德昌鍋爐除焦劑原理

一、 鍋爐結焦的形成及形態(tài)結焦是鍋爐運行中比較普遍的問(wèn)題,一般情況下,隨著(zhù)煙氣一起運動(dòng)的灰渣顆粒,由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻,如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前,已經(jīng)因為溫度降低而凝固,當附著(zhù)在受熱面管壁上時(shí),將形成一層疏松的灰層,運行中通過(guò)吹灰可以除掉。當爐膛內溫度較高時(shí),一部分灰顆粒已經(jīng)達到熔融或半熔融狀態(tài),若這部分灰顆粒在達到受熱面前未得到足夠冷卻達到凝固狀態(tài),具有較高的粘結能力,就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上,甚至達到熔化狀態(tài),粘附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結焦不斷發(fā)展。

在燃燒過(guò)程中,煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質(zhì)迅速揮發(fā),成氣態(tài)進(jìn)入煙氣中,當溫度降低時(shí)凝結,或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上?；蛘吣Y在飛灰顆粒表面,成為熔融的堿化物膜,然后粘附在受熱面上形成初始結焦層,成為結焦發(fā)展的條件。

如果鍋爐床溫過(guò)高，導致渣溫高，達到其軟化點(diǎn)，一般為1040℃，爐渣軟化后形成結焦。結焦的爐渣急劇過(guò)快冷卻能形成硬塊，不易碎裂，出現堵塞排渣機等運行問(wèn)題。

熔渣：

水冷壁及其它輻射受熱面上的積灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的堿性金屬氧化物和硫酸鹽，在高溫下發(fā)生華或形成易熔的共晶體，遇到較冷的受熱面管壁即冷凝下來(lái)形成內灰層。其外表溫度隨灰厚度的增加而不斷增加，使灰層達到熔化狀態(tài)，覆蓋在管壁且具有粘性，進(jìn)一步捕捉飛灰而不斷加厚，這種熔渣的一個(gè)重要特點(diǎn)是它能夠隨時(shí)間無(wú)限增長(cháng)。

高溫積灰：

在高溫煙氣環(huán)境中飛灰沉積在管束外表面的現象叫高溫積灰。過(guò)熱器與在熱器管外的積灰既屬于高溫積灰.煤灰根據其易熔程度可分為三部分。底熔灰主要是金屬氯化物和硫化物（NACL，NA2SO4，MGCL2，AL（SO4）3）等他們的熔點(diǎn)大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔點(diǎn)900-1100 ℃。高熔灰是由純氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，FE2O3）等組成，熔點(diǎn)1600-2800 ℃

高熔灰的熔點(diǎn)超過(guò)了爐膛火焰區的溫度，當它通過(guò)燃燒區時(shí)不發(fā)生狀態(tài)變化。高溫過(guò)熱器與再熱器布置在煙溫高于700—800℃的煙道里，管子的外表面積灰由兩部分組成，內層灰緊密，與管子黏結牢固，不容易清除，外灰層松散，容易清除。

低熔灰在爐膛內高溫煙氣區已成為氣態(tài)，隨煙氣流向煙道。由于高溫過(guò)熱器和再熱器區域的煙溫較高，低熔灰若不接觸溫度較低的受熱面則不會(huì )凝固，若接觸到溫度較低的受熱面就會(huì )凝固在受熱面上，形成黏性灰層?；覍有纬珊?，表面溫度隨灰層厚度的增加而增加。此后，一些中熔，高熔灰粒也被黏附在黏性灰層中。這種積灰在高溫煙氣中的氧化硫氣體的長(cháng)期作用下形成白色的硫酸鹽密實(shí)灰層，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為燒結。隨的灰層厚度的增加，其外表面溫度繼續升高，低熔灰的黏結結束。但是中熔灰和高熔灰在密實(shí)灰層表面還進(jìn)行著(zhù)動(dòng)態(tài)沉積，形成松散而且多孔的外層灰。

松散灰是物理沉積，灰粒之間呈松散狀態(tài)。在煙氣溫度低于600-700℃的煙道內，低溫受熱面管子表面形成灰為

粘結灰

由于燃料中含有燃料硫，燃料燃燒后總有一部分會(huì )形成SO3，并和煙氣中的水蒸氣形成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣能在較高溫度下冷凝，使煙氣露點(diǎn)溫度升高。當硫酸蒸氣流經(jīng)受熱面時(shí)，如果金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)，則硫酸蒸氣就在管壁冷凝下來(lái)，當煙氣流過(guò)時(shí)，硫酸溶液就吸附灰粒子與灰中鈣的氧化物進(jìn)行化學(xué)反應生成CASO4粘在管壁上，形成了一硫酸鈣為基質(zhì)的低溫粘結灰。低溫粘結灰呈硬結狀，不易清除，也會(huì )無(wú)限增長(cháng)，甚至會(huì )產(chǎn)生堵灰，電站鍋爐中常在空氣預熱器中發(fā)生，而工業(yè)鍋爐中常發(fā)生在省煤器中，尤其是鑄鐵式省煤器中。（注：煙氣露點(diǎn)溫度指硫酸蒸氣冷凝時(shí)的溫度。）尾部受熱面的積灰包括松散灰和低溫粘結灰兩種。

