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火电厂四角切圆锅炉结渣问题的研究
作者：任志佳
来源：《科学与财富》2017年第30期
摘 要： 本文研究了火电厂四角切圆锅炉结渣问题，包括燃料特性的影响，锅炉结构的影响，运行调整的影响等。
关键词： 锅炉；结渣；四角切圆 1.1 燃料特性的影响
灰的性质主要是指它的熔化性和烧结性。熔化性影响炉内的运行工况，烧结性则影响对流受热面，特别是过热器的积灰性能。
当燃料在炉内燃烧时，在高温的火焰中心，灰分一般处于熔化或软化状态，具有粘性，这种粘性的熔化灰粒，如果接触到受热面管子或炉墙，就会粘结于其上，即所谓结渣，并影响固态排渣炉的正常运行。相反，对于液态排渣炉的燃烧室（或炉膛的熔渣段），却希望灰渣保持着熔化的流动状态，以便能顺利地从炉底排渣孔排出。
关于灰分的性质，目前都用试验的方法来确定。把灰制成底为等边三角形的锥体，底的边长7mm，锥体高20mm，然后逐渐加热，根据灰锥的状态变化确定三个温度指标来表示灰的熔化性质：
变形温度t1是锥顶变圆或开始倾斜时的温度； 软化温度t2是锥顶弯至锥底或成球形时的温度； 熔化温度t3是呈液体状态能沿平面流动 1.2 锅炉结构的影响
对于锅炉设计制造单位来说，主要是根据设计煤种的特性，去设计合理的锅炉结构。分析锅炉结构对结渣的影响，可以为锅炉设计制造提供参考。
对于切圆燃烧锅炉，炉内空气动力场不良是导致燃烧器区结渣的直接原因，而炉内假想切圆的大小又直接影响了炉内空气动力场的合理情况。如果假想切圆太大，锅炉在运行时，从燃烧器喷口喷出的射流容易偏转，造成炽热的煤粉气流直接冲刷水冷壁，导致结渣。对于四角切向燃烧锅炉来说，在燃烧器方面影响结渣的主要因素有以下几个。 （1）切圆直径。
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在实际的燃烧过程中，从燃烧器喷出的实际气流总是在某种程度上会偏离设计方向，因此实际的气流切圆直径总是大于假想切圆直径。冷态实验表明，实际切圆直径比假想切圆直径大4～6倍。当炉膛切圆直径大于一定值时，结渣趋势随切圆直径的增大而增大，大量熔融、半熔融颗粒将直接撞击水冷壁并粘附于壁上而形成结渣。对于锅炉容量小于400t/h的固态排渣煤粉炉，切圆直径一般在500～1000mm的范围内；对于大容量的锅炉，假想切圆直径可取得更大些。
（2）气流偏斜。
造成气流偏离主要有2方面原因：由于燃烧器喷口轴线与相邻两侧墙的夹角不同，造成射流两侧的补气条件不同，形成静压差；由于炉内旋转气流对气流的横向撞击使射流偏转。 从燃烧器喷口喷出的射流在其扩展过程中总是要不断卷吸周围空间的气体，狭长形的燃烧器射流卷吸主要发生在射流的长边两侧，从而在射流两侧形成负压区。当射流两侧的补气条件不同时，产生的负压值不等，因而射流两侧就会产生压差。在此压差的作用下，射流要偏向压力小的一侧，即补气条件差的一侧，导致炉内实际切圆直径大于设计的假想切圆。 射流偏转后，进一步加强了两则补气条件的差异，加大了两侧的压差，加剧了射流的偏转。单纯从射流卷吸作用对射流偏转的影响考虑，射流的偏转主要由于射流两则的补气空间有差异，射流两侧存在压差造成的。
当燃烧器宽度增加后，向火侧的气流更容易地进入到背火侧，从而可以降低射流两侧的压差，使射流偏转减小。在四角切向燃烧锅炉中，煤粉气流的大多数热量来源于上游火焰与煤粉气流的对流换热，因而一次风射流的宽度相对较小，射流的刚性较差，抗偏转的能力较差，容易导致射流偏转。
（3）炉膛截面形状的影响。
炉膛截面形状如设计不当，除影响火焰充满度外，还影响补气条件和使气流贴壁。当炉膛宽深比超过1.2时，射流两侧补气条件相差悬殊，气流偏斜严重。
