近年，各個(gè)電廠鍋爐結(jié)渣問(wèn)題突出，不少300MW機(jī)組都發(fā)生過(guò)嚴(yán)重結(jié)渣。鍋爐結(jié)渣不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)滿發(fā)，而且嚴(yán)重威脅安全運(yùn)行。

1 與鍋爐結(jié)渣有關(guān)的因素

結(jié)渣是復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了大量研究，初步揭示了其形成的機(jī)理及與煤灰性質(zhì)的關(guān)系，制定了若干用以判斷煤灰結(jié)渣性的指數(shù)，同時(shí)揭示了鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行對(duì)結(jié)渣的影響。

1.1 灰與渣的特性

煤灰的結(jié)渣性同灰的化學(xué)成分、灰渣的物理特性有關(guān)。現(xiàn)選擇其中一些主要的指標(biāo)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(gòu)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(duì)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(guó)對(duì)國(guó)內(nèi)一些特定煤種，依據(jù)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(jù)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(gòu)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)，焦渣粘度溫度曲線是預(yù)示煤粉爐結(jié)渣傾向的重要指標(biāo)。研究表明，焦渣粘度與煤灰化學(xué)成分有關(guān)，當(dāng)煙煤焦渣溫度超過(guò)其臨界粘度相對(duì)應(yīng)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(guó)根據(jù)（SiO2/ Al2O3）、Fe2O3、CaO、MgO來(lái)確定與臨界粘度相對(duì)應(yīng)的溫度。

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

1.1.3 灰的燒結(jié)性

B＆W利用燒結(jié)試驗(yàn)來(lái)衡量煙煤的結(jié)渣傾向。試驗(yàn)在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)性燃燒室內(nèi)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(nèi)，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(jié)灰塊的燒結(jié)溫度、破碎強(qiáng)度與結(jié)渣傾向密切相關(guān)，B＆W把這作為評(píng)價(jià)煤的主要指標(biāo)之一。易結(jié)渣的煤在927℃以下燒結(jié)強(qiáng)度高達(dá)27.58MPa，而不易結(jié)渣的煤在927～1093℃范圍內(nèi)的燒結(jié)強(qiáng)度低于6.9 MPa。

1.1.4 幾個(gè)反映結(jié)渣傾向的導(dǎo)出因子

美國(guó)CE和B＆W等鍋爐制造廠都各自研究和導(dǎo)出一些顯示結(jié)渣和積灰特性的指標(biāo)，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)渣的指標(biāo)列于附表中。CE公司在評(píng)價(jià)結(jié)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)系呈拋物線形，堿酸比在0.4～0.7（大約30%～40%標(biāo)準(zhǔn)含量的堿性物）時(shí)易結(jié)渣。

（2）硅鋁比

當(dāng)以堿酸比作為判斷結(jié)渣性指標(biāo)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(duì)應(yīng)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(jié)渣，大于2.8將結(jié)渣。

（3）鐵鈣比

此比值在0.3～3.0范圍內(nèi)會(huì)影響灰渣的共熔特性，使灰熔點(diǎn)降低，結(jié)渣傾向增加趨向1時(shí)會(huì)嚴(yán)重結(jié)渣；小于0.3或大于3.0都不結(jié)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(yīng)而離析出來(lái)，形成焦渣結(jié)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(shù)量（當(dāng)然還要依據(jù)灰的結(jié)渣和積灰特性）。

B＆W用另一些指標(biāo)來(lái)估計(jì)結(jié)渣傾向。

根據(jù)灰渣粘度導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)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(duì)應(yīng)的溫度 T1000（還原）——還原氛圍下灰渣粘度1000Pa·s所對(duì)應(yīng)的溫度

FS——一個(gè)相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值范圍為1～11，取決于灰渣粘度/溫度曲線上對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的結(jié)渣傾向由中等到嚴(yán)重。

（2）依據(jù)灰熔化溫度導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)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(quán)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(yù)示嚴(yán)重結(jié)渣；Rsf在1232～1343℃范圍內(nèi)預(yù)示中等結(jié)渣傾向。

（3）由灰的化學(xué)成分導(dǎo)出的結(jié)渣指數(shù)Rsb

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

Rsb指數(shù)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(jié)渣趨勢(shì)）到2.6以上（代表嚴(yán)重結(jié)渣趨勢(shì)）。

