浅谈大型锅炉结渣和飞灰磨损的危害及预防措施

浅谈大型锅炉结渣与飞灰磨损的危害及预防措施

南通天生港发电有限公司王伟

内容提要：介绍锅炉受热面的结渣的诸因素与飞灰磨损的机理，分析锅炉受热面结渣对锅炉安全经济运行的危害，提出预防炉膛及其它受热面结渣的措施。探讨受热面磨损的机理，分析影响磨损的因素，提出防磨损的途径或方法。

关键词：锅炉结渣飞灰磨损危害措施

目前，火力发电厂锅炉受热面的结渣和飞灰磨损一直是威胁机组安全经济运行的主要因素，受热面爆漏造成的主设备非计划停运次数占火力发电机组非计划停运总次数的40~50%，有些机组这个比例数还要大。直接威胁到电厂的安全运行，同时也给电网安全稳定运行带来了极大的困难。如何解决受热面结渣和磨损已成为锅炉检修人员关注和研究的问题。因此我们必须弄清锅炉结渣与飞灰磨损的形成机理从面有针对性地分析出实用的预防措施和方法。

【锅炉的结渣】

一、锅炉受热面结渣对锅炉安全经济运行的危害

固态排渣煤粉炉在燃烧过程中形成的熔融灰渣在凝固之前接触到受热面时，会粘结在上面，并积聚和发展成一层硬结的灰渣层，这种现象称为结渣。其基本成因为：受热面的结渣发生于呈熔融状态的灰粒与壁面的碰撞，从而被黏附在壁面上。因此产生结渣的条件首先是二者间的碰撞，其后灰粒呈熔融状态具有黏附在壁面上的能力。炉内具有一定的温度分布，一般在煤粉炉火焰中心区域的烟温很高，有相当一部分灰粒呈熔融或半熔融状态；在靠近炉壁区域则烟温较低。炉内的煤粉或颗粒会随气流而运动，或从气流中分离出来，在这分离的过程中，颗粒的温度会随它从高温区域到达壁面的运动速度、环境温度条件而改变。如果存在足够的冷却条件，那些原属熔融状态的颗粒将重新固化，失去黏附能力，失去产生结渣的条件；反之产生结渣的程度即大，这就是受热面产生结渣的基本成因。锅炉受热面结渣对锅炉安全经济运行的危害是相当严重的，可以归纳为下述几个方面：

（1）、使炉内传热变差，加剧结渣过程。水冷壁结渣后，由于灰渣层导热系数极小，即热阻很大，火焰辐射给受热面的热量不能及时传给管内工质，而聚集在灰

渣层，使灰渣层表面温度急剧上升，高温烟气贴近灰渣层表面时，不能充分冷却，这就进一步加剧了结渣过程，产生了恶性循环。同时，水冷壁结渣严重时，还会使蒸发量减少。

（2）、炉膛内结渣时，炉膛出口烟温将升高，引起蒸汽温度偏高或热偏差增大，这时为维持汽温，运行中要限制锅炉负荷。部分水冷壁结渣会对自然循环锅炉和控制循环锅炉水冷壁热偏差带来不利影响。

（3）、水冷壁结渣较多时，多数并发高温腐蚀。发生高温腐蚀的最重要的内在原因是燃料中的含硫量；而外部原因是由于水冷壁处于高温烟气的环境中，壁面温度又很高，当火焰贴近炉墙时，壁面邻近的区域中形成还原性气氛，使灰的熔点温度降低，加剧结渣过程。并使管子表面产生高温腐蚀，腐蚀严重的现象通常出现在燃烧器区域。

