區(qū)域考慮吹灰器的型式和位置。

1.1.3 灰的燒結(jié)性

B＆W利用燒結(jié)試驗來衡量煙煤的結(jié)渣傾向。試驗在一個專門的實驗性燃燒室內(nèi)進(jìn)行，被試煤在其中懸浮燃燒以模擬煤粉爐工況，然后將燒出的灰壓進(jìn)一個直徑17mm、高19mm的圓筒內(nèi)，再將壓出的灰塊置于1.03MPa和704～1093℃下在空氣中加熱15個小時，然后慢慢冷卻。該燒結(jié)灰塊的燒結(jié)溫度、破碎強(qiáng)度與結(jié)渣傾向密切相關(guān)，B＆W把這作為評價煤的主要指標(biāo)之一。易結(jié)渣的煤在927℃以下燒結(jié)強(qiáng)度高達(dá)27.58MPa，而不易結(jié)渣的煤在927～1093℃范圍內(nèi)的燒結(jié)強(qiáng)度低于6.9 MPa。

1.1.4 幾個反映結(jié)渣傾向的導(dǎo)出因子

美國CE和B＆W等鍋爐制造廠都各自研究和導(dǎo)出一些顯示結(jié)渣和積灰特性的指標(biāo)，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)渣的指標(biāo)列于附表中。CE公司在評價結(jié)渣傾向時除了采用灰熔點外，還采用：

（1）堿酸比

如前所述，煤灰中堿性組分與灰熔點之間的關(guān)系呈拋物線形，堿酸比在0.4～0.7（大約30%～40%標(biāo)準(zhǔn)含量的堿性物）時易結(jié)渣。

（2）硅鋁比

當(dāng)以堿酸比作為判斷結(jié)渣性指標(biāo)時，還需注意硅鋁比。在堿酸比低的情況下，如硅鋁比高，鋁將發(fā)揮溶劑作用而降低T250。T250是對應(yīng)于粘度為250P（泊）時的灰渣溫度，一般說，灰渣粘度低于250P時，流動性就很好。硅鋁比小于1.7不結(jié)渣，大于2.8將結(jié)渣。

（3）鐵鈣比

此比值在0.3～3.0范圍內(nèi)會影響灰渣的共熔特性，使灰熔點降低，結(jié)渣傾向增加趨向1時會嚴(yán)重結(jié)渣；小于0.3或大于3.0都不結(jié)渣。

（4）2.0重液中的鐵

CE采用在比重為2.9重液中沉積下的煤灰鐵含量作為衡量黃鐵礦的多少。黃鐵礦在燃燒過程中不起反應(yīng)而離析出來，形成焦渣結(jié)在靠近燃燒器的爐膛下部水冷壁上。

（5）單位發(fā)熱量的煤灰量

每百萬英鎊熱單位的煤灰量被用來估量可能生成的渣和積灰的數(shù)量（當(dāng)然還要依據(jù)灰的結(jié)渣和積灰特性）。

B＆W用另一些指標(biāo)來估計結(jié)渣傾向。

根據(jù)灰渣粘度導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)RSV

RSV=T250(氧化)-T1000（還原）/（97.5*FS）

式中T250(氧化)——氧化氛圍下灰渣粘度25Pa·s所對應(yīng)的溫度 T1000（還原）——還原氛圍下灰渣粘度1000Pa·s所對應(yīng)的溫度

FS——一個相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值范圍為1～11，取決于灰渣粘度/溫度曲線上對應(yīng)于200Pa·s的溫度（氧化與還原氛圍的中間值）RSV由0.5變化到3.0，相對應(yīng)的結(jié)渣傾向由中等到嚴(yán)重。

（2）依據(jù)灰熔化溫度導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)Rsf Rsf=（MaxHT+4*MinID）/5

式中MaxHT——氧化或還原氛圍下較高的半球形溫度 MinID——氧化或還原氛圍下較低的開始變形溫度,Rsf是一個加權(quán)平均溫度，以1份氧化或還原氛圍下的大半球形溫度和4份氧化或還原氛圍下的小開始變形溫度來平均。Rsf低于1149℃預(yù)示嚴(yán)重結(jié)渣；Rsf在1232～1343℃范圍內(nèi)預(yù)示中等結(jié)渣傾向。

（3）由灰的化學(xué)成分導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)Rsb

Rsb=（CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O）*S%（干燥基）/（SiO2+ Al2O3+ TiO2 ）

Rsb指數(shù)主要用于煙煤型灰，即灰中Fe2O3的含量大大高于CaO和MgO含量，Rsb植的范圍從0.6以下（代表輕度結(jié)渣趨勢）到2.6以上（代表嚴(yán)重結(jié)渣趨勢）。

1.2 設(shè)計因素

美國電力研究協(xié)會（EPRI）曾對燃用各種不同因素煤種的鍋爐作了調(diào)查，結(jié)論是結(jié)渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設(shè)計密切相關(guān)，主要是爐膛熱強(qiáng)度（包括爐膛容積熱強(qiáng)度和斷面熱強(qiáng)度）、煤粉在爐膛內(nèi)逗留的時間、燃燒器結(jié)構(gòu)型式以及受熱面的布置等。同一煤種，在某臺鍋爐上燃燒會嚴(yán)重結(jié)渣，而在另一臺設(shè)計不同的鍋爐上可能根本不結(jié)渣。同時，鍋爐設(shè)計在改善灰沉積物方面也起著重要的作用。