二、鍋爐結焦形成的原因及影響因素

1. 結焦與灰熔點(diǎn)有關(guān)

結焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上?？梢?jiàn)，灰的熔點(diǎn)是結焦的關(guān)鍵?？捎没胰埸c(diǎn)溫度及灰的主要成分來(lái)判斷煤灰的結渣指標。通?？捎没页煞种械拟}酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來(lái)判斷其結焦傾向，灰的熔點(diǎn)與灰的化學(xué)成分、灰周?chē)慕橘|(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)?；业幕瘜W(xué)成分以及各成分含量比例決定灰熔點(diǎn)的高低?；胰埸c(diǎn)比其混合物中最低熔點(diǎn)還要低?；胰埸c(diǎn)越低，鍋爐受熱面越容易結焦?；胰埸c(diǎn)與灰周?chē)慕橘|(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)降低大約200℃。這是因為還原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃?；胰埸c(diǎn)還與煙氣中灰的濃度有關(guān)。在其他條件相同的情況下，煤中含灰量不同，灰熔點(diǎn)也會(huì )發(fā)生變化。這是因為灰分中各成分在加熱過(guò)程中，相互接觸越頻繁，則產(chǎn)生化合、分解、助熔的機會(huì )也越多，則熔點(diǎn)降低的可能性也越大。

2. 結焦與燃燒調整有關(guān)

如果送引風(fēng)量太大，進(jìn)行強化燃燒，爐溫超過(guò)煤灰粘結溫度時(shí)，會(huì )形成高溫結焦。

若鍋爐運行中配風(fēng)不合理或風(fēng)量不足，氧量低，煤不完全燃燒，會(huì )產(chǎn)生大量一氧化碳及氫等氣體，會(huì )使爐內產(chǎn)生還原性氣氛，例如，用FE2O3較高的煤時(shí)，在沒(méi)有充分氧氣的情況下，C不完全燃燒生成CO，而CO有還原性，則高熔點(diǎn)的FE2O3被CO還原成FEO，而FEO與SIO2等進(jìn)一步形成熔點(diǎn)更低的共晶體，有時(shí)候會(huì )使灰的熔點(diǎn)下降150-300oC。雖然爐膛出口煙溫低于煤灰的軟化溫度t2，但仍會(huì )形成劇烈的結焦。沸騰燃燒鍋爐比較容易出現“低溫結焦”就是這個(gè)緣故。

鍋爐負荷升高或燃燒不合理造成局部爐溫高，達到灰熔點(diǎn)，導致鍋爐結焦。

3. 結焦與鍋爐設備漏風(fēng)有關(guān)

爐膛漏風(fēng)增大進(jìn)入爐內的風(fēng)量，降低燃燒室的溫度水平，推遲燃燒進(jìn)程。冷灰斗處漏風(fēng)會(huì )抬高火焰中心，火焰拉長(cháng)，導致?tīng)t膛出口煙溫升高，容易引起屏過(guò)結焦?？疹A器漏風(fēng)，不但引風(fēng)機電耗增大，而且部分送風(fēng)量進(jìn)入煙道，容易造成爐內缺風(fēng)。

三、鍋爐結焦的危害

受熱面結渣以后，會(huì )使傳熱熱阻增加，傳熱減弱，工質(zhì)吸收熱量減少，鍋爐排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐效率下降。為保持鍋爐的正常運行，在增加燃料量的同時(shí)必須相應的加大風(fēng)量，這就使送、引風(fēng)機負荷增加，用電增加，因此，結渣使鍋爐運行的經(jīng)濟性明顯降低。

受熱面結渣時(shí)，要保持鍋爐的正常運行，必須增大風(fēng)量。若通風(fēng)設備容量有限，加上結渣容易使煙氣通道局部堵塞，煙氣阻力增加，風(fēng)機風(fēng)量難于加大，鍋爐只好被迫降負荷運行。

鍋爐受熱面結渣后，爐膛出口煙溫升高，導致過(guò)熱氣溫升高，加之結渣造成的熱偏差，易引起過(guò)熱器超溫損壞。這時(shí)為了維持過(guò)熱氣溫和保護過(guò)熱器，運動(dòng)中也需要限制鍋爐負荷。

