近年，各個(gè)電廠(chǎng)鍋爐結渣問(wèn)題突出，不少300MW機組都發(fā)生過(guò)嚴重結渣。鍋爐結渣不僅影響機組的經(jīng)濟滿(mǎn)發(fā)，而且嚴重威脅安全運行。

1 與鍋爐結渣有關(guān)的因素

結渣是復雜的物理和化學(xué)過(guò)程，國內外學(xué)者已做了大量研究，初步揭示了其形成的機理及與煤灰性質(zhì)的關(guān)系，制定了若干用以判斷煤灰結渣性的指數，同時(shí)揭示了鍋爐設計和運行對結渣的影響。

1.1 灰與渣的特性

煤灰的結渣性同灰的化學(xué)成分、灰渣的物理特性有關(guān)?，F選擇其中一些主要的指標詳述如下。

1.1.1 灰的熔化溫度

灰熔溫度同灰的成分有關(guān)，灰中的酸性氧化物，如SiO2，Al2O3和TiO2等都是聚合物的構成者，因此會(huì )提高灰的熔化溫度；堿性氧化物則相反，如CaO，MgO和Na2O等都是聚合物的破壞者，會(huì )降低灰的熔化溫度。但這種解釋對含有大量堿性物的灰來(lái)說(shuō)不適用，所謂“褐煤型灰”就會(huì )有大量CaO和MgO，其量比Fe2O3多得多，這些灰中的SiO2、Fe2O3、Na2O和K2O都會(huì )降低軟化溫度，而Al2O3、CaO和MgO卻提高軟化溫度。美國對國內一些特定煤種，依據大量統計數據已建立了精確的灰熔溫度與灰化學(xué)成分之間的關(guān)系，這樣，根據灰中的堿性組分就可以確定灰熔點(diǎn)。

至于灰中鐵的作用，要視其氧化狀態(tài)而定，三價(jià)鐵是聚合物的構成者，提高灰熔溫度；二價(jià)鐵則是聚合物的破壞者，降低灰熔溫度。

灰的熔化溫度在氧化氛圍與還原氛圍中是不同的，兩者的差異是隨著(zhù)灰中CaO和MgO成分的增加而變小。

1.1.2 渣的粘度

焦渣的粘度隨溫度而變化，溫度升高，粘度變小，超過(guò)某一臨界值時(shí)，焦渣便成液相，可在水冷壁表面形成一薄層而自由流動(dòng)，焦渣粘度溫度曲線(xiàn)是預示煤粉爐結渣傾向的重要指標。研究表明，焦渣粘度與煤灰化學(xué)成分有關(guān)，當煙煤焦渣溫度超過(guò)其臨界粘度相對應的溫度Tcv后，焦渣粘度就與灰分中的硅比SiO2/（SiO2+ Fe2O3+ CaO+ MgO）有一定的關(guān)系。英國根據（SiO2/ Al2O3）、Fe2O3、CaO、MgO來(lái)確定與臨界粘度相對應的溫度。

從臨界粘度（約10~20Pa·s到約104Pa·s范圍內的焦渣呈塑性狀態(tài)液固兩相混合），可根據其所對應的溫度區域考慮吹灰器的型式和位置。

1.1.3 灰的燒結性

B＆W利用燒結試驗來(lái)衡量煙煤的結渣傾向。試驗在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗性燃燒室內進(jìn)行，被試煤在其中懸浮燃燒以模擬煤粉爐工況，然后將燒出的灰壓進(jìn)一個(gè)直徑17mm、高19mm的圓筒內，再將壓出的灰塊置于1.03MPa和704～1093℃下在空氣中加熱15個(gè)小時(shí)，然后慢慢冷卻。該燒結灰塊的燒結溫度、破碎強度與結渣傾向密切相關(guān)，B＆W把這作為評價(jià)煤的主要指標之一。易結渣的煤在927℃以下燒結強度高達27.58MPa，而不易結渣的煤在927～1093℃范圍內的燒結強度低于6.9 MPa。

1.1.4 幾個(gè)反映結渣傾向的導出因子

美國CE和B＆W等鍋爐制造廠(chǎng)都各自研究和導出一些顯示結渣和積灰特性的指標，現將有關(guān)結渣的指標列于附表中。CE公司在評價(jià)結渣傾向時(shí)除了采用灰熔點(diǎn)外，還采用：

（1）堿酸比

如前所述，煤灰中堿性組分與灰熔點(diǎn)之間的關(guān)系呈拋物線(xiàn)形，堿酸比在0.4～0.7（大約30%～40%標準含量的堿性物）時(shí)易結渣。

