燃煤锅炉炉内结渣影响因素

燃煤锅炉炉内结渣影响因素分析

燃煤电厂炉内结渣是许多电厂经常遇到的难题之一，也是确保火力电厂安全经济平稳运行必须解决的重大课题之一。几十年来，国内燃煤电厂由于炉内结渣引起的各种设备、人身事故不计其数，轻则导致锅炉低负荷运行或停炉清渣，产生巨大经济损失，重则导致设备损坏，甚至引发人身事故。

结渣的本质就是熔化的固体杂质与锅炉内粘结的灰尘在高温条件下凝固在炉壁上而产生的一种现象，具体地说就是当炉内温度高于灰尘熔点并受到烟气的不断冲刷时就会使得灰渣凝结在炉壁上而造成结渣，由上述描述可推知产生结渣有以下几方面的原因：

（1）炉内温度要高于灰尘熔点，使灰尘熔化；

（2）气流要不断冲刷受热面，使熔灰有机会到达壁面并粘结在上面；

（3）炉壁要有利于灰尘的凝固，即水冷壁对熔灰的冷却性差，煤灰未在炉膛出口处凝固而是粘黏在炉壁上形成炉渣。

下面将分别从这几个方面对炉内结渣的影响因素进行具体分析，指出炉内结渣的危害及防治措施。

一、影响因素

1.煤灰特性和化学组成

煤灰成分与组成是产生锅炉结渣的根源。一般灰熔点低的煤容易结渣，与此同时，低熔点灰分通常粘性也强，因而增加了结渣的可能性。

1.1. 灰的熔化温度

灰熔温度同灰的成分有关，灰中的酸性氧化物，如SiO2，Al2O3和TiO2等都是聚合物的构成者，因此会提高灰的熔化温度；碱性氧化物则相反，如CaO，MgO和Na2O等都是聚合物的破坏者，会降低灰的熔化温度。但这种解释对含有大量碱性物的灰来说不适用，所谓“褐煤型灰”就会有大量CaO和MgO，其量比Fe2O3多得多，这些灰中的SiO2、Fe2O3、Na2O和K2O都会降低软化温度，而Al2O3、CaO和MgO却提高软化温度。

灰中铁的作用，要视其氧化状态而定，三价铁是聚合物的构成者，提高灰熔

温度；二价铁则是聚合物的破坏者，降低灰熔温度。

灰的熔化温度在氧化氛围与还原氛围中是不同的，两者的差异是随着灰中CaO和MgO成分的增加而变小。

1.2 渣的粘度

焦渣的粘度随温度而变化，温度升高，粘度变小，超过某一临界值时，焦渣便成液相，可在水冷壁表面形成一薄层而自由流动，焦渣粘度温度曲线是预示煤粉炉结渣倾向的重要指标。研究表明，焦渣粘度与煤灰化学成分有关，当烟煤焦渣温度超过其临界粘度相对应的温度Tcv后，焦渣粘度就与灰分中的硅比SiO2/（SiO2+ Fe2O3+ CaO+ MgO）有一定的关系。英国根据（SiO2/ Al2O3）、Fe2O3、CaO、MgO来确定与临界粘度相对应的温度。

从临界粘度（约10~20Pa·s到约104Pa·s范围内的焦渣呈塑性状态液固两相混合），可根据其所对应的温度区域考虑吹灰器的型式和位置。

2. 炉膛温度水平

2.1 炉内温度

影响结渣的因素很多，从炉膛结构来考虑，主要是温度的影响，尤其是燃烧器区域的温度水平。着火稳定性强的炉膛结构，结渣的可能性也越大。

2.1.1炉膛截面热负荷q A

q A值过大，容易引起结渣。

炉膛截面热负荷q A的意义是指在单位时间内、单位炉膛横截面积上，燃料燃烧放出的热量。q A值过大，就表明炉膛周界过小，所能布置的水冷壁管子根数就少。在燃烧器区域，由于燃烧放热比较集中，如果没有足够的水冷壁吸收燃烧释放的热量，就会导致火焰温度很高，以至于当烟气中的灰渣靠近炉壁时，未能得到充分冷却，而引起结渣。相反，q A过小，就表明炉膛周界过大，所能布置的水冷壁管子根数增加，这时有利于减轻结渣，减少污染物的生成量。

2.1.2燃烧器区域的壁面热负荷q R

q R值越大，越容易引起结渣。

燃烧器区域的壁面热负荷q R的意义是指在单位时间内、燃烧器区域的单位炉壁面积上，燃料燃烧放出的热量。q R值越大，说明火焰越集中，燃烧器区域的温度水平就越高，炉内温度易高于灰熔点，容易造成燃烧器区域的壁面结渣。

