結渣是在鍋爐內煙氣側受熱面出現的嚴重影響鍋爐正常穩定運行的故障現象，通常是煤中的礦物質和無機成份經爐內燃燒後變成灰渣，灰渣沉積到受熱面上即形成結渣。鍋爐結渣是個複雜的物理化學過程，它涉及煤的燃燒、爐內傳熱、傳質、煤的潛在結渣性、灰渣粒子在爐內運動以及灰渣與管壁間的粘附等複雜過程，還沒有能定量描述結渣過程的數學模型。根據研究結果，可以初步得出有關結渣的機理。
基本介紹
- 中文名：結渣
- 外文名：slagging
- 學科：電力工程
- 特徵：鍋爐
- 缺點：影響鍋爐正常運行
- 領域：能源
簡介,鍋爐結渣的原因分析,灰渣結渣判據,鍋爐結渣的預防措施,總結,
簡介
結渣是在鍋爐內煙氣側受熱面出現的嚴重影響鍋爐正常穩定運行的故障現象，通常是煤中的礦物質和無機成份經爐內燃燒後變成灰渣，灰渣沉積到受熱面上即形成結渣。鍋爐結渣是個複雜的物理化學過程，它涉及煤的燃燒、爐內傳熱、傳質、煤的潛在結渣性、灰渣粒子在爐內運動以及灰渣與管壁間的粘附等複雜過程，還沒有能定量描述結渣過程的數學模型。根據研究結果，可以初步得出有關結渣的機理。煤灰是存在於煤中的所有的無機物質，同時也包括存在於煤中有機化合物中的無機元素。它們通常可以分為原生礦物質、次生礦物質和外來礦物質3類，3種灰分在煤中的存在形態以及在燃燒過程中的形態變化也不同，而這些灰粒向水冷壁的輸運過程是結渣的重要環節。
灰顆粒的輸運機理主要有3類：第一類是粒徑小於1μm灰粒和氣相灰分等揮發性灰的氣相擴散；第二類是粒徑小於10μm的灰粒的熱遷移(熱遷移是由於爐內溫度梯度的存在而使小粒子從高溫區向低溫區運動) ，熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一；第三類是粒徑大於10μm的灰粒的慣性遷移，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運的重要因素。當含灰氣流轉向時，具有較大慣性動量的灰粒離開氣流而撞擊到水冷壁面使灰渣在管壁上粘接和結聚長大。灰渣在管壁上沉積存在2個不同的過程，一個為初始沉積層的形成過程，對於具有潛在結渣性的煤，初始沉積層主要是由揮發性灰在水冷壁上冷凝而形成，對於潛在結渣性小的煤，初始沉積層由揮發性灰分的冷凝和微小顆粒的熱遷移沉積共同作用而形成。初始沉積層具有良好的絕熱性，能使管壁外表面溫度升高。另一個沉積過程為較大灰粒在慣性力作用下衝擊到管壁的初始沉積層上，當初始沉積層具有粘性時，它捕獲慣性力輸運的灰顆粒並使渣層厚度迅速增加。由於慣性輸送的灰粒在初始沉積層上的粘接還與撞擊灰粒的溫度水平有關，當撞擊灰粒的溫度很高而呈溶融狀液態時，很容易發生粘接使結渣過程加劇，對鍋爐安全運行構成威脅。
鍋爐結渣的原因分析
結渣是一個複雜的物理化學過程，除了與燃煤種類密切相關外，亦與鍋爐結構、燃燒器形式、燃燒氣氛、爐內溫度水平及動力工況等因素有關，歸納為以下幾個主要方面：
1.爐膛熱負荷