（2）硅鋁比

當以堿酸比作為判斷結渣性指標時(shí)，還需注意硅鋁比。在堿酸比低的情況下，如硅鋁比高，鋁將發(fā)揮溶劑作用而降低T250。T250是對應于粘度為250P（泊）時(shí)的灰渣溫度，一般說(shuō)，灰渣粘度低于250P時(shí)，流動(dòng)性就很好。硅鋁比小于1.7不結渣，大于2.8將結渣。

（3）鐵鈣比

此比值在0.3～3.0范圍內會(huì )影響灰渣的共熔特性，使灰熔點(diǎn)降低，結渣傾向增加趨向1時(shí)會(huì )嚴重結渣；小于0.3或大于3.0都不結渣。

（4）2.0重液中的鐵

CE采用在比重為2.9重液中沉積下的煤灰鐵含量作為衡量黃鐵礦的多少。黃鐵礦在燃燒過(guò)程中不起反應而離析出來(lái)，形成焦渣結在靠近燃燒器的爐膛下部水冷壁上。

（5）單位發(fā)熱量的煤灰量

每百萬(wàn)英鎊熱單位的煤灰量被用來(lái)估量可能生成的渣和積灰的數量（當然還要依據灰的結渣和積灰特性）。

B＆W用另一些指標來(lái)估計結渣傾向。

根據灰渣粘度導出的結渣指數RSV

RSV=T250(氧化)-T1000（還原）/（97.5*FS）

式中T250(氧化)——氧化氛圍下灰渣粘度25Pa·s所對應的溫度 T1000（還原）——還原氛圍下灰渣粘度1000Pa·s所對應的溫度

FS——一個(gè)相關(guān)系數，其數值范圍為1～11，取決于灰渣粘度/溫度曲線(xiàn)上對應于200Pa·s的溫度（氧化與還原氛圍的中間值）RSV由0.5變化到3.0，相對應的結渣傾向由中等到嚴重。

（2）依據灰熔化溫度導出的結渣指數Rsf Rsf=（MaxHT+4*MinID）/5

式中MaxHT——氧化或還原氛圍下較高的半球形溫度 MinID——氧化或還原氛圍下較低的開(kāi)始變形溫度,Rsf是一個(gè)加權平均溫度，以1份氧化或還原氛圍下的大半球形溫度和4份氧化或還原氛圍下的小開(kāi)始變形溫度來(lái)平均。Rsf低于1149℃預示嚴重結渣；Rsf在1232～1343℃范圍內預示中等結渣傾向。

（3）由灰的化學(xué)成分導出的結渣指數Rsb

Rsb=（CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O）*S%（干燥基）/（SiO2+ Al2O3+ TiO2 ）

Rsb指數主要用于煙煤型灰，即灰中Fe2O3的含量大大高于CaO和MgO含量，Rsb植的范圍從0.6以下（代表輕度結渣趨勢）到2.6以上（代表嚴重結渣趨勢）。

1.2 設計因素

美國電力研究協(xié)會(huì )（EPRI）曾對燃用各種不同因素煤種的鍋爐作了調查，結論是結渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設計密切相關(guān)，主要是爐膛熱強度（包括爐膛容積熱強度和斷面熱強度）、煤粉在爐膛內逗留的時(shí)間、燃燒器結構型式以及受熱面的布置等。同一煤種，在某臺鍋爐上燃燒會(huì )嚴重結渣，而在另一臺設計不同的鍋爐上可能根本不結渣。同時(shí)，鍋爐設計在改善灰沉積物方面也起著(zhù)重要的作用。

1.3 運行因素

鍋爐結渣積灰與鍋爐負荷、煙氣溫度、煤粉細度、過(guò)?？諝饬康扔嘘P(guān)。 結渣、積灰隨鍋爐負荷及煙氣溫度的增加而增加。

煤粉細度對爐膛結渣的影響說(shuō)法不一，其一，提高煤粉細度將使燃燒區域溫度升高，從而加劇結渣，我國125MW機組的運行實(shí)踐也表明，煤粉過(guò)細著(zhù)火快，燃燒器區域易結渣。而在一臺600MW機組上進(jìn)行的試驗結構卻相反，其結論是粗煤粉將加重結渣。筆者認為煤粉細度應視煤種與具體的鍋爐結構而定，過(guò)細不僅增加制粉電耗，而且會(huì )提高燃燒器區域熱負荷而可能引起結渣；過(guò)粗不僅不利于著(zhù)火和煤粒的燃盡，而且易造成爐膛上部和過(guò)熱器部位結渣。所以應通過(guò)試驗確定合理的煤粉細度。