結焦易成灰渣大塊，使撈渣機、碎渣機運輸困難，有時(shí)會(huì )過(guò)載跳閘，嚴重時(shí)使渣溝受堵，不得不降負荷運行。

燃燒器噴口結渣，改變了燃燒器出口氣流結構，從而使爐內空氣動(dòng)力工況受到破壞，影響燃燒過(guò)程的進(jìn)行。噴口結渣嚴重而被堵塞時(shí)，鍋爐只好降負荷運行，或是被迫停爐。

水冷壁結渣，會(huì )使其個(gè)部分受熱不均，對自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性和控制流動(dòng)帶來(lái)不利影響，可能導致水冷壁管破壞。 若造成水冷壁全部結焦時(shí)，只有停爐進(jìn)行人工清焦。

結焦若熔合成大塊時(shí)，因重力從上部落下，導致砸壞冷灰斗水冷壁。低負荷會(huì )因掉大塊焦而引起燃燒不穩甚至熄火。

冷灰斗處結渣嚴重時(shí)，會(huì )使冷灰斗出口堵塞，無(wú)法排渣，鍋爐無(wú)法繼續運行。

鍋爐的大焦塊掉在撈渣機后，瞬間產(chǎn)生大量的水蒸氣，破壞撈渣機的水封，同時(shí)使爐底漏入大量冷風(fēng)，造成燃燒器區域（尤其是下排燃燒器區域）煤粉火焰著(zhù)火狀況的嚴重惡化，使爐膛負壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)（超限）而引起鍋爐滅火。

總之，結渣不但增加了鍋爐運行維護和檢修的工作量，嚴重危及鍋爐安全經(jīng)濟運行，還可能迫使鍋爐降低負荷運行甚至被迫停爐，結渣本身是一個(gè)復雜的物理化學(xué)過(guò)程同時(shí)還有自動(dòng)加劇的特點(diǎn)，一旦發(fā)生，由于渣層的熱阻使傳熱惡化，爐內咽氣溫度和渣層表面溫度都將升高，加之渣層表面粗糙，渣粒更容易黏附上去，結果結渣過(guò)程會(huì )愈演愈烈，所以應盡最大努力來(lái)減輕或防止鍋爐結渣。

四、在運行方面防止鍋爐結焦的辦法

1、選擇合理的運行氧量

鍋爐運行氧量即爐內的氧化或還原性氣氛，它對鍋爐的結焦有非常大的影響，如果鍋爐運行氧量偏低，爐內還原性氣氛較強，煤的灰熔點(diǎn)就會(huì )下降，鍋爐就容易結焦。這是因為灰熔點(diǎn)隨著(zhù)鐵量的增加而下降，鐵對灰熔點(diǎn)的影響還與爐內氣體性質(zhì)有關(guān)，在爐內氧化性氣氛中，鐵可能以Fe2O3形態(tài)存在，這時(shí)隨著(zhù)含鐵量的增加，其熔點(diǎn)的降低比較緩慢；在爐內還原性氣氛中（氧量不足），Fe2O3會(huì )還原成FeO，灰熔點(diǎn)隨之迅速降低，而且FeO最容易與灰渣中的SiO2形成熔點(diǎn)很低的2FeO?SiO2，其灰熔點(diǎn)僅為1 065 ℃。 提高鍋爐運行氧量，避免爐內出現還原性氣氛。加強爐內吹灰工作，特別是重點(diǎn)區域要增加吹灰次數，如果運行氧量還偏低，必要時(shí)適當降低負荷。由于結焦的主要區域在爐膛出口處，此處容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風(fēng)機出力更顯不足，所以要防止結焦與還原性氣氛惡性循環(huán)的趨勢。機組檢修時(shí)，對空氣預熱器進(jìn)行重點(diǎn)清洗，降低風(fēng)煙道的阻力, 提高風(fēng)機的出力。

2、選擇合理的爐膛出口溫度

監視爐膛出口煙溫（或高溫受熱面管壁溫度），保證主參數合格和爐膛出口煙溫低于燃煤灰熔點(diǎn)的同時(shí)來(lái)保證蒸汽質(zhì)量，從而防止爐膛出口結焦，并能獲得最大的鍋爐效率。 當煤質(zhì)有波動(dòng)時(shí)，運行人員要根據實(shí)際情況進(jìn)行調整，防止在燃用不同煤種時(shí)鍋爐爐膛結焦，如有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處尚未燃盡，會(huì )導致鍋爐爐膛出口煙溫偏高，結焦嚴重。

