电厂锅炉受热面积灰机理及其预防措施研究

李文成

（宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司，宁夏 青铜峡 751607）

【摘　要】对于电站锅炉检验过程中经常遇到的积灰问题，本文进行了深入地研究，并有针对性地提出了相应的预防措施，对于存在的问题，应及时地消除存在的安全隐患，确保电站锅炉的安全运行。

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关键词 电厂运行；电厂锅炉；热能动力；受热面积灰；经济运行；社会效益；经济效益

0　引言

目前，我国的一次能源结构以燃煤为主，这种状况在今后相当长一段时间会一直存在。燃煤在锅炉内燃烧时，锅炉受热面对热量的吸收程度直接决定着能源利用率的高低。由于燃煤在燃烧过程中会有不同程度的飞灰和烟尘，当带灰烟气流经各受热面时，部分飞灰颗粒就会因为各种原因沉积在受热面上，形成积灰。积灰对锅炉的热效率影响很大，因此有必要对积灰的产生机理、产生过程以及防止措施进行深入研究。

１　积灰的危害

锅炉受热面上的积灰导热系数小，一旦积灰，将会使受热面热阻增加，传热恶化，以至排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率降低。对于通道截面较小的对流受热面，积灰会使流通截面积缩小，流动阻力增加，导致引风机出力不足，锅炉出力降低。严重时还会堵塞烟气通道，甚至被迫停炉检修。由于积灰，烟气温度升高，会引起受热面金属的腐蚀加剧，还可能影响后面受热面的运行安全。

２　飞灰的分类及积灰的形态

燃料燃烧后产生的灰分，其中一部分在炉膛高温区熔化、聚集，结成大块渣落入炉底成为炉渣，其它细灰则跟随烟气运动成为飞灰。按照直径，可将飞灰分为细径灰群、中径灰群和粗径灰群。根据易熔程度，可将其分为:低熔灰，熔点在700~850℃，主要成分是钙金属氯化物和硫化物；中熔灰，熔点在900~1100℃，主要成分是FeS、Na2CO3、K2SO4等；高熔灰，熔点在1600~2800℃，主要由纯氧化物组成。

烟气中的飞灰颗粒沉积到受热面上，就形成了积灰。根据积灰的主要形态及多发部位的不同，可将其分为：

（l）熔融性结渣，主要发生在炉膛受热面及高温对流受热面的前部等，通常与烟气所携带的熔化或粘性灰粒的物理迁移有关。

（2）高温粘结性积灰，这种形态的积灰主要发生在燃用多升华物质燃料（包括重油）锅炉的高温对流受热面上，也可能发生在炉膛等受热面上。灰粘结过程中发生化学反应，反应物具有粘性，能大量捕捉飞灰，往往在受热面上产生坚硬的粘结灰。

（3）低温粘结性积灰，这种积灰在空气预热器的冷段形成。积灰与冷凝在管壁上的硫酸形成以硫酸钙为基质的水泥状硬质灰层，这种积灰是与硫酸蒸汽的凝结联系在一起的。

（4）松散性积灰，烟气中携带的灰粒物理沉积在受热面上所形成，质地松散.在烟温低于600~700℃的尾部烟道，除空气预热器冷段可能形成低温粘结性积灰外，大多数属于松散性积灰。当含尘烟气流过高温受热面时，也会在高温粘结灰层的外面沉积下来，形成松散的外灰层。

３　对粘结性积灰的研究

３.1　高温过热器和高温再热器的积灰

低熔点的飞灰在炉膛内的高温烟气区为挥发态，随烟气流向烟道，而高温过热器和高温再热器所在烟道的烟温高于700~800℃，因此烟气中还未凝固的低熔灰就会凝固到相对温度较低的高温过热器、再热器的表面上，形成粘性灰层。同时，一些中熔、高熔灰粒被薪附在粘性灰层中，并在烟气长期的作用下，与烟气中的SO3气体形成白色硫酸盐的紧密结实灰层。随着灰层厚度逐渐增加，其外表面温度升高，低熔点灰的冷凝作用逐渐减弱，而中熔点和高熔点灰在已凝固的灰层表面还进行着动态沉积，形成松散多孔、容易清除的外灰层。

这里，内灰层的坚实程度称为烧结强度。烧结强度越大的灰层越难以清除。烧结强度和温度、灰中氧化钠、氧化钾的含量及烧结时间等因素有关.炉内过量空气系数、燃烧方式和炉膛结渣等都会影响对流烟道的烟气温度，从而影响烧结强度。烧结强度还会随着时间的推移而增大，内灰层变得更为坚实，因此必须及时清除。

３.2　碱金属引起的结灰

由于碱金属升华引起的粘结灰，其形成过程和机理为:燃料灰中碱金属的氧化物(氧化钠、氧化钾)在燃烧时升华成为气态，随烟气到达高温对流受热面，由于受热面相对温度较低，就冷凝在表面上.冷凝的金属氧化物与烟气中的三氧化硫反应生成硫酸盐，由于钢管壁面的催化作用较强，也可使烟气中的二氧化硫在氧化成三氧化硫的同时与碱金属氧化物形成硫酸盐。这些硫酸盐与飞灰中的氧化铁及烟气中的三氧化硫反应生成白色的复合硫酸盐。产物在500~800℃呈熔化状态，有粘性，一方面捕捉飞灰，一方面还可继续形成粘结物并迅速增厚，当灰层变厚时，内层即硬结起来。

