王曉路

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

現(xiàn)階段，我國電廠鍋爐多使用燃煤材料。煤炭燃燒時會出現(xiàn)一些灰塵與飛灰，在帶灰煙氣經(jīng)過受熱面過程中，一些飛灰顆粒會受其他因素影響堆積在受熱面中，生成積灰。積灰對鍋爐熱效率有著直接作用，所以應(yīng)對積灰機理、生產(chǎn)過程科學(xué)分析。

1 積灰機理影響

鍋爐受熱面積灰導(dǎo)致熱參數(shù)較低，積灰容易讓受熱面熱阻提升，傳熱加劇使排煙溫度較高，排煙熱損失提升導(dǎo)致鍋爐效率低。針對通道截面小的對流受熱面，積灰使流通截面積縮減，流動阻力提升使得引風(fēng)機處理較低，鍋爐出力低，甚至堵塞煙氣通道[1]。由于積灰、煙氣溫度較高導(dǎo)致受熱面金屬腐蝕嚴(yán)重，制約受熱面穩(wěn)定運營。

2 飛灰類型與積灰狀態(tài)

燃料燃燒后生成灰分，一些灰分在爐膛高溫區(qū)域熔化、堆積，生成塊渣落進鍋爐低形成爐渣，剩余細灰將會伴隨著煙氣運行成為飛灰。根據(jù)直接劃分可以分為不同程度灰群，即：細徑灰群、中徑灰群、粗徑灰群。參照易熔程度可以劃分成：低熔點在800 ℃～850 ℃，其中分為鈣金屬氯化物、硫化物。中熔點為900 ℃～1 100 ℃，其中分為FeS、Na2CO3、K2SO4等。高熔點為1 500 ℃～2 800 ℃，多為純氧化物構(gòu)成[2]。

煙氣內(nèi)飛灰顆粒沉積至受熱面中生成積灰，結(jié)合積灰狀態(tài)與多發(fā)位置分為。第一，熔融性結(jié)渣，集中于爐膛受熱面與高溫對流受熱面的前端，與煙氣攜帶的熔化物遷移有著密切聯(lián)系。第二，高溫黏結(jié)性積灰。該種狀態(tài)積灰集中于多升華物質(zhì)燃料鍋爐的高溫對流受熱面中，或者出現(xiàn)在爐膛受熱面中。灰黏接時出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物有著一定黏接性，吸附性較強并在受熱面上形成黏結(jié)灰。第三，低溫黏結(jié)性積灰，在空氣預(yù)熱器冷段生成。積灰和冷凝在管壁中的硫酸生成水泥狀硬質(zhì)灰層，該種積灰與硫酸蒸汽的凝結(jié)有著密切聯(lián)系。第四，松散性積灰，煙氣內(nèi)攜帶的回灰粒物理沉積在受熱面上生成，具有松散性特點。煙溫在700 ℃以下的尾端煙道容易使空氣預(yù)熱器冷段生成低溫黏結(jié)性積灰層，多為松散性積灰。在含塵煙氣通過高溫受熱面后，在高溫黏結(jié)灰層的外面沉積，生成松散外灰層。

3 黏結(jié)性積灰分析

3.1 高溫過熱器與再熱器積灰

爐膛內(nèi)高溫?zé)煔?，低熔點飛灰呈揮發(fā)狀態(tài)，伴隨著煙氣流進煙道，高溫過熱器與再熱器煙道溫度超出800 ℃。所以，煙氣內(nèi)沒有凝固的低溶灰凝固低溫的高溫過熱器、再熱器外層中生成黏性灰層。此外，部分中熔、高熔灰粒吸附于黏性灰層內(nèi)切在長時間影響下和煙氣內(nèi)二氧化硫氣體生成白色硫酸鹽的緊密結(jié)實灰層。伴隨著灰層厚度的提升，外層溫度增高，低熔點灰的冷凝影響降低，此時中熔點與高熔點灰在已經(jīng)凝固的灰層外層展開動態(tài)沉積，生成松散孔隙，極易清除外灰層。內(nèi)灰層堅實程度叫做燒結(jié)強度，其強度越大灰層清理越困難。燒結(jié)強度控制與溫度、氧化鉀濃度、燒結(jié)時間有著密切聯(lián)系，鍋爐中過量空氣、燃燒與爐膛結(jié)渣影響對流煙道的煙氣溫度，制約燒結(jié)強度。燒結(jié)強度也會伴隨著時間的延長使得內(nèi)灰層堅實，所以應(yīng)做好及時清理工作[3]。

