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1、电站锅炉结焦防焦1前言在电站锅炉运行中，锅炉结渣、积灰是个长期存在的问题。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。锅炉结渣即锅炉结焦，对锅炉运行危害严重：Ø 炉膛内结渣会增加受热面的传热阻力,降低辐射吸热量,使炉膛出口烟温升
2、高。这不仅影响锅炉的自然水循环,还会使对流受热面因热负荷升高、对流传热量增加而导致蒸汽温度、金属壁温超温。Ø 炉膛结渣会造成因炉内空气动力场不均、燃烧偏斜发生的水冷壁管垢量超标；还会造成因炉膛受热不均而导致的炉墙撕裂。Ø 燃烧器喷口及其附近结渣,会影响到煤粉射流及改变炉内燃烧空气动力工况,直接影响风粉的混合和燃烧；同时还会影响到火检的测量，危及锅炉的安全运行。Ø 炉膛出口受热面结渣,则会影响受热面传热,甚至影响蒸汽温度,并增大通风阻力,严重时甚至造成烟气通道的堵塞而使燃烧恶化。Ø 锅炉掉焦严重时
3、会造成锅炉出渣困难，被迫降出力运行甚至停炉出渣、打焦。Ø 锅炉掉大焦时可能导致火焰拉断、局部爆燃等现象的发生，并引发锅炉灭火；灰渣脱落时,会划伤甚至砸坏水冷壁或冷灰斗；严重时发生锅炉水冷壁损坏并引发锅炉灭火、高温汽水伤人等事故。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。在现阶段，由于煤电供需矛盾的存在，电站锅炉燃煤不能长期保持稳定，煤质多变；另外我国电站锅炉燃用煤质较差,
4、约有半数在不同程度上属于易结渣类型。这两个客观存在的情况就加剧了电站锅炉的结渣现状。结渣一旦发生,将严重影响锅炉运行的安全性和经济性。我国多数主要动力煤产区都富藏灰熔融温度很低的煤种,因此电站锅炉结渣、积灰是个长期存在的问题。对于采用常规煤粉燃烧方式的锅炉来说,炉膛结渣将一直是设计和运行中需要认真对待的问题。从理论上对锅炉结渣、积灰的原理进行分析、探讨，掌握锅炉结渣的规律，从生产实践上采取合理的措施防止锅炉结渣、积灰，防止锅炉掉大焦就具有长期的、现实的意义。2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
5、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。2.1结渣积灰的基本形式1．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
6、称结焦）。2．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
7、），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。2.2煤灰在燃烧过程中形态变化煤中的灰是指存在于煤中的所有的无机物质,同时也包括存在于煤有机化合物中的无机元素。通常,煤中的无机物可以分为三类,即原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质。原生矿物质
8、主要来源于形成煤的植物生长过程,基本上以分子状态均匀分布于煤中,其在煤中的含量很小,不超过2%～3%；次生矿物质是指在成煤过程中,因地壳变动使外界泥沙混入煤层中的矿物质,离散地、较均匀地分布于煤粒中。而外来矿物质则是指采煤时混入到煤层中大块或层状的岩石,它具有原矿物质的一般特
