锅炉结焦的形成及危害

一、 锅炉结焦的形成及形态

结焦是锅炉运行中比较普遍的问题,一般情况下,随着烟气一起运动的灰渣颗粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前,已经因为温度降低而凝固,当附着在受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰可以除掉。当炉膛内温度较高时,一部分灰颗粒已经达到熔融或半熔融状态,若这部分灰颗粒在达到受热面前未得到足够冷却达到凝固状态,具有较高的粘结能力,就容易粘附在受烟气冲刷受热面或炉墙上,甚至达到熔化状态,粘附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭使结焦不断发展。

在燃烧过程中,煤粉颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发,成气态进入烟气中,当温度降低时凝结,或者粘附在烟气冲刷的受热面或炉墙上。或者凝结在飞灰颗粒表面,成为熔融的碱化物膜,然后粘附在受热面上形成初始结焦层,成为结焦发展的条件。

如果锅炉床温过高，导致渣温高，达到其软化点，一般为1040℃，炉渣软化后形成结焦。结焦的炉渣急剧过快冷却能形成硬块，不易碎裂，出现堵塞排渣机等运行问题。

熔渣：

水冷壁及其它辐射受热面上的积灰主要是熔渣。燃料灰中含有易熔的碱性金属氧化物和硫酸盐，在高温下发生升华或形成易熔的共晶体，遇到较冷的受热面管壁即冷凝下来形成内灰层。其外表温度随灰厚度的增加而不断增加，使灰层达到熔化状态，覆盖在管壁且具有粘性，进一步捕捉飞灰而不断加厚，这种熔渣的一个重要特点是它能够随时间无限增长。

高温积灰：

在高温烟气环境中飞灰沉积在管束外表面的现象叫高温积灰。过热器与在热器管外的积灰既属于高温积灰.煤灰根据其易熔程度可分为三部分。底熔灰主要是金属氯化物和硫化物（NACL，NA2SO4，MGCL2，AL（SO4）3）等他们的熔点大都在700--800℃。中熔灰的主要成分是FES，NA2SIO3，K2SO4等，熔点900-1100 ℃。高熔灰是由纯氧化物（SIO2，AL2O3，CAO，MGO，FE2O3）等组成，熔点1600-2800 ℃

高熔灰的熔点超过了炉膛火焰区的温度，当它通过燃烧区时不发生状态变化。高温过热器与再热器布置在烟温高于700—800℃的烟道里，管子的外表面积灰由两部分组成，内层灰紧密，与管子黏结牢固，不容易清除，外灰层松散，容易清除。

低熔灰在炉膛内高温烟气区已成为气态，随烟气流向烟道。由于高温过热器和再热器区域的烟温较高，低熔灰若不接触温度较低的受热面则不会凝固，若接触到温度较低的受热面就会凝固在受热面上，形成黏性灰层。灰层形成后，表面温度随灰层厚度的增加而增加。此后，一些中熔，高熔灰粒也被黏附在黏性灰层中。这种积灰在高温烟气中的氧化硫气体的长期作用下形成白色的硫酸盐密实灰层，这个过程称为烧结。随的灰层厚度的增加，其外表面温度继续升高，低熔灰的黏结结束。但是中熔灰和高熔灰在密实灰层表面还进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外层灰。

松散灰：

松散灰是物理沉积，灰粒之间呈松散状态。在烟气温度低于600-700℃的烟道内，低温受热面管子表面形成的积灰为松散灰。

粘结灰：

燃料中含有燃料硫，燃料燃烧后总有一部分会形成SO3，并和烟气中的水蒸气形成硫酸蒸气。硫酸蒸气能在较高温度下冷凝，使烟气露点温度升高。当硫酸蒸气流经受热面时，如果金属壁温低于烟气露点，则硫酸蒸气就在管壁冷凝下来，当烟气流过时，硫酸溶液就吸附灰粒子与灰中钙的氧化物进行化学反应生成CASO4粘在管壁上，形成了一硫酸钙为基质的低温粘结灰。低温粘结灰呈硬结状，不易清除，也会无限增长，甚至会产生堵灰，电站锅炉中常在空气预热器中发生，而工业锅炉中常发生在省煤器中，尤其是铸铁式省煤器中。（注：烟气露点温度指硫酸蒸气冷凝时的温度。）尾部受热面的积灰包括松散灰和低温粘结灰两种。

二、锅炉结焦形成的原因及影响因素

结焦与灰熔点有关

结焦的根本原因是熔化状态下的灰沉积在受热面上。可见，灰的熔点是结焦的关键。可用灰熔点温度及灰的主要成分来判断煤灰的结渣指标。通常可用灰成分中的钙酸比、硅铝比、铁钙比及硅值来判断其结焦倾向，灰的熔点与灰的化学成分、灰周围的介质性质及灰分浓度有关。灰的化学成分以及各成分含量比例决定灰熔点的高低。灰熔点比其混合物中最低熔点还要低。灰熔点越低，锅炉受热面越容易结焦。灰熔点与灰周围的介质性质有关。当烟气中有CO、H2等还原性气体存在时，灰熔点降低大约200℃。这是因为还原性气体能使灰分中高熔点的Fe2O3还原成低熔点的FeO的缘故，二者熔化温度相差200～300℃。灰熔点还与烟气中灰的浓度有关。在其他条件相同的情况下，煤中含灰量不同，灰熔点也会发生变化。这是因为灰分中各成分在加热过程中，相互接触越频繁，则产生化合、分解、助熔的机会也越多，则熔点降低的可能性也越大。

编辑：兰陵王