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一、 鍋爐結(jié)焦的形成及形態(tài)
結(jié)焦是鍋爐運(yùn)行中比較普遍的問題,一般情況下,隨著煙氣一起運(yùn)動(dòng)的灰渣顆粒,由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻,如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻前,已經(jīng)因?yàn)闇囟冉档投?當(dāng)附著在受熱面管壁上時(shí),將形成一層疏松的灰層,運(yùn)行中通過吹灰可以除掉。當(dāng)爐膛內(nèi)溫度較高時(shí),一部分灰顆粒已經(jīng)達(dá)到熔融或半熔融狀態(tài),若這部分灰顆粒在達(dá)到受熱面前未得到足夠冷卻達(dá)到凝固狀態(tài),具有較高的粘結(jié)能力,就容易粘附在受煙氣沖刷受熱面或爐墻上,甚至達(dá)到熔化狀態(tài),粘附熔融或半熔融狀態(tài)的灰顆粒和未燃盡的焦炭使結(jié)焦不斷發(fā)展。
在燃燒過程中,煤粉顆粒中所含的易熔或易氣化的物質(zhì)迅速揮發(fā),成氣態(tài)進(jìn)入煙氣中,當(dāng)溫度降低時(shí)凝結(jié),或者粘附在煙氣沖刷的受熱面或爐墻上。或者凝結(jié)在飛灰顆粒表面,成為熔融的堿化物膜,然后粘附在受熱面上形成初始結(jié)焦層,成為結(jié)焦發(fā)展的條件。
如果鍋爐床溫過高，導(dǎo)致渣溫高，達(dá)到其軟化點(diǎn)，一般為1040℃，爐渣軟化后形成結(jié)焦。結(jié)焦的爐渣急劇過快冷卻能形成硬塊，不易碎裂，出現(xiàn)堵塞排渣機(jī)等運(yùn)行問題。
熔渣：
水冷壁及其它輻射受熱面上的積灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的堿性金屬氧化物和硫酸鹽，在高溫下發(fā)生升華或形成易熔的共晶體，遇到較冷的受熱面管壁即冷凝下來形成內(nèi)灰層。其外表溫度隨灰厚度的增加而不斷增加，使灰層達(dá)到熔化狀態(tài)，覆蓋在管壁且具有粘性，進(jìn)一步捕捉飛灰而不斷加厚，這種熔渣的一個(gè)重要特點(diǎn)是它能夠隨時(shí)間無限增長。
高溫積灰：
在高溫?zé)煔猸h(huán)境中飛灰沉積在管束外表面的現(xiàn)象叫高溫積灰。過熱器與在熱器管外的積灰既屬于高溫積灰.煤灰根據(jù)其易熔程度可分為三部分。底熔灰主要是金屬氯化物和硫化物（NACL，NA2SO4，MGCL2，AL（SO4）3）等他們的熔點(diǎn)大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔點(diǎn)900-1100 ℃。高熔灰是由純氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，F(xiàn)E2O3）等組成，熔點(diǎn)1600-2800 ℃
高熔灰的熔點(diǎn)超過了爐膛火焰區(qū)的溫度，當(dāng)它通過燃燒區(qū)時(shí)不發(fā)生狀態(tài)變化。高溫過熱器與再熱器布置在煙溫高于700—800℃的煙道里，管子的外表面積灰由兩部分組成，內(nèi)層灰緊密，與管子黏結(jié)牢固，不容易清除，外灰層松散，容易清除。
低熔灰在爐膛內(nèi)高溫?zé)煔鈪^(qū)已成為氣態(tài)，隨煙氣流向煙道。由于高溫過熱器和再熱器區(qū)域的煙溫較高，低熔灰若不接觸溫度較低的受熱面則不會(huì)凝固，若接觸到溫度較低的受熱面就會(huì)凝固在受熱面上，形成黏性灰層。灰層形成后，表面溫度隨灰層厚度的增加而增加。此后，一些中熔，高熔灰粒也被黏附在黏性灰層中。這種積灰在高溫?zé)煔庵械难趸驓怏w的長期作用下形成白色的硫酸鹽密實(shí)灰層，這個(gè)過程稱為燒結(jié)。隨的灰層厚度的增加，其外表面溫度繼續(xù)升高，低熔灰的黏結(jié)結(jié)束。但是中熔灰和高熔灰在密實(shí)灰層表面還進(jìn)行著動(dòng)態(tài)沉積，形成松散而且多孔的外層灰。
松散灰：
松散灰是物理沉積，灰粒之間呈松散狀態(tài)。在煙氣溫度低于600-700℃的煙道內(nèi)，低溫受熱面管子表面形成的積灰為松散灰。
粘結(jié)灰：
