锅炉结渣与积灰的原因

锅炉受热面结渣的影响因素

锅炉的结渣问题是燃煤电厂普遍存在的问题。所谓“结渣”，是指熔灰在锅炉受热壁面上的积聚，其本质为锅炉中高温烟气携带处于熔融或部分熔融状态下的未燃尽煤粉颗粒，遇到低温的壁面冷却、凝固而形成沉积物的过程。锅炉结渣是一个非常复杂的过程，涉及因素很多，它不仅与燃用煤种的成分和物理、化学特性有关，而且还与锅炉的设计参数有关(如燃烧器的布置方式、炉膛热负荷、炉内空气动力结构、炉膛出口烟温、过热器的布置位置、各部分的烟气流速和烟温、炉膛负压等)，同时还受锅炉运行工况的影响(如负荷的变化、过量空气系数、煤粉细度、炉膛燃烧温度的控制、配风方式以及炉内燃烧空气动力场的控制等)。这些因素总的来说可以分为两大类，一为先天因素，如燃用煤种的特性和锅炉的设计参数；二为后天因素，如锅炉的运行工况。因此，在分析解决锅炉的结渣问题时就需要从这两个方面来考虑，以此判断导致锅炉结渣的主要因素。

1煤质特性对锅炉结渣的影响

实际煤质与设计煤质偏差很大是造成炉膛结渣的主要原因之一, 灰的熔融特性是判断燃烧过程中是否发生结渣的一个重要依据, 不同煤质的灰具有不同的成分和熔融特性。另外, 灰分中碱性和酸性两类氧化物含量之比即碱酸比偏高, 那么这种煤质容易发生结渣。

1.1 煤灰熔融温度

在煤灰熔融性的四个特征温度中，一般以软化温度ST作为集中代表。通常认为ST为1 350℃，是一个分界点，高于1 350℃，锅炉不易结渣，软化温度ST 越高，结渣可能性越小。反之，ST低于1 350℃，锅炉易于结渣，软化温度ST 越低，结渣可能性就越大，也就越严重。

煤灰熔融温度的高低，一般将煤灰分为易熔、中等熔融、难熔、不熔四种，其熔融温度范围大致为：易熔灰，ST 值低于1 160℃：中等熔融灰，ST 值在1 160℃～1 350℃范围内；难熔灰，ST 值在1 350℃~1 500℃范围内；不熔灰，ST 值高于15℃。

在考察煤灰熔融性时，还要尤其注意煤灰熔融性是在什么样气氛条件下的测值。由于煤灰中的铁在不同气氛下处于不同的价态，在氧化气氛中，铁呈三价，32O Fe 熔点为1 565℃。在还原性气氛中，铁呈金属状态，FeO 的熔点为1 535℃。而在弱还原性气氛中，铁呈二价，FeO 的熔点为1 420℃。

1.2 煤中含硫量和灰分含量

灰的结渣指数取决于从中碱性氧化物与酸性氧化物的比值及煤中含硫量。煤灰中碱性氧化物与酸性氧化物比值越小，煤中含硫量越低，则锅炉结渣指数值越小。煤灰碱性氧化物与酸性氧化物的比值稳定，结渣指数则由煤中含硫量决定。因此，煤中含硫量低，对避免锅炉结渣非常有利。煤中灰分含量太高，炉膛中从量很大，一旦结渣，自然渣量也就很大，结渣的危害也就越大。同时，煤中灰分含量较高，意味着煤的热值较低，煤粉可能燃烧不完全，导致不完全燃烧，增加热损失，而在炉膛内容易产生还原性气体，促使灰熔融温度降低，有助于产生结渣或加剧结渣的严重程度，电厂煤粉锅炉也不宜燃用灰分含量过低，热值过高的精煤，这样炉膛温度会产生过高情况，造成锅炉结渣。减轻锅炉结渣的一项重要措施，就是适当降低负荷，以降低炉内温度。