（4）、使锅炉效率降低。受热面结渣后，各段受热面出口烟温相应提高，使排烟损失增大。当炉膛出口处的受热面结渣时将致使锅炉不能满负荷运行，甚至被迫停炉。

（5）、结渣可能堵塞部分烟道，增加烟道阻力和风机电耗；结渣严重时，大块渣落下，可能砸坏炉底水冷壁，造成恶性事故。

所以锅炉受热面的结渣不仅增加运行和检修的工作量，而且影响锅炉的安全经济运行。严重时将被迫使锅炉减负荷，甚至被迫停炉。

二、影响受热面结渣的基本因素

《1》、炉内的空气动力场，煤粉或灰的粒度和重度，这影响到烟气和灰粒在炉内的流动。《2》、灰粒从烟气中分离出来与壁面的碰撞，既与煤粉细度，也与煤灰的选择性沉积相关的；《3》、由煤的燃烧特性、锅炉负荷及炉内空气动力场所构成的炉内温度场以及煤灰的熔融特性，这影响到与壁面碰撞的灰粒是否呈熔融状态具有黏结的能力，这也与受热面的热负荷，受热面的清洁程度相联系的。

炉内气流的贴壁冲墙既影响到燃烧过程，也促进颗粒与壁面间的碰撞；气流速度与流向的突变，促进颗粒从气流中分离出去，增加与壁面的碰撞的机会。在相同的流动状态下，气流中愈粗、愈重的颗粒，愈容易分离出去，碰撞壁面的机率也多。因此在煤粉炉中都需要进行空气动力场试验，通过调节各喷嘴出口的风速、风量来保证气流不致贴壁冲墙；在近壁面区域的速度梯度是小的，也限制

煤粉中的粗粒。由炉内空气动力场和煤粉的燃烧特性，决定了煤粉在炉内的释放热量分布；由空气动力场和受热面的吸热能力，决定了受热面的吸热分布，从而决定了炉内的温度场。如果由此而造成的温度场使火焰中心与炉壁之间有一定的距离，近炉壁处是一个温度较低的区域，那么从高温区域分离出来的灰粒就具有被冷却成固体的较大机会，产生结渣的可能性就小。当然这还与分离颗粒能在这一区域经历的时间，也就是运动速度相关，与煤灰的熔融特性相关，与灰的粒度相关。较大的颗粒其热容量大，还热系数也小，不易冷却固化。锅炉热负荷增大，炉内释放热量增大，在相同的炉内受热面条件下炉内总体的温度水平提高，与此同时，受热面的净热流密度（单位受热面热负荷）增大，壁面温度随之增加，近壁面区域的温度，既因炉内整体的温度水平也因壁面温度而增加，对接近灰粒的冷却能力随之减弱，容易导致受热面的结渣。受热面的清洁程度降低将使壁面温度增高，其情况也相类似。由此可以看出结渣的影响因素是复杂的，煤灰的熔融特性是主要的，但不是唯一的影响因素。

锅炉结渣是多种因素综合影响的结果，不过总是有几个关键因素起先导作用。比较重要的因素是煤灰的熔融特性、水冷壁的冷却能力及火焰贴墙等。

三、防止结渣的措施和方法。

针对结渣的因素预防结渣主要从不使炉温过高，火焰不冲墙和防止灰熔点降低着手。

（1）、防止受热面壁面温度过高。保持四角风粉量的均衡，使四角射流的动量尽量均衡，尽量减少射流的偏斜程度。注意燃烧调整保持火焰中心尽量接近炉膛中心，切圆直径要合适，以防止气流冲刷炉壁而产生结渣现象。

（2）、防止炉内生成过多的还原性气体。首先要保持合适的炉内空气动力工况，四角的风粉比要均衡，否则有的一次风口由煤粉浓度过高而缺风，出现还原性气氛。炉膛过量空气系数不能太小，以防止水冷壁等受热面附近出现还原性气氛，防止结渣。在这种气氛中，还原性气体使灰中Fe2O3还原成FeO，使灰熔点降低。而FeO与SIO2等形成共晶体，其熔点远比Fe2O3低的多，有时会使灰熔点降低150-200度，将会引起严重结渣。

（3）、做好燃料管理工作，保持合适的煤粉细度，进行全面的燃料特性分析，特别是灰分分析及灰熔点和结渣特性分析。。尽可能固定燃料品种，清除石块，可