由于燃料中含有燃料硫，燃料燃燒后總有一部分會(huì)形成SO3，并和煙氣中的水蒸氣形成硫酸蒸氣。硫酸蒸氣能在較高溫度下冷凝，使煙氣露點(diǎn)溫度升高。當(dāng)硫酸蒸氣流經(jīng)受熱面時(shí)，如果金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)，則硫酸蒸氣就在管壁冷凝下來，當(dāng)煙氣流過時(shí)，硫酸溶液就吸附灰粒子與灰中鈣的氧化物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成CASO4粘在管壁上，形成了一硫酸鈣為基質(zhì)的低溫粘結(jié)灰。低溫粘結(jié)灰呈硬結(jié)狀，不易清除，也會(huì)無限增長，甚至?xí)a(chǎn)生堵灰，電站鍋爐中常在空氣預(yù)熱器中發(fā)生，而工業(yè)鍋爐中常發(fā)生在省煤器中，尤其是鑄鐵式省煤器中。（注：煙氣露點(diǎn)溫度指硫酸蒸氣冷凝時(shí)的溫度。）尾部受熱面的積灰包括松散灰和低溫粘結(jié)灰兩種。
二、 鍋爐結(jié)焦形成的原因及影響因素
1. 結(jié)焦與灰熔點(diǎn)有關(guān)
結(jié)焦的根本原因是熔化狀態(tài)下的灰沉積在受熱面上。可見，灰的熔點(diǎn)是結(jié)焦的關(guān)鍵。可用灰熔點(diǎn)溫度及灰的主要成分來判斷煤灰的結(jié)渣指標(biāo)。通常可用灰成分中的鈣酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅值來判斷其結(jié)焦傾向，灰的熔點(diǎn)與灰的化學(xué)成分、灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)及灰分濃度有關(guān)。灰的化學(xué)成分以及各成分含量比例決定灰熔點(diǎn)的高低。灰熔點(diǎn)比其混合物中最低熔點(diǎn)還要低。灰熔點(diǎn)越低，鍋爐受熱面越容易結(jié)焦。灰熔點(diǎn)與灰周圍的介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)煙氣中有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)降低大約200℃。這是因?yàn)檫€原性氣體能使灰分中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原成低熔點(diǎn)的FeO的緣故，二者熔化溫度相差200～300℃。灰熔點(diǎn)還與煙氣中灰的濃度有關(guān)。在其他條件相同的情況下，煤中含灰量不同，灰熔點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)榛曳种懈鞒煞衷诩訜徇^程中，相互接觸越頻繁，則產(chǎn)生化合、分解、助熔的機(jī)會(huì)也越多，則熔點(diǎn)降低的可能性也越大。
2. 結(jié)焦與燃燒調(diào)整有關(guān)
如果送引風(fēng)量太大，進(jìn)行強(qiáng)化燃燒，爐溫超過煤灰粘結(jié)溫度時(shí)，會(huì)形成高溫結(jié)焦。
若鍋爐運(yùn)行中配風(fēng)不合理或風(fēng)量不足，氧量低，煤不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳及氫等氣體，會(huì)使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生還原性氣氛，例如，用FE2O3較高的煤時(shí)，在沒有充分氧氣的情況下，C不完全燃燒生成CO，而CO有還原性，則高熔點(diǎn)的FE2O3被CO還原成FEO，而FEO與SIO2等進(jìn)一步形成熔點(diǎn)更低的共晶體，有時(shí)候會(huì)使灰的熔點(diǎn)下降150-300oC。雖然爐膛出口煙溫低于煤灰的軟化溫度t2，但仍會(huì)形成劇烈的結(jié)焦。沸騰燃燒鍋爐比較容易出現(xiàn)“低溫結(jié)焦”就是這個(gè)緣故。
鍋爐負(fù)荷升高或燃燒不合理造成局部爐溫高，達(dá)到灰熔點(diǎn)，導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦。
3 . 結(jié)焦與鍋爐設(shè)備漏風(fēng)有關(guān)