爐內熱負荷偏高，會使爐渣在接觸受熱面、爐牆、噴燃器之前無法凝固而結渣。爐膛的結構及斷面熱負荷QF容積熱負荷QV等是根據設計煤種及額定參數設計的，如果燃用煤種與設計煤種相差較大，則會出現燃燒不穩或熱負荷偏高。
2.爐內燃燒的動力工況
運行中操作不當，使一、二次風混合不良，氧量供應不足以及爐內氣流充滿度不佳，灰中熔點較高的Fe2O3。被還原成熔點較低的FeO，而不易與CaO、MgO 等低熔點灰分生成熔點僅為1000 ℃～1200℃的低熔點共晶體，使灰熔點大大降低。此外，因爐內動力工況不良而造成的燃燒切圓過大及燃燒中心偏斜，也會造成高溫煙氣流沖刷水冷壁面，使熔渣在接觸壁面前無法凝固而結渣。
3.煤粉細度
對於低揮發分煤，如果煤粉過粗，會造成燃燒中心上移，使爐膛出口溫度升高，由於煙氣直接沖刷受熱面，很容易在爐膛出口處結渣。但高揮發份的煤，如煤粉太細，則會使著火點前移，使噴嘴出口及其附近區域結渣，此時，如一次風速偏低，則有可能發生回火，使噴口結渣，甚至燒壞噴嘴。
4.燃煤的結渣特性
燃煤成分是決定灰熔點及其結渣特性指標的重要因素，而灰熔點是燃煤結渣特性中最重要的指標。除灰熔點外，煤的結渣特性指標還有很多，從實際套用及統計數據來看，各類指標應綜合分析，靠單一的結渣特性指標來判別，準確性較差。
灰渣結渣判據
在燃煤鍋爐的燃燒過程中，結渣是由軟化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要輻射受熱面上生成熔渣，它的表面往往堆積較硬的灰渣燒結層。下面介紹幾種判斷灰渣結渣性的方法:
1.鹼酸比B/A
由於灰渣中的酸性成分( SiO2 ， Al2O3 ，TiO2) 比鹼性成分( Fe2O3，CaO，MgO，Na2O ，K2O) 的熔點普遍要高一些，灰渣中的酸性成分多會使灰渣熔點高，因此可以用鹼酸比來衡量灰渣結渣的難易。
2.結渣指數
許多煤的硫分主要以黃鐵礦(FeS2) 形態呈現，而由黃鐵礦氧化成FeO ，起著助熔作用。因此在鹼酸比公式中引入煤的全硫分作為增強灰渣結渣的因子，就成了煤的結渣指數。
灰渣熔融溫度成成份之間的回歸分析亦表明鈣的影響更大，因此，這一灰渣成份結渣指數並不適應於高鈣、低硫的煙煤。
3.灰渣熔融結渣指數
灰渣熔融特徵溫度起初是為判別層燃爐灰渣粘結而建立的指標，後延用於固態排渣煤粉爐結渣傾向的判別。它仍是大型鍋爐設計和運行中不可缺少的基礎數據之一。
灰渣熔融特徵溫度的測定具有較大的測量誤差，因而只能提供爐內結渣傾向的粗略判別。通常，灰渣熔融特徵溫度較高的煤種大多不具結渣性，而具有低或中等灰渣熔融特徵溫度的煤種，則往往還需要結合其它方法進行判別。
鍋爐結渣的預防措施
(1) 從煤質特性角度考慮，鍋爐結渣與否除了與灰渣融特性有關外還與煤的發熱量和灰分大小等有關。從鍋爐燃燒特性來說，灰渣熔融特性也不是一個獨立的參數，它不僅與煤的發熱量有關，而且還與鍋爐設備等有關。因此要防止鍋爐結渣，燃料管理人員首先應重視並掌握灰熔融特性對鍋爐結渣的影響並採取相應的措施，根據設計煤種組織燃料，嚴格控制入廠煤質，使用灰渣熔融特性ST值>原設計煤質的軟化溫度(ST)的煤。在無法滿足此條件時，則應儘可能選用成分穩定、含灰量少的煤。