电厂锅炉受热面积灰机理及其预防

王晓路

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

现阶段，我国电厂锅炉多使用燃煤材料。煤炭燃烧时会出现一些灰尘与飞灰，在带灰烟气经过受热面过程中，一些飞灰颗粒会受其他因素影响堆积在受热面中，生成积灰。积灰对锅炉热效率有着直接作用，所以应对积灰机理、生产过程科学分析。

1 积灰机理影响

锅炉受热面积灰导致热参数较低，积灰容易让受热面热阻提升，传热加剧使排烟温度较高，排烟热损失提升导致锅炉效率低。针对通道截面小的对流受热面，积灰使流通截面积缩减，流动阻力提升使得引风机处理较低，锅炉出力低，甚至堵塞烟气通道[1]。由于积灰、烟气温度较高导致受热面金属腐蚀严重，制约受热面稳定运营。

2 飞灰类型与积灰状态

燃料燃烧后生成灰分，一些灰分在炉膛高温区域熔化、堆积，生成块渣落进锅炉低形成炉渣，剩余细灰将会伴随着烟气运行成为飞灰。根据直接划分可以分为不同程度灰群，即：细径灰群、中径灰群、粗径灰群。参照易熔程度可以划分成：低熔点在800 ℃～850 ℃，其中分为钙金属氯化物、硫化物。中熔点为900 ℃～1 100 ℃，其中分为FeS、Na2CO3、K2SO4等。高熔点为1 500 ℃～2 800 ℃，多为纯氧化物构成[2]。

烟气内飞灰颗粒沉积至受热面中生成积灰，结合积灰状态与多发位置分为。第一，熔融性结渣，集中于炉膛受热面与高温对流受热面的前端，与烟气携带的熔化物迁移有着密切联系。第二，高温黏结性积灰。该种状态积灰集中于多升华物质燃料锅炉的高温对流受热面中，或者出现在炉膛受热面中。灰黏接时出现化学反应，反应物有着一定黏接性，吸附性较强并在受热面上形成黏结灰。第三，低温黏结性积灰，在空气预热器冷段生成。积灰和冷凝在管壁中的硫酸生成水泥状硬质灰层，该种积灰与硫酸蒸汽的凝结有着密切联系。第四，松散性积灰，烟气内携带的回灰粒物理沉积在受热面上生成，具有松散性特点。烟温在700 ℃以下的尾端烟道容易使空气预热器冷段生成低温黏结性积灰层，多为松散性积灰。在含尘烟气通过高温受热面后，在高温黏结灰层的外面沉积，生成松散外灰层。

3 黏结性积灰分析

3.1 高温过热器与再热器积灰

炉膛内高温烟气，低熔点飞灰呈挥发状态，伴随着烟气流进烟道，高温过热器与再热器烟道温度超出800 ℃。所以，烟气内没有凝固的低溶灰凝固低温的高温过热器、再热器外层中生成黏性灰层。此外，部分中熔、高熔灰粒吸附于黏性灰层内切在长时间影响下和烟气内二氧化硫气体生成白色硫酸盐的紧密结实灰层。伴随着灰层厚度的提升，外层温度增高，低熔点灰的冷凝影响降低，此时中熔点与高熔点灰在已经凝固的灰层外层展开动态沉积，生成松散孔隙，极易清除外灰层。内灰层坚实程度叫做烧结强度，其强度越大灰层清理越困难。烧结强度控制与温度、氧化钾浓度、烧结时间有着密切联系，锅炉中过量空气、燃烧与炉膛结渣影响对流烟道的烟气温度，制约烧结强度。烧结强度也会伴随着时间的延长使得内灰层坚实，所以应做好及时清理工作[3]。

3.2 碱金属升华结灰

因为碱金属升华形成黏结灰，其机理为：燃料灰内碱金属氧化物在燃烧过程中升华形成气态，伴随着烟气温度的提高到达对流受热面。因为受热面温度低，在冷凝外层中，冷凝金属氧化物和烟气内SO3形成硫酸盐。因为钢管内部发生催化反应，导致烟气内SO2在氧化成SO3过程中与碱金属氧化物生成硫酸盐。硫酸盐和飞灰内氧化铁、烟气的三氧化硫发生反应形成复合硫酸盐。产物在800 ℃为熔化状态，具有较强的黏性，不仅能够吸附飞灰还可以生成黏结物且厚度增加；在灰层厚度增加后，内层硬结。

燃料灰分中碱金属化合物含量较多时，会生成以硫酸钙为黏结剂的黏结灰。该种黏结灰生成的机理为：碳酸钙在850 ℃时燃烧分化为氧化钙，同时与烟气内氯气、氢气合形成氯化钙。在氯化钙燃烧过程中升华，随后凝固于受热面管壁中且持续氧化，生成氧化钙后与SO3形成硫酸钙。因为硫酸钙在1 200 ℃下是稳定的化合物且有黏性。所以，能够持续吸附灰尘；在积灰层增加时内层硬结。

3.3 预防方法

第一，设置一定数量的吹灰设备且科学分配，利用各种吹扫形式，从而达到良好的吹扫效果，这也是避免黏结性积灰有效方法。此外，锅炉运行条件下正常投入吹灰设备。反之，若受热面吸附异灰分则不容易清理。运行过程中，应根据标准流程、时间展开吹灰。第二，锅炉炉膛设计过程中，规范根据Qa与Qv不可过高，特别是较多容量锅炉设计过程中，有助于减少结渣。第三，科学规划与设计对流受热面。结合标准要求，横向节距较大能够让管列时间不容易搭桥堵塞。在燃用有较厚黏接倾向的燃料，水平烟道对流过热器使用大节距顺列设计[4]。

4 松散积灰分析

4.1 低温过热器与再热器积灰

低温过热器与再热器管道背面外层生成松散的积灰层，其烟道温度在700 ℃以下，低溶灰凝结生成固体颗粒，碱金属氧化物蒸汽凝固也随之完成。该过程中，烟气流内不同组分的颗粒，粒度在200 μm以下，20 μm较多。含灰气流横向冲刷管束过程中，管子背面形成涡流去，低于30 μm的细小灰粒卷进且吸附于管子背风面中。因为烟气流对管道正面的积灰直接冲刷，影响积灰层生成。所以，管道背面积超出正面时只有烟气流速低于5 m/s时，才会有正面积灰。

4.2 松散性积灰形成与稳定性

烟气内飞灰直径有着明显差异，其细径灰群能够伴随着烟气呈流线运动，在管外层有少量积灰。粗径灰有着较强的动能，在撞击管子外层灰层过程中对灰层与管壁有着直接影响。中径灰群，在烟气绕管子流动时因为灰粒运动惯性，直接与管子接触，其灰尘堆积外层生成松散积灰。所以，中径灰与粗径灰对灰层影响相反，灰层厚度影响着中径灰在管子外层的持续沉积与粗径灰对灰层的持续影响平衡性。所以，飞灰逐渐增多在超出范围后，气流内粗径灰和被粗径灰冲掉的灰相同时，积灰不会再增多[5]。

4.3 方法分析

第一，科学规划吹灰装置，编制科学的吹灰间隔时间与持续吹灰时间。第二，充足的烟气流速。针对额定负荷，烟速应保持在6 m/s左右，针对升华物质浓度较多的物质，烟速会更高。

5 结语

因为受热面积的积灰对锅炉运行稳定性与经济有着直接作用，所以，减少管束积灰，维持受热面干净成为锅炉设计、运行的主要条件。同时，也是锅炉设计与运行急需解决的问题。