爐膛漏風(fēng)增大進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)量，降低燃燒室的溫度水平，推遲燃燒進(jìn)程。冷灰斗處漏風(fēng)會(huì)抬高火焰中心，火焰拉長，導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高，容易引起屏過結(jié)焦。空預(yù)器漏風(fēng)，不但引風(fēng)機(jī)電耗增大，而且部分送風(fēng)量進(jìn)入煙道，容易造成爐內(nèi)缺風(fēng)。
三、 鍋爐結(jié)焦的危害
n 受熱面結(jié)渣以后，會(huì)使傳熱熱阻增加，傳熱減弱，工質(zhì)吸收熱量減少，鍋爐排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐效率下降。為保持鍋爐的正常運(yùn)行，在增加燃料量的同時(shí)必須相應(yīng)的加大風(fēng)量，這就使送、引風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，用電增加，因此，結(jié)渣使鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性明顯降低。
n 受熱面結(jié)渣時(shí)，要保持鍋爐的正常運(yùn)行，必須增大風(fēng)量。若通風(fēng)設(shè)備容量有限，加上結(jié)渣容易使煙氣通道局部堵塞，煙氣阻力增加，風(fēng)機(jī)風(fēng)量難于加大，鍋爐只好被迫降負(fù)荷運(yùn)行。
n 鍋爐受熱面結(jié)渣后，爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致過熱氣溫升高，加之結(jié)渣造成的熱偏差，易引起過熱器超溫?fù)p壞。這時(shí)為了維持過熱氣溫和保護(hù)過熱器，運(yùn)動(dòng)中也需要限制鍋爐負(fù)荷。
n 結(jié)焦易成灰渣大塊，使撈渣機(jī)、碎渣機(jī)運(yùn)輸困難，有時(shí)會(huì)過載跳閘，嚴(yán)重時(shí)使渣溝受堵，不得不降負(fù)荷運(yùn)行。
n 燃燒器噴口結(jié)渣，改變了燃燒器出口氣流結(jié)構(gòu)，從而使?fàn)t內(nèi)空氣動(dòng)力工況受到破壞，影響燃燒過程的進(jìn)行。噴口結(jié)渣嚴(yán)重而被堵塞時(shí)，鍋爐只好降負(fù)荷運(yùn)行，或是被迫停爐。
n 水冷壁結(jié)渣，會(huì)使其個(gè)部分受熱不均，對自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性和控制流動(dòng)帶來不利影響，可能導(dǎo)致水冷壁管破壞。 若造成水冷壁全部結(jié)焦時(shí)，只有停爐進(jìn)行人工清焦。
n 結(jié)焦若熔合成大塊時(shí)，因重力從上部落下，導(dǎo)致砸壞冷灰斗水冷壁。低負(fù)荷會(huì)因掉大塊焦而引起燃燒不穩(wěn)甚至熄火。
n 冷灰斗處結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使冷灰斗出口堵塞，無法排渣，鍋爐無法繼續(xù)運(yùn)行。
n 鍋爐的大焦塊掉在撈渣機(jī)后，瞬間產(chǎn)生大量的水蒸氣，破壞撈渣機(jī)的水封，同時(shí)使?fàn)t底漏入大量冷風(fēng)，造成燃燒器區(qū)域（尤其是下排燃燒器區(qū)域）煤粉火焰著火狀況的嚴(yán)重惡化，使?fàn)t膛負(fù)壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)（超限）而引起鍋爐滅火。
總之，結(jié)渣不但增加了鍋爐運(yùn)行維護(hù)和檢修的工作量，嚴(yán)重危及鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還可能迫使鍋爐降低負(fù)荷運(yùn)行甚至被迫停爐，結(jié)渣本身是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程同時(shí)還有自動(dòng)加劇的特點(diǎn)，一旦發(fā)生，由于渣層的熱阻使傳熱惡化，爐內(nèi)咽氣溫度和渣層表面溫度都將升高，加之渣層表面粗糙，渣粒更容易黏附上去，結(jié)果結(jié)渣過程會(huì)愈演愈烈，所以應(yīng)盡最大努力來減輕或防止鍋爐結(jié)渣。
四、 在運(yùn)行方面防止鍋爐結(jié)焦的辦法
1） 選擇合理的運(yùn)行氧量。