這樣便可針對該煤種的結渣特性，通過試驗與運行實踐，建立起適合該煤種的運行工況，以達到充分燃燒並防止結渣的目的。對可能造成鍋爐結渣的煤種，進行適當混配。混煤的灰熔點與粘度不僅與摻混煤種有關，而且與摻混比例關係很大。不同煤種成分間的相互作用會使灰的熔點和粘度改變，高粘度灰渣與低粘度灰渣混合、酸性灰渣與鹼性灰渣混合後都會使灰渣的粘度及流動性發生改變。套用這些特性，通過分析研究和試驗，總結出合理有益的摻配方式，可以達到提高灰熔點，降低灰粘度的目的。
(2) 對輕度結渣、積灰的影回響給予高度重視。上述分析表明，輕度結渣、積灰不僅影響鍋爐運行的經濟性，還有進一步惡化的可能，因此必須及時清除。克服輕度結渣、積灰的有效措施是吹灰。以聲波吹灰為例可知:聲波在受熱空間向各個方向傳播，聲能引起煙氣質點的高速周期震盪，使煙氣中的灰塵粒子及受熱面上的灰垢微粒脫離受熱面而凝聚，懸浮在空間被煙氣氣流帶出爐外。同時具有震動位移大、速度快和一定強度的聲疲勞效應，能使焦渣粒子間的結合力變弱，有效地減緩和抑制焦渣的生長速度，還可將凝聚在受熱面的灰渣撕裂、破碎，從而達到清灰除垢的效果。實踐證明吹灰不但是防止和減輕結渣、積灰的最有效措施，同時也是電廠節能的一種手段。因此在運行操作過程中，應觀察燃燒情況，適時投運吹灰器，以防止大面積結渣。
(3) 調整好爐內燃燒工況:根據鍋爐燃燒的實際情況，確定合適的假想切圓直徑，以保證上各噴燃器的安裝角度與假想切圓一致。大修結束後，應進行冷態空氣動力場試驗，參考冷態試驗數據，根據對熱態實際運行狀況的觀察與測量，運行人員對爐內燃燒工況作適當調整，以保證燃燒切圓直徑及火焰中心的高度和位置適中，發火距離合適，一次、二次風混合良好，氧量供應充足，使得爐膛水平及出口截面上溫度場分布均勻且平均溫度不太高。
(4) 保持合適的鍋爐熱負荷，不要超負荷運行。使爐膛內燃燒區域和煙溫場得以合理分布，從而避免因局部區域熱負荷過高而結渣。
(5) 保持適中的煤粉細度。根據實際煤種情況，通過調整分離器及系統通風量將煤粉細度調整至合適範圍內。因分離器不可能頻繁調節，當燃煤的揮發份有所變化時，可通過改變一次風率的方法作為防止結渣和穩燃的輔助調節手段。生產中，煤粉細度的選擇，應兼顧穩燃、爐膛及爐膛出口受熱面是否結渣、機械不完全燃燒損失、制粉電耗等諸因素綜合考慮。煤中發熱量、灰分含量、全硫含量不宜過大，入爐煤粉不宜過粗。
(6) 加強運行和檢修管理。一般爐膛熱負荷、燃燒區域溫度分布、爐內氣流的動力工況、煤粉細度、煙氣中的氧量以及爐內是否有結渣現象等，都可以通過對運行中儀表的監視和實際觀察得到了解，發現不良工況及時進行調整，對已出現的渣塊要及時清除，這是防止結渣的重要手段。檢修時，安裝調整好噴燃器角度，清除各部位的積存灰渣，保證通風、制粉、燃燒等設備的良好工作狀態，對於預防鍋爐結渣十分重要。對排除了灰熔融特性造成鍋爐結渣的異常現象進行分析，消除設備缺陷。
總結
對於煤粉爐結渣和積灰問題，要在理論分析的基礎上，聯繫鍋爐具體參數和工況，尋找切實可行的防治措施，以減輕危害，提高效率。