1.2 設(shè)計(jì)因素

美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）曾對(duì)燃用各種不同因素煤種的鍋爐作了調(diào)查，結(jié)論是結(jié)渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設(shè)計(jì)密切相關(guān)，主要是爐膛熱強(qiáng)度（包括爐膛容積熱強(qiáng)度和斷面熱強(qiáng)度）、煤粉在爐膛內(nèi)逗留的時(shí)間、燃燒器結(jié)構(gòu)型式以及受熱面的布置等。同一煤種，在某臺(tái)鍋爐上燃燒會(huì)嚴(yán)重結(jié)渣，而在另一臺(tái)設(shè)計(jì)不同的鍋爐上可能根本不結(jié)渣。同時(shí)，鍋爐設(shè)計(jì)在改善灰沉積物方面也起著重要的作用。

1.3 運(yùn)行因素

鍋爐結(jié)渣積灰與鍋爐負(fù)荷、煙氣溫度、煤粉細(xì)度、過(guò)剩空氣量等有關(guān)。 結(jié)渣、積灰隨鍋爐負(fù)荷及煙氣溫度的增加而增加。

煤粉細(xì)度對(duì)爐膛結(jié)渣的影響說(shuō)法不一，其一，提高煤粉細(xì)度將使燃燒區(qū)域溫度升高，從而加劇結(jié)渣，我國(guó)125MW機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐也表明，煤粉過(guò)細(xì)著火快，燃燒器區(qū)域易結(jié)渣。而在一臺(tái)600MW機(jī)組上進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)卻相反，其結(jié)論是粗煤粉將加重結(jié)渣。筆者認(rèn)為煤粉細(xì)度應(yīng)視煤種與具體的鍋爐結(jié)構(gòu)而定，過(guò)細(xì)不僅增加制粉電耗，而且會(huì)提高燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷而可能引起結(jié)渣；過(guò)粗不僅不利于著火和煤粒的燃盡，而且易造成爐膛上部和過(guò)熱器部位結(jié)渣。所以應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定合理的煤粉細(xì)度。

較大的燃燒過(guò)剩空氣能減少結(jié)渣與積灰，這是由于爐膛內(nèi)還原區(qū)范圍縮小以及爐膛出口溫
度降低。在600MW機(jī)組上的試驗(yàn)顯示，增加過(guò)剩空氣，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(jié)渣與積灰的措施

2.1 運(yùn)行措施

2.1.1 吹灰

對(duì)水冷壁結(jié)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(shè)計(jì)水平。

吹灰介質(zhì)一般采用蒸汽，但對(duì)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(shè)計(jì)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(duì)水冷壁和過(guò)熱器造成熱沖擊。據(jù)稱(chēng)，如能正確使用水力吹灰器，那么它對(duì)爐管壽命的影響決不會(huì)超過(guò)蒸汽吹灰（水力吹灰國(guó)內(nèi)用的很少）。

據(jù)有些電廠經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)合使用水、汽吹灰效果更佳，即水吹灰后接著再用蒸汽吹。如美國(guó)Big Stone電廠的一臺(tái)400MW旋風(fēng)爐，燃用北達(dá)科他褐煤，結(jié)渣嚴(yán)重，后來(lái)在爐膛內(nèi)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(jí)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(yùn)行人員還需加強(qiáng)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(yùn)行措施

a. 防止?fàn)t溫過(guò)高。

堵塞爐底漏風(fēng)，降低爐膛負(fù)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(jié)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(jié)渣。

b. 防止?fàn)t內(nèi)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?fàn)t內(nèi)減少還原性氣體，防止結(jié)焦。

c. 提高煤質(zhì)，保持合適的煤粉細(xì)度。

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

d.控制燃燒過(guò)剩空氣量。

e.通過(guò)調(diào)整過(guò)剩空氣量﹑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(nèi)。

f.對(duì)于四角燃燒鍋爐，國(guó)內(nèi)一些廠的經(jīng)驗(yàn)是調(diào)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(jié)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(dá)到不結(jié)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(shù)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(nèi)進(jìn)行。

2.2.2 精選煤

通過(guò)對(duì)原煤精選處理來(lái)降低其灰分及雜質(zhì)。

3 總結(jié)

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