鍋爐運(yùn)行氧量即爐內(nèi)的氧化或還原性氣氛，它對鍋爐的結(jié)焦有非常大的影響，如果鍋爐運(yùn)行氧量偏低，爐內(nèi)還原性氣氛較強(qiáng)，煤的灰熔點(diǎn)就會(huì)下降，鍋爐就容易結(jié)焦。這是因?yàn)榛胰埸c(diǎn)隨著鐵量的增加而下降，鐵對灰熔點(diǎn)的影響還與爐內(nèi)氣體性質(zhì)有關(guān)，在爐內(nèi)氧化性氣氛中，鐵可能以Fe2O3形態(tài)存在，這時(shí)隨著含鐵量的增加，其熔點(diǎn)的降低比較緩慢；在爐內(nèi)還原性氣氛中（氧量不足），F(xiàn)e2O3會(huì)還原成FeO，灰熔點(diǎn)隨之迅速降低，而且FeO最容易與灰渣中的SiO2形成熔點(diǎn)很低的2FeO?SiO2，其灰熔點(diǎn)僅為1 065 ℃。 提高鍋爐運(yùn)行氧量，避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛。加強(qiáng)爐內(nèi)吹灰工作，特別是重點(diǎn)區(qū)域要增加吹灰次數(shù)，如果運(yùn)行氧量還偏低，必要時(shí)適當(dāng)降低負(fù)荷。由于結(jié)焦的主要區(qū)域在爐膛出口處，此處容易堵塞煙道，增加煙氣阻力，引風(fēng)機(jī)出力更顯不足，所以要防止結(jié)焦與還原性氣氛惡性循環(huán)的趨勢。機(jī)組檢修時(shí)，對空氣預(yù)熱器進(jìn)行重點(diǎn)清洗，降低風(fēng)煙道的阻力, 提高風(fēng)機(jī)的出力。
2） 選擇合理的爐膛出口溫度
監(jiān)視爐膛出口煙溫（或高溫受熱面管壁溫度），保證主參數(shù)合格和爐膛出口煙溫低于燃煤灰熔點(diǎn)的同時(shí)來保證蒸汽質(zhì)量，從而防止?fàn)t膛出口結(jié)焦，并能獲得最大的鍋爐效率。 當(dāng)煤質(zhì)有波動(dòng)時(shí)，運(yùn)行人員要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，防止在燃用不同煤種時(shí)鍋爐爐膛結(jié)焦，如有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處尚未燃盡，會(huì)導(dǎo)致鍋爐爐膛出口煙溫偏高，結(jié)焦嚴(yán)重。
3）保證空氣和燃料的良好混合，避免在水冷壁附近形成還原性氣氛，防止局部嚴(yán)重積灰、結(jié)焦。
當(dāng)風(fēng)速、風(fēng)量不合理時(shí)，盡管爐內(nèi)總空氣量大，但仍會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域的熾熱焦碳和揮發(fā)分得不到氧量而出現(xiàn)局部還原性氣氛。當(dāng)煤粉爐煙氣含氧量低于3%時(shí)，由于局部缺氧，將會(huì)使CO含量急劇增加。 保持適當(dāng)?shù)倪^剩空氣系數(shù)，合理使用一、二次風(fēng)。若一次風(fēng)太大，火焰上升得很高，甚至直射后墻，會(huì)促使高溫結(jié)焦。若二次風(fēng)使用得當(dāng)，火焰中心下移，延長了煙氣路線，可使?fàn)t膛出口溫度降低50至80℃。爐膛出口過剩空氣系數(shù)推薦值為：鏈條爐1.2～1.35，拋煤爐1.4，往復(fù)式推動(dòng)爐排爐1.3，煤粉爐1.2～1.25，沸騰爐1.05～1.1。
4） 應(yīng)用各種運(yùn)行措施控制爐內(nèi)溫度水平。
爐內(nèi)溫度水平高將使煤中一些易揮發(fā)堿性氧化物汽化或升華（1400度以上），使堿金屬化合物在受熱面上凝結(jié)（1000~1100度）。堿金屬直接凝結(jié)在受熱面上會(huì)形成致密的強(qiáng)黏結(jié)性灰。可在初始灰層中形成產(chǎn)生低熔點(diǎn)復(fù)合硫酸鹽反應(yīng)的條件，還會(huì)使含有堿性化合物的積灰外表層黏結(jié)性增強(qiáng)，加速積灰過程的發(fā)展。煤灰呈熔化或半熔化狀態(tài)，熔融灰會(huì)直接黏在受熱面上，產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)焦。
5） 要有合適的煤粉細(xì)度和厚度
