#高温沸腾炉结渣的原因和处理方法

高温沸腾炉结渣的原因和处理方法

1 前言

沸腾炉是水泥厂回转式烘干机的主要热源，其结渣现象相当普遍，原因也十分复杂，既有炉体结构如炉床面积、风帽出风角度等因素，也有操作管理如炉内温度、空气动力条件、风速、风压等因素。因此，要消除沸腾炉结渣，需根据燃料特性从炉体结构和操作管理两

个方面来适应沸腾燃烧的物理化学反应。通过高温沸腾炉结渣的原因分析，结合节煤型高温沸腾炉研究成果的长期应用实践，提出以下消除结渣的方法，对水泥和其他生产行业的原料烘干都具有广泛地应用价值。

2 沸腾炉燃烧结渣的原因分析

2.1 燃料特性和化学组成

通常认为沸腾炉结渣同煤灰的熔融特性和粘温特

性密不可分。灰熔点较高的煤不易产生结渣；低灰熔点的煤在燃烧过程中，灰分往往呈软化或熔融状态，粘附性较强，故容易形成结渣。决定灰分是否达到软化或熔融状态，取决于燃料的热值和炉内温度水平。在炉内温度t 3 ＜1350 ℃的相同条件下，燃煤热值Q ＜3000Kcal/kg(12.6MJ/kg) 时，一般不会结渣；只有在热值Q ＞3000Kcal/kg(12.6MJ/kg) 时，结渣的可能性才

逐渐增大。两者的关系如图 1 所示。实际生产中，沸腾炉的燃烧温度通常都在900~1100 ℃范围内，t 3 值一般不会超过1350 ℃。因此，从燃料特性的影响分析，其热值是引起沸腾炉结渣主要因素。

灰分的熔点与其化学组成有关，一般而言，酸性氧化物能够提高灰的熔点和粘度，而减性氧化物在一定条件下有助于降低熔点并使熔体变得稀薄。因此，低熔点

的灰分往往CaO 、MgO 、K 2 O 、Na 2 O 等氧化物含量较高，而SiO 2 、Al 2 O 3 等含量越多，灰分的熔点就越高。尤其Fe 2 O 3 是组成低熔点共熔体的重要组分，其含量越高，结渣现象更为突出。

从煤灰的粘温特性上看，它不但影响到炉内的工况，也决定它在燃烧中是否对燃料或矿物熔融特性的改变。结渣主要是由于灰渣的粘附而形成，当粘度很高时，

熔渣接近于凝固，燃烧过程就不易结渣。通常情况下，燃煤的灰渣粘性区域都在50 ～1000pa.s 之间，在此粘度范围内若相应的温度区间较大，灰粒呈粘性状态的时间较长，与其受热表面的粘附作用愈强，这样的煤将可能出现严重的结渣现象。

2.2 炉内温度

炉内燃烧区域的温度越高，灰渣越容易达到软化或

溶融状态，形成结渣的可能性就越大。若炉膛容积热负荷过大或过分集中，易使其产生的热风在燃烧室中形成涡流并加剧局部温度上升，将加速煤中挥发物质的汽化反应，给结渣创造了更有利的条件。燃烧室结构设计不合理，例如挡火墙过高，造成炉膛出口的温度增高，容易使较细的飞灰在屏式受热面或高温对流受热面上呈熔融或半溶融状态，粘附在炉顶或侧墙和挡火墙上形

成坚硬的薄渣层，这也是结渣的一种表现形式。概括而言，炉内温度过高是产生结渣的主导因素，它不但使炉内的冷却和空气动力条件进一步恶化，也能促使结渣迅速发展成整炉大板块状态，从而导致更严重的结渣现象。

2.3 炉内空气动力条件

燃烧区域内的结渣，通常首先发生在炉床面和炉内

的涡流区或气流的“死区”以及热渣空气动力条件较差的如炉床角、边及挡火墙近端等范围。这就给合理选择鼓风机的风压、风量以及风帽微孔的气流速度和方向等操作参数提出了较高的要求，如果鼓风机风压、风速偏低，炉膛内的鼓风与引风失当，易使炉内局部温度上升，灰粒翻腾冷却条件变差而产生熔粘现象。空气动力条件所产生的这种影响还决定其在燃烧过程中炉壁附

近是否生成还原气氛，因为灰熔点在还原气氛下要比氧化气氛下低得多。因此，合理选择空气动力条件，可避免沸腾炉燃烧过程的还原气氛生成，这也是消除结渣的重要因素。同时炉膛内鼓风与引风的合理分配对其燃烧状况也有一定的影响。

3 结渣的形成过程与消除方法

沸腾炉在较高的燃烧温度下，煤中的一部分灰渣很

快达到熔融状态，这部分灰渣在沸腾下落至炉膛受热面之前，尚未得到足够的冷却成为凝固状态，仍然具有较高的粘结能力，就容易粘附在受热面或炉墙上而形成结渣。由于渣层的热阻较高，局部区域的温度急剧上升，至使热渣达到熔化状态，并粘附熔融或半熔融的灰粒和未燃尽的焦碳，使结渣现象由结小渣向结大块发展。

结渣过程使炉膛温度也随之发生变化，通常在正常

燃烧时，炉内温度约900 ～1100 ℃，随着结渣开始形成并逐渐变大，首先出现炉床面局部喷火、鼓风机电压升高、风箱内压力增加，随后出现沸腾床热渣的沸腾不均匀、高度下降，此时热渣颜色由桔红色变白发亮，进而转向暗红色，这表明炉膛结渣已开始形成。沸腾炉燃烧形成结渣的时间短、过程迅速，通常只需 3 ～8min 即可达到较严重程度。因此，单纯依赖于操作控

制来防止结渣并非易事，只有从改善炉体结构和强化操作管理两个方面来适应沸腾燃烧的理化反应，消除产生结渣的基本条件，才具有根本效果。

3.1 燃料选择、搭配与炉体结构的优化设计

燃料的特性及其理化组成对结渣的影响，表明需选择适合于沸腾燃烧的煤质。当燃料灰熔融性较高时，应综合考虑沸腾炉燃烧的温度稳定性、热效率等因素，可

适当掺入一定量的低热值燃料如煤矸石或炉渣，或采用不同煤种混烧的方法，即：高、低粘度的煤或灰渣混掺，酸性和碱性煤或灰渣混掺。实践证明，节煤型高温沸腾炉采用这种方法可显著改善灰渣熔融性和粘温性。但在掺烧时，为了不致因煤质波动而影响到燃烧的稳定性和经济性，其掺入低位发热值Q ＜10.8 ～12.4MJ/kg 的比例通常以20 ～30% 为宜，且需混合

均匀。

为保证燃料基本完全燃烧，并使炉床、炉膛、炉顶等对流受热面安全工作，在不结渣前提下的允许温度范围内，节煤型高温沸腾炉的炉膛保证了足够的空间，使沸腾炉内燃烧的热渣与烟气充满炉膛高度，壁面热负荷均匀，细渣不贴壁，热气流不冲墙而避免形成涡流。高

压风机吹入炉内的气流要求均匀而具有很强的扰动和混合作用，使燃烧中已经熔化的灰渣在遇到冷风吹入后迅速释放热烟气，并重新参与燃烧过程。为了防止高温烟气中细粉燃料粘附在炉膛上部形成结渣，在设计节煤型高温沸腾炉炉墙时，采用了较大的折焰角及缩口式结构，将挡火墙前后两面同时收缩，以提高炉膛上部空间的烟速，改善燃烧过程，使细灰渣迅速滑落到炉膛或灰