3、保證空氣和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止局部嚴重積灰、結焦

當風(fēng)速、風(fēng)量不合理時(shí)，盡管爐內總空氣量大，但仍會(huì )出現局部區域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現局部還原性氣氛。當煤粉爐煙氣含氧量低于3%時(shí)，由于局部缺氧，將會(huì )使CO含量急劇增加。 保持適當的過(guò)?？諝庀禂?，合理使用一、二次風(fēng)。若一次風(fēng)太大，火焰上升得很高，甚至直射后墻，會(huì )促使高溫結焦。若二次風(fēng)使用得當，火焰中心下移，延長(cháng)了煙氣路線(xiàn)，可使爐膛出口溫度降低50至80℃。爐膛出口過(guò)?？諝庀禂低扑]值為：鏈條爐1.2～1.35，拋煤爐1.4，往復式推動(dòng)爐排爐1.3，煤粉爐1.2～1.25，沸騰爐1.05～1.1。

4、 應用各種運行措施控制爐內溫度水平

爐內溫度水平高將使煤中一些易揮發(fā)堿性氧化物汽化或升華（1400度以上），使堿金屬化合物在受熱面上凝結（1000~1100度）。堿金屬直接凝結在受熱面上會(huì )形成致密的強黏結性灰?？稍诔跏蓟覍又行纬僧a(chǎn)生低熔點(diǎn)復合硫酸鹽反應的條件，還會(huì )使含有堿性化合物的積灰外表層黏結性增強，加速積灰過(guò)程的發(fā)展。煤灰呈熔化或半熔化狀態(tài)，熔融灰會(huì )直接黏在受熱面上，產(chǎn)生嚴重結焦。

5、要有合適的煤粉細度和厚度

煤粉粗，火炬拖長(cháng)，粗粉因慣性作用會(huì )直接沖刷受熱面。再則，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結焦。但是，煤粉太細也會(huì )帶來(lái)問(wèn)題，一是電耗高，制粉出力受到影響，二是爐膛出口煙溫升高，易引起結焦。給煤要均勻，在負荷變化較大或煤種變化時(shí)，應及時(shí)調整煤層厚度。如鏈條爐燃用結焦性強的煙煤(灰分小)，煤層厚度為80～120mm，爐排取快速，送風(fēng)量較小。燃用結焦性較差的煙煤(灰分大)，煤層厚度100～140℃，爐排取中速，送風(fēng)量較大。

6、防止鍋爐超負荷運行

超負荷運行會(huì )引起結焦。超負荷時(shí)就要較大幅度調大風(fēng)量，提高送引風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)速及煙速，增加過(guò)?？諝饬?。這種強化燃燒的結果使火焰偏高，煙氣里攜帶大量熔融狀態(tài)的煤粒煤灰粘結在爐膛出口捕渣管上，此處平均溫度很快高于灰熔點(diǎn)，形成結焦。例如，某廠(chǎng)一臺SHL型10t/h鏈條爐，在燃用一種結焦性較強的煤種時(shí)，由于鍋爐負荷不同而引起燃燒工況及熱效率的變化。防止超負荷運行要從給煤量、給水量、送引風(fēng)量和控制調整燃燒工況來(lái)進(jìn)行。

7、堵漏風(fēng)

爐膛漏風(fēng)，破壞了正常燃燒工況，造成火焰的充滿(mǎn)度和攪拌混合情況惡化，火焰中心升高或偏斜，會(huì )加速結焦的形成。解決的辦法是減少漏風(fēng)量，使爐膛出口負壓不致過(guò)大(鏈條爐為10～15Pa，煤粉爐為15～30Pa)。鍋爐各部位的漏風(fēng)系數應控制在：爐膛0.1，爐排0.15，過(guò)熱器0.05，省煤器0.1，空氣預熱器0.1，除塵器0.05。

8、適當提高一次風(fēng)速可以減輕燃燒器附近的結焦

提高一次風(fēng)速可推遲煤粉的著(zhù)火，可使著(zhù)火點(diǎn)離燃燒器更遠，火焰高溫區也相應推移到爐膛中心，可以避免噴口附近結焦。提高一次風(fēng)速還可以增加一次風(fēng)射流的剛性，減少由于射流兩側靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉，避免一次風(fēng)直接沖刷壁面而產(chǎn)生結焦。 注意一次風(fēng)速的提高受煤粉著(zhù)火條件的限制。

9、摻燒不同煤種

煤種摻燒能在一定程度上綜合所摻煤種的灰焦特性。低灰熔點(diǎn)煤灰分仍在受熱面上沉積，但高熔點(diǎn)固態(tài)灰對受熱面有一定的沖刷作用，使沉積量降低。 混合摻燒不同煤種，合理掌握煤塊粒度及煤粉細度，特別是混燒結焦性強和結焦性差的煙煤，是預防結焦、提高鍋爐熱效率的好辦法。 對于干煤應適當摻水，對于含硫化鐵粘結性強的煤應及時(shí)打焦清渣，對于灰分大的煤應適當增加清爐次數，對于管群、煙管或煙室的堵灰應及時(shí)清理。