煤粉粗，火炬拖長，粗粉因慣性作用會(huì)直接沖刷受熱面。再則，粗煤粉燃燒溫度比煙溫高許多，熔化比例高，沖墻后容易引起結(jié)焦。但是，煤粉太細(xì)也會(huì)帶來問題，一是電耗高，制粉出力受到影響，二是爐膛出口煙溫升高，易引起結(jié)焦。給煤要均勻，在負(fù)荷變化較大或煤種變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整煤層厚度。如鏈條爐燃用結(jié)焦性強(qiáng)的煙煤(灰分小)，煤層厚度為80～120mm，爐排取快速，送風(fēng)量較小。燃用結(jié)焦性較差的煙煤(灰分大)，煤層厚度100～140℃，爐排取中速，送風(fēng)量較大。
6）防止鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行
超負(fù)荷運(yùn)行會(huì)引起結(jié)焦。超負(fù)荷時(shí)就要較大幅度調(diào)大風(fēng)量，提高送引風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)速及煙速，增加過剩空氣量。這種強(qiáng)化燃燒的結(jié)果使火焰偏高，煙氣里攜帶大量熔融狀態(tài)的煤粒煤灰粘結(jié)在爐膛出口捕渣管上，此處平均溫度很快高于灰熔點(diǎn)，形成結(jié)焦。例如，某廠一臺(tái)SHL型10t/h鏈條爐，在燃用一種結(jié)焦性較強(qiáng)的煤種時(shí)，由于鍋爐負(fù)荷不同而引起燃燒工況及熱效率的變化。防止超負(fù)荷運(yùn)行要從給煤量、給水量、送引風(fēng)量和控制調(diào)整燃燒工況來進(jìn)行。
7）堵漏風(fēng)
爐膛漏風(fēng)，破壞了正常燃燒工況，造成火焰的充滿度和攪拌混合情況惡化，火焰中心升高或偏斜，會(huì)加速結(jié)焦的形成。解決的辦法是減少漏風(fēng)量，使?fàn)t膛出口負(fù)壓不致過大(鏈條爐為10～15Pa，煤粉爐為15～30Pa)。鍋爐各部位的漏風(fēng)系數(shù)應(yīng)控制在：爐膛0.1，爐排0.15，過熱器0.05，省煤器0.1，空氣預(yù)熱器0.1，除塵器0.05。
8） 適當(dāng)提高一次風(fēng)速可以減輕燃燒器附近的結(jié)焦。
提高一次風(fēng)速可推遲煤粉的著火，可使著火點(diǎn)離燃燒器更遠(yuǎn)，火焰高溫區(qū)也相應(yīng)推移到爐膛中心，可以避免噴口附近結(jié)焦。 提高一次風(fēng)速還可以增加一次風(fēng)射流的剛性，減少由于射流兩側(cè)靜壓作用而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)，避免一次風(fēng)直接沖刷壁面而產(chǎn)生結(jié)焦。 注意一次風(fēng)速的提高受煤粉著火條件的限制。
9） 摻燒不同煤種。
煤種摻燒能在一定程度上綜合所摻煤種的灰焦特性。低灰熔點(diǎn)煤灰分仍在受熱面上沉積，但高熔點(diǎn)固態(tài)灰對受熱面有一定的沖刷作用，使沉積量降低。 混合摻燒不同煤種，合理掌握煤塊粒度及煤粉細(xì)度，特別是混燒結(jié)焦性強(qiáng)和結(jié)焦性差的煙煤，是預(yù)防結(jié)焦、提高鍋爐熱效率的好辦法。 對于干煤應(yīng)適當(dāng)摻水，對于含硫化鐵粘結(jié)性強(qiáng)的煤應(yīng)及時(shí)打焦清渣，對于灰分大的煤應(yīng)適當(dāng)增加清爐次數(shù)，對于管群、煙管或煙室的堵灰應(yīng)及時(shí)清理。
化學(xué)除焦是根本途徑
根據(jù)國內(nèi)外不同電廠鍋爐結(jié)焦的情況分析，專家們得出一致結(jié)論：不管你的鍋爐如何設(shè)計(jì)，運(yùn)行上如何精心調(diào)整，世界上沒有一臺(tái)燃煤鍋爐能徹底堵絕鍋爐結(jié)焦這一難題！根據(jù)科技發(fā)展的現(xiàn)狀，燃燒中配合化學(xué)除焦，應(yīng)該是目前較好的唯一途徑。
中科能源清垢除焦添加劑用于清除鍋爐受熱面及煙道上所形成的各種結(jié)垢及結(jié)焦，通過高溫分解產(chǎn)物與焦、垢進(jìn)行物理化學(xué)作用，使腐蝕性極強(qiáng)的硫酸鹽、亞硝酸鹽及氧化物渣形成低共熔點(diǎn)混合物，使得頑固焦、垢疏松并脫落。從而延長鍋爐的檢修期及設(shè)備使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
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