2 锅炉运行工况的影响

锅炉的运行工况也是影响炉内结渣情况的重要因素之一，其中主要包括煤粉、锅炉负荷、过量空气系数、炉膛温度水平以及火焰贴墙燃烧等等。

2.1 煤粉细度

煤粉过粗，一是煤粉燃烧不易完全，使不完全燃烧热损失增加，降低锅炉效率。二是可能出现过多的还原性气体，造成灰熔融温度下降，促进结渣的出现。所以，磨煤机运行稳定，给粉机供粉均匀，煤粉细度适当，是防止锅炉结渣的重要措施。煤粉也不是越细越好，煤粉太细，则会增加磨煤机的能耗，并不能改善燃烧状况，这样并不经济，电厂要通过锅炉运行各项指标的观测，以确定其煤粉的经济细度，在保证锅炉安全运行的条件下降低能耗。

利用煤灰的各种物理、化学特性来预测锅炉的结渣倾向的指标中常用的有3大类:灰熔点型、灰粘度型以及灰成分型。每种类型中又分别包括许多指标。实践证明,每单个指标的预测准确度是有限的,而将各种不同类型的指标综合起来对锅炉结渣进行判断,则准确度能大大提高。采用结渣指标综合评价法可以判断任意一种煤种结渣的倾向程度大小。

2.2负荷

锅炉负荷越高，随着热负荷的增大，炉膛温度和烟气温度也增高，则煤灰的结渣性也就越明显。锅炉负荷也受供氧量及二次风旋流强度的影响，若负荷高时氧量没有相应保证，过量空气系数偏低，在还原性气氛中煤粉的灰熔点降低而容易结渣；二次风旋流强度过大，一次风扩展角度过大会造成飞边，在一次风气流冲刷侧墙水冷壁、冷灰斗斜坡时，灰粉在撞击受热面时形成结渣，同理旋流强度过小则一次风气流直接冲刷后墙水冷壁造成结渣。

2.3过量空气系数

炉内的空气量会影响炉内的烟气气氛,灰粒在还原性气氛中,灰熔点会比在氧化性气氛中的熔点低30～50℃,对于含铁量高的煤, 当炉内局部区域过量空气过

小且煤粉与空气混合不均匀时，可能产生还原性气氛，煤粉在还原性气氛不能被充分氧化，灰分中的三氧化二铁被还原成氧化亚铁，氧化亚铁与二氧化硅等形成共晶体，使熔点下降甚至能达到200℃;而且在还原性气氛中,已经处于熔融状态的灰粒要当温度降低的比在氧化性气氛中的温度低很多时才会凝固。如果炉内缺氧,煤灰粒处于还原性气氛中,那么煤灰粒更容易熔化,而且熔化的煤灰粒在向水冷壁的运动过程中更难被凝固,从而造成水冷壁的结渣加重。此外,空气量变化还会对炉膛内的温度产生重要影响。

2.4炉膛温度水平

炉内燃烧器区域的温度越高，煤灰越容易达到软化和熔融状态，结渣的可能性就越大。而影响燃烧器区域的温度水平的因素也很多。例如，炉膛断面热负荷与燃烧器区域的壁面热负荷、燃料的发热量、水分含量以及锅炉负荷的变化等。如果锅炉改烧发热量大的同类煤时，由于燃放热增多，燃烧器区域温度水平就越高，结渣的可能性就越大。而锅炉的负荷越高，送入的煤粉越多，产生的热量越多，结渣的可能性就越大。

炉膛燃烧器区域截面热负荷A q 和壁面热负荷R q 是表征炉膛温度水平的2个重要参数。因此,在预测锅炉的结渣倾向时除了要考虑煤成分的影响外,还要结合考虑A q 和R q 的影响。

炉膛燃烧器截面热负荷或壁面热负荷偏高, 在燃烧器区域燃料燃烧放出的大量热量没有足够的水冷壁受热面吸收, 因此导致燃烧器区域的局部温度过高, 造成燃烧器区域的结渣; 另外, 燃料和烟气在炉内的停留时间过短, 燃料未能完全燃烧, 引起炉膛出口烟温偏高, 造成炉膛出口受热面结渣。

2.5 火焰贴墙