从以上分析可知，防止结渣，主要应从降低炉膛温度和保证良好的空气动力场两方面来考虑。降低炉膛温度的措施设计时，要认真选取锅炉的炉膛容积热负荷qv、炉膛截面热负荷qa和燃烧器区域壁面热负荷qr，它们是影响炉膛温度高低及分布的主要参数。在以上的推荐值中，可取低限。对灰熔融特性温度低的煤，取下限。此外，还要合理选择单只燃烧器的热功率，取较低的热空气温度，采用烟气再循环等。改善炉内空气动力场，炉膛宽深比不大于1.2，选择合适的假想切圆直径，选择合适的燃烧器总高度比以及一、二次风量和风速要适当。锅炉结构对结渣有重要影响，应合理选择锅炉设计参数，降低炉膛温度水平，保证良好的空气动力工况，防止结渣。 1.3 运行调整的影响
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结渣是固态除渣煤粉锅炉设计和运行中最突出考虑的问题。结渣会严重地危害锅炉运行的安全性和经济性，甚至被迫停炉。因而防止和减轻结渣是锅炉设计和运行中非常重要的问题。 运行因素对结渣的影响： 1.炉内过量空气系数α
过量空气系数增加，受热面的积灰、结渣趋势减轻。首先，当α增加时，炉膛出口烟温降低，可减轻对流受热面积灰、结渣。其次，随着过量空气系数的增加，炉膛壁面处的烟温降低，炉内受热面结渣趋势减少。第三，α过低易造成氧量不足，在炉内出现还原性气氛，熔点较高的Fe2O3被还原成熔点较低的FeO，从而使灰熔点降低，增加了结渣的可能性。因此，必须送入足够的氧量。2.四角风粉的均匀性
当燃烧器配风不均匀或锅炉降负荷，燃烧器缺角或缺对角运行时，炉内火焰中心会发生偏斜。炽热煤粉气流直接冲刷水冷壁，造成局部热负荷过高，这极易引起结渣。因此，运行时要尽量调平四角风量。降低负荷时，则要避免缺角情况运行。要保证空气和燃烧的良好混合，避免在水冷壁附近形成还原性气氛，防止局部严重积灰、结渣。当一、二次风的位置、风速、风量不均匀时，尽管炉内总空气量大，但仍会出现局部区域炽热焦碳和挥发份得不到氧量而出现局部还原性气氛，引起结渣。 2.炉内温度水平
炉内温度水平对结渣的影响是多方面的。第一，炉内温度水平高，将使煤中一些易挥发碱性氧化物汽化或升华，使碱金属化合物在受热面上凝结。碱金属氧化物汽化温度一般在1400℃以上，而凝结温度在1000℃～1100℃。碱金属直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结灰。第二，当烟气温度较高且管壁温度也高时，可在初始灰层中形成产生低熔点复合硫酸盐反应的条件，还会使含有碱金属化合物的积灰外表面粘结性增强，加速积灰过程的发展。第三，当烟温度高时煤灰呈融化或半融化状态，熔融灰会直接粘结在受热面上，产生严重结渣。温度升高，将使受热面结渣呈指数规律上升。对易结渣煤，要严格控制炉内温度水平，如加大运行过量空气系数，增加配风的均匀性，防止局部热负荷过高和产生局部还原气氛，调整四角风粉分配的均匀性，防止一次风气流直接冲刷壁面，必要时采取降负荷运行。 3.煤粉细度
煤粉粗时，火炬拖长，粗粉因惯性作用会直接冲刷受热面。另外，粗煤粉燃烧温度比烟温高许多， 融化比例高，冲刷水冷壁后容易引起结渣。但煤粉太细也会带来问题。煤粉越细，燃烧状况越好，炉膛出口温度将升高，也易引起结渣。因此，针对具体的煤种，应该进行调整试验，以寻求最佳煤粉细度。5.一次风速
适当提高一次风速，可推迟煤粉的着火，使着火点离燃烧器较远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附近结焦。在四角切圆燃烧锅炉中，提高一次风速还可增加一次风