較大的燃燒過(guò)?？諝饽軠p少結渣與積灰，這是由于爐膛內還原區范圍縮小以及爐膛出口溫
度降低。在600MW機組上的試驗顯示，增加過(guò)?？諝?，同時(shí)將燃燒器正向傾斜，水冷壁和大屏上的沉積物明顯減少。

2 防止結渣與積灰的措施

2.1 運行措施

2.1.1 吹灰

對水冷壁結渣和積灰通常的方法就是吹灰，吹灰可以防止焦渣累積，保持受熱面清潔，從而使煙氣分布和蒸汽溫度維持在設計水平。

吹灰介質(zhì)一般采用蒸汽，但對于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，而采用水力吹灰就很有效。水力吹灰必須設計好噴嘴的尺寸、角度、水壓力、水流量、噴槍移動(dòng)速度以及吹灰頻率，以免對水冷壁和過(guò)熱器造成熱沖擊。據稱(chēng)，如能正確使用水力吹灰器，那么它對爐管壽命的影響決不會(huì )超過(guò)蒸汽吹灰（水力吹灰國內用的很少）。

據有些電廠(chǎng)經(jīng)驗，聯(lián)合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著(zhù)再用蒸汽吹。如美國B(niǎo)ig Stone電廠(chǎng)的一臺400MW旋風(fēng)爐，燃用北達科他褐煤，結渣嚴重，后來(lái)在爐膛內裝了32只水力噴槍和24只附加的蒸汽吹灰器，有效地控制了積灰；在過(guò)熱器部位也加裝了8只水力吹灰器，同時(shí)將原來(lái)二級過(guò)熱器第一、二排的14只蒸汽吹灰器也改為水力吹灰器，使過(guò)熱器積灰情況大為改善。

吹灰必須做到定期定時(shí)，運行人員還需加強檢查。此外，很重要的一點(diǎn)是維修要跟上，以確保其使用可靠。

2.1.2 其他運行措施

a. 防止爐溫過(guò)高。

堵塞爐底漏風(fēng)，降低爐膛負壓，不使空氣量過(guò)大，直流噴燃器盡量利用上排噴燃器，防止火焰中心上移，以免爐膛出口結渣。

另外，保持各磨出力均勻，使直流噴燃器四角氣流的動(dòng)量相等，切圓合適。防止噴燃器變形，都能防止火焰偏斜，以免水冷壁結渣。

b. 防止爐內過(guò)多還原性氣體生成保持合適的空氣動(dòng)力場(chǎng)，不使空氣量過(guò)小，噴燃器損壞及時(shí)修理，都能使爐內減少還原性氣體，防止結焦。

c. 提高煤質(zhì)，保持合適的煤粉細度。

避免燃料多變，清除煤中雜質(zhì)，可減少結焦的可能性，保持合適的煤粉細度，不使煤粉過(guò)粗，以免火焰中心過(guò)高，導致?tīng)t膛出口結渣，或因煤粉落入冷灰斗又燃燒而形成結焦。

d.控制燃燒過(guò)?？諝饬?。

e.通過(guò)調整過(guò)?？諝饬咯p燃燒器傾斜角度﹑煙氣擋板﹑煙氣再循環(huán)﹑燃燒器選型或其他可行手段來(lái)限制爐膛出口煙氣溫度在許可的限度內。

f.對于四角燃燒鍋爐，國內一些廠(chǎng)的經(jīng)驗是調整一二次風(fēng)，減小切圓，以避免火焰C沖刷而引起水冷壁結渣。

2.2 改變煤質(zhì)

2.2.1 配煤

在原來(lái)的燃煤中摻入另一種煤可改變煤的性質(zhì)，達到不結渣的目的。采用此法須注意兩點(diǎn)：

a．兩種煤按一定比例混合，配出來(lái)的煤的特性并不是這兩種煤數學(xué)上的平均值，每一個(gè)配煤必須看成是一種新的煤種，其主要特性往往并不是所期望的。

b. 配煤必須均勻。配煤可在煤礦﹑輸煤皮帶上或在爐膛內進(jìn)行。

2.2.2 精選煤

通過(guò)對原煤精選處理來(lái)降低其灰分及雜質(zhì)。

3 總結

本文討論了與爐膛結渣的有關(guān)因素和引起爐膛結渣的原因，并制定了防止爐膛結渣的技術(shù)措施。以上觀(guān)點(diǎn)僅供參考。