1.3 運行因素

鍋爐結(jié)渣積灰與鍋爐負(fù)荷、煙氣溫度、煤粉細(xì)度、過剩空氣量等有關(guān)。 結(jié)渣、積灰隨鍋爐負(fù)荷及煙氣溫度的增加而增加。

煤粉細(xì)度對爐膛結(jié)渣的影響說法不一，其一，提高煤粉細(xì)度將使燃燒區(qū)域溫度升高，從而加劇結(jié)渣，我國125MW機(jī)組的運行實踐也表明，煤粉過細(xì)著火快，燃燒器區(qū)域易結(jié)渣。而在一臺600MW機(jī)組上進(jìn)行的試驗結(jié)構(gòu)卻相反，其結(jié)論是粗煤粉將加重結(jié)渣。筆者認(rèn)為煤粉細(xì)度應(yīng)視煤種與具體的鍋爐結(jié)構(gòu)而定，過細(xì)不僅增加制粉電耗，而且會提高燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷而可能引起結(jié)渣；過粗不僅不利于著火和煤粒的燃盡，而且易造成爐膛上部和過熱器部位結(jié)渣。所以應(yīng)通過試驗確定合理的煤粉細(xì)度。

較大的燃燒過剩空氣能減少結(jié)渣與積灰，這是由于爐膛內(nèi)還原區(qū)范圍縮小以及爐膛出口溫
度降低。在600MW機(jī)組上的試驗顯示，增加過剩空氣，同時將燃燒器正向傾斜，水冷壁和大屏上的沉積物明顯減少。

2 防止結(jié)渣與積灰的措施

2.1 運行措施

2.1.1 吹灰

對水冷壁結(jié)渣和積灰通常的方法就是吹灰，吹灰可以防止焦渣累積，保持受熱面清潔，從而使煙氣分布和蒸汽溫度維持在設(shè)計水平。

吹灰介質(zhì)一般采用蒸汽，但對于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，而采用水力吹灰就很有效。水力吹灰必須設(shè)計好噴嘴的尺寸、角度、水壓力、水流量、噴槍移動速度以及吹灰頻率，以免對水冷壁和過熱器造成熱沖擊。據(jù)稱，如能正確使用水力吹灰器，那么它對爐管壽命的影響決不會超過蒸汽吹灰（水力吹灰國內(nèi)用的很少）。

據(jù)有些電廠經(jīng)驗，聯(lián)合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著再用蒸汽吹。如美國Big Stone電廠的一臺400MW旋風(fēng)爐，燃用北達(dá)科他褐煤，結(jié)渣嚴(yán)重，后來在爐膛內(nèi)裝了32只水力噴槍和24只附加的蒸汽吹灰器，有效地控制了積灰；在過熱器部位也加裝了8只水力吹灰器，同時將原來二級過熱器第一、二排的14只蒸汽吹灰器也改為水力吹灰器，使過熱器積灰情況大為改善。

吹灰必須做到定期定時，運行人員還需加強(qiáng)檢查。此外，很重要的一點是維修要跟上，以確保其使用可靠。

2.1.2 其他運行措施

a. 防止?fàn)t溫過高。

堵塞爐底漏風(fēng)，降低爐膛負(fù)壓，不使空氣量過大，直流噴燃器盡量利用上排噴燃器，防止火焰中心上移，以免爐膛出口結(jié)渣。

另外，保持各磨出力均勻，使直流噴燃器四角氣流的動量相等，切圓合適。防止噴燃器變形，都能防止火焰偏斜，以免水冷壁結(jié)渣。

b. 防止?fàn)t內(nèi)過多還原性氣體生成保持合適的空氣動力場，不使空氣量過小，噴燃器損壞及時修理，都能使?fàn)t內(nèi)減少還原性氣體，防止結(jié)焦。

c. 提高煤質(zhì)，保持合適的煤粉細(xì)度。

避免燃料多變，清除煤中雜質(zhì)，可減少結(jié)焦的可能性，保持合適的煤粉細(xì)度，不使煤粉過粗，以免火焰中心過高，導(dǎo)致爐膛出口結(jié)渣，或因煤粉落入冷灰斗又燃燒而形成結(jié)焦。

d.控制燃燒過剩空氣量。

e.通過調(diào)整過剩空氣量﹑燃燒器傾斜角度﹑煙氣擋板﹑煙氣再循環(huán)﹑燃燒器選型或其他可行手段來限制爐膛出口煙氣溫度在許可的限度內(nèi)。

f.對于四角燃燒鍋爐，國內(nèi)一些廠的經(jīng)驗是調(diào)整一二次風(fēng)，減小切圓，以避免火焰C沖刷而引起水冷壁結(jié)渣。

2.2 改變煤質(zhì)

2.2.1 配煤

在原來的燃煤中摻入另一種煤可改變煤的性質(zhì)，達(dá)到不結(jié)渣的目的。采用此法須注意兩點：

a．兩種煤按一定比例混合，配出來的煤的特性并不是這兩種煤數(shù)學(xué)上的平均值，每一個配煤必須看成是一種新的煤種，其主要特性往往并不是所期望的。

b. 配煤必須均勻。配煤可在煤礦﹑輸煤皮帶上或在爐膛內(nèi)進(jìn)行。

2.2.2 精選煤

通過對原煤精選處理來降低其灰分及雜質(zhì)。

3 總結(jié)

本文討論了與爐膛結(jié)渣的有關(guān)因素和引起爐膛結(jié)渣的原因，并制定了防止?fàn)t膛結(jié)渣的技術(shù)措施。以上觀點僅供參考。