2.1.3炉膛容积热负荷q V

q R值过大，容易引起炉膛上部受热面结渣。

炉膛容积热负荷q V的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内，燃料燃烧放出的热量。q V一般用来代表燃料在炉内的停留时间，也可以说明炉内的温度水平。q V过大，说明在单位时间，单位炉膛容积内烧了过多的燃料，产生的烟气量随着增多，烟气流速过高，一部分燃料来不及完全燃烧就被排出炉外，即燃料在炉内停留时间减短。这表明炉膛容积过小。此时由于炉内所能布置的水冷壁受热面太少，烟气到达炉膛出口时得不到充分冷却，炉膛出口烟温升高，会使炉膛上部受热面结渣。

2.1.4燃料的发热量和锅炉负荷

燃用发热量较高或较低的煤都会加剧结渣。实际用煤发热量高于设计发热量是，炉膛温度及出口烟温上升幅度大，熔融状态的灰粒只要碰撞在水冷壁上就会造成结渣；燃用低发热量煤时，灰含量增加，局部热负荷过高而引起结渣。

锅炉负荷越高，送入炉内的热量也越多，结渣的可能性也越大。

3.火焰中心上移和火焰贴墙

3.1火焰中心上移

若火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，会导致炉膛出口处的受热面结渣。导致火焰中心上移的原因：

（1）煤粉细度粗煤粉燃烧时间比较长，当煤粉中粗煤粉比例增加时，容易引起火焰延长，导致炉膛出口处的受热面结渣；但对于高挥发份的煤,如煤粉太细,则会因着火点前移,使喷嘴出口及其附近区域结渣。

（2）炉膛负压太大时，炉内气流会明显上翘，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起过热器结渣。

3.2火焰贴墙

3.2.1直流燃烧器——一次风气流偏斜

采用四角燃烧方式的锅炉，运行中容易发生气流偏斜而导致火焰贴墙，引起结渣。

引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是：

（1）邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因。射流自燃烧器喷口射出后，

由于受上游邻角气流的直接撞击，撞击点越接近喷口，射流偏斜就越大；撞击动量越大，气流偏斜就越严重。

（2）射流偏斜还受射流两侧补气条件的影响。如果射流两侧补气条件不同，就会在射流两侧形成压差，向火面的一侧收到邻角气流的撞击，补气充裕，压力较高；而背火面的一侧补气条件差，压力较低。这样，射流两侧就形成了压力差，在压力差的作用下射流被迫向炉墙偏斜，甚至迫使气流贴墙，引起结渣。

（3）气流刚性小时，气流容易发生偏斜，更易引起火焰贴墙。气流刚度与一次风速度有关，一次风速度过小，会导致气流刚度下降；燃烧器的高宽比对射流弯曲变形影响较大，高宽比越大，射流形状越宽而薄，刚性就越差。

炉内四股气流的相互作用，不仅影响到气流的偏斜程度，也会影响假想切圆直径。

切圆直径过大时，火焰容易贴墙，引起结渣；火焰旋转强烈时，产生的旋转动量矩大，同时因为高温火焰粘度很大，到达炉膛出处，旋转残余较大，这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大，引起将较大热偏差，导致过热器结渣或超温。

3.2.2旋流燃烧器——旋流强度

对于布置旋流燃烧器的炉膛，当旋流强度过大时，会形成飞边火焰，引起结渣；若旋流强度过小，气流长度太长时，可能使气流直冲对面炉墙或顶撞对面的火焰而导致结渣。

4.壁面对熔灰冷却性差——卫燃带和结渣

壁面已结渣时，会降低炉膛的冷却能力，引起进一步的结渣，如此循环作用，炉渣就会越积越多。

卫燃带是通过提高燃烧器附近烟气温度来改善稳燃性能的。实践证明：卫燃带可有效提高燃烧器区域附近的烟气温度，提高幅度可达200℃左右，是解决低值煤在低负荷时稳定、高效燃烧的一种有效途径。

然而，当水冷壁表面敷设卫燃带后，其表面温度显著升高。由于卫燃带是敷设在水冷壁的表面而与炉膛火焰直接接触，其必然受到炉膛内高温烟气流的冲刷；因此其外表面极易与高温熔融的煤灰颗粒发生反应，使灰在其表面附着、沉积，直至与其致密结合而侵蚀卫燃带，即结渣。

由于目前在炉内敷设的卫燃带其位置与面积在运行中不能改变且表面比较