当燃料灰分中碱金属化合物含Ca（如氯化钙或碳酸钙）较多时，往往发生以硫酸钙为粘结剂的粘结灰。这种粘结灰的形成机理为:碳酸钙在约为850℃时燃烧分解成氧化钙，并与烟气中氯化氢化合成氯化钙，氯化钙在燃烧时升华，后凝结在受热面管壁上，并可继续氧化，形成氧化钙，氧化钙再与烟气中三氧化硫反应生成硫酸钙。由于硫酸钙在1200℃以下一直是较稳定的化合物并具有粘性，因此可继续捕捉飞灰。当积灰层变厚时，内层也会硬结起来。

３.3　防止措施

（1）布置足够数量的吹灰装置，并合理配合使用不同的吹扫方式，以获得最佳的综合吹扫效果，这是有效防止粘结性积灰的主要手段。而且，在锅炉运行时，一开始即应正常投入吹灰装置。否则，如果受热面已粘结了灰分，就不易清除。运行中，要按一定的程序、周期性地进行吹灰。

（2）设计锅炉炉膛时，应严格按规定选择Qa及Qv，不要过高，尤其在设计大容量锅炉时更要注意，这对减轻结渣很有好处。

（3）正确设计和布置对流受热面。根据研究，错列布置比顺列布置积灰较轻。横向节距大一些，可使管列间不易搭桥堵塞。在燃用具有严重粘结倾向的燃料时，水平烟道的对流过热器常用大节距顺列布置，甚至全部采用屏式受热面。

４　对松散性积灰的研究

４．１　低温过热器和低温再热器的积灰

低温过热器和低温再热器在其管背的表面上易形成松散的积灰层。它们所处的烟道温度低于600~700℃，低熔灰已凝固成固体颗粒，碱金属氧化物蒸汽的凝结也已结束。此时，烟气流中含有各种组分的颗粒，其粒度都在200微米以下，以10~20微米的居多。当含灰气流横向冲刷管束时，管子背面产生涡流区，小于30微米的细小灰粒就被卷入并薪附在管子的背风面上。由于烟气流对管正面的积灰直接冲刷，破坏了积灰层的形成，因此，管背面积灰比正面严重，只有烟气流速小于5m/s时才有正面明显积灰。

４．２　松散性积灰的产生与动态平衡

烟气中的飞灰直径是不同的，其中细径灰群是随着烟气作流线运动的，在管表面极少积灰;而粗径灰具有较大的动能，在撞击管子表面的灰层时起着破坏灰层和冲磨管壁的作用;只有中径灰群，在烟气绕管子流动时，由于灰粒运动的惯性，直接接触管子，沉积在管子的外表面，是形成松散性积灰层的主要灰群.因此，中径灰和粗径灰对积（下转第357页）（上接第331页）灰层的作用是相反的，灰层的最终厚度决定于中径灰在管子表面的连续沉积和粗径灰对灰层的连续破坏的动态平衡。因此，开始飞灰积聚很快，达到一定厚度时，被气流中的粗径灰所冲刷，直至积聚的灰与被粗径灰冲掉的灰相等时，积灰就不再增加。

４．３　影响松散性积灰程度的因素

积灰层的厚度与烟气流速有关，因为中径灰的作用与烟气流速成正比，粗径灰的作用与烟气流速的三次方成正比，故烟气流速增大灰层厚度减薄。当烟气流速小于(3~4)m/s时，灰层明显增厚，故一般不允许在这种流速下运行。另外，积灰的程度与灰粒细度关系密切，但与飞灰浓度关系不大。灰粒愈细，对积灰层的冲刷作用愈弱，且容易被卷入旋涡区，因此积灰愈严重;而飞灰浓度愈高，并不能使灰层加厚，只起到加速达到平衡的作用。实践证明，液态排渣炉虽然飞灰浓度不大，但由于灰粒较细，受热面积灰程度比固体排渣炉还严重。

４．４　减轻和防止松散性积灰的措施

（1）正确设计和布置吹灰装置，运行时应制定合理的吹灰间隔时间和连续吹灰时间。

（2）设计时采用足够的烟气流速。对于额定负荷，烟速应不低于(5~6)m/s，对于升华物质含量高的物质，烟速更应高一些。

（3）采用小管径、错列布置、紧凑布置的管束，如管径等于（20~32）nun，S1/d=2~2.5，S2/d=l~1.5。但要注意，对易结渣或易结粘性灰的受热面，这是不合适的。

（4）对于燃烧高硫油的锅炉，低温过热器和低温再热器的管表面会产生粘性玻璃状沉积层，其主要成分是氧化钒、硫酸盐、硫化铁以及钙、钠的氧化物等。

５　结束语

粘结灰比松散灰的危害更大。由于受热面的积灰将严重影响锅炉运行的可靠性和经济性。因此，将管束的积灰降到最低量，经常保持受热面清洁，是锅炉设计、运行的重要任务，也是锅炉设计和运行中必须认真解决的一个重要问题。

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参考文献

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［2］金国华.凝汽器清洁特性诊断[J].汽轮机技术，1987（2）:64-66．

［责任编辑：许丽］