3.2 堿金屬升華結(jié)灰

因為堿金屬升華形成黏結(jié)灰，其機理為：燃料灰內(nèi)堿金屬氧化物在燃燒過程中升華形成氣態(tài)，伴隨著煙氣溫度的提高到達對流受熱面。因為受熱面溫度低，在冷凝外層中，冷凝金屬氧化物和煙氣內(nèi)SO3形成硫酸鹽。因為鋼管內(nèi)部發(fā)生催化反應(yīng)，導(dǎo)致煙氣內(nèi)SO2在氧化成SO3過程中與堿金屬氧化物生成硫酸鹽。硫酸鹽和飛灰內(nèi)氧化鐵、煙氣的三氧化硫發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)合硫酸鹽。產(chǎn)物在800 ℃為熔化狀態(tài)，具有較強的黏性，不僅能夠吸附飛灰還可以生成黏結(jié)物且厚度增加；在灰層厚度增加后，內(nèi)層硬結(jié)。

燃料灰分中堿金屬化合物含量較多時，會生成以硫酸鈣為黏結(jié)劑的黏結(jié)灰。該種黏結(jié)灰生成的機理為：碳酸鈣在850 ℃時燃燒分化為氧化鈣，同時與煙氣內(nèi)氯氣、氫氣合形成氯化鈣。在氯化鈣燃燒過程中升華，隨后凝固于受熱面管壁中且持續(xù)氧化，生成氧化鈣后與SO3形成硫酸鈣。因為硫酸鈣在1 200 ℃下是穩(wěn)定的化合物且有黏性。所以，能夠持續(xù)吸附灰塵；在積灰層增加時內(nèi)層硬結(jié)。

3.3 預(yù)防方法

第一，設(shè)置一定數(shù)量的吹灰設(shè)備且科學(xué)分配，利用各種吹掃形式，從而達到良好的吹掃效果，這也是避免黏結(jié)性積灰有效方法。此外，鍋爐運行條件下正常投入吹灰設(shè)備。反之，若受熱面吸附異灰分則不容易清理。運行過程中，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流程、時間展開吹灰。第二，鍋爐爐膛設(shè)計過程中，規(guī)范根據(jù)Qa與Qv不可過高，特別是較多容量鍋爐設(shè)計過程中，有助于減少結(jié)渣。第三，科學(xué)規(guī)劃與設(shè)計對流受熱面。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，橫向節(jié)距較大能夠讓管列時間不容易搭橋堵塞。在燃用有較厚黏接傾向的燃料，水平煙道對流過熱器使用大節(jié)距順列設(shè)計[4]。

4 松散積灰分析

4.1 低溫過熱器與再熱器積灰

低溫過熱器與再熱器管道背面外層生成松散的積灰層，其煙道溫度在700 ℃以下，低溶灰凝結(jié)生成固體顆粒，堿金屬氧化物蒸汽凝固也隨之完成。該過程中，煙氣流內(nèi)不同組分的顆粒，粒度在200 μm以下，20 μm較多。含灰氣流橫向沖刷管束過程中，管子背面形成渦流去，低于30 μm的細小灰粒卷進且吸附于管子背風(fēng)面中。因為煙氣流對管道正面的積灰直接沖刷，影響積灰層生成。所以，管道背面積超出正面時只有煙氣流速低于5 m/s時，才會有正面積灰。

4.2 松散性積灰形成與穩(wěn)定性

煙氣內(nèi)飛灰直徑有著明顯差異，其細徑灰群能夠伴隨著煙氣呈流線運動，在管外層有少量積灰。粗徑灰有著較強的動能，在撞擊管子外層灰層過程中對灰層與管壁有著直接影響。中徑灰群，在煙氣繞管子流動時因為灰粒運動慣性，直接與管子接觸，其灰塵堆積外層生成松散積灰。所以，中徑灰與粗徑灰對灰層影響相反，灰層厚度影響著中徑灰在管子外層的持續(xù)沉積與粗徑灰對灰層的持續(xù)影響平衡性。所以，飛灰逐漸增多在超出范圍后，氣流內(nèi)粗徑灰和被粗徑灰沖掉的灰相同時，積灰不會再增多[5]。

4.3 方法分析

第一，科學(xué)規(guī)劃吹灰裝置，編制科學(xué)的吹灰間隔時間與持續(xù)吹灰時間。第二，充足的煙氣流速。針對額定負荷，煙速應(yīng)保持在6 m/s左右，針對升華物質(zhì)濃度較多的物質(zhì)，煙速會更高。

5 結(jié)語

因為受熱面積的積灰對鍋爐運行穩(wěn)定性與經(jīng)濟有著直接作用，所以，減少管束積灰，維持受熱面干凈成為鍋爐設(shè)計、運行的主要條件。同時，也是鍋爐設(shè)計與運行急需解決的問題。