更新时间：2022-08-25 17:47
结渣是在锅炉内烟气侧受热面出现的严重影响锅炉正常稳定运行的故障现象，通常是煤中的矿物质和无机成份经炉内燃烧后变成灰渣，灰渣沉积到受热面上即形成结渣。锅炉结渣是个复杂的物理化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结渣性、灰渣粒子在炉内运动以及灰渣与管壁间的粘附等复杂过程，还没有能定量描述结渣过程的数学模型。根据研究结果，可以初步得出有关结渣的机理。
结渣是在锅炉内烟气侧受热面出现的严重影响锅炉正常稳定运行的故障现象，通常是煤中的矿物质和无机成份经炉内燃烧后变成灰渣，灰渣沉积到受热面上即形成结渣。锅炉结渣是个复杂的物理化学过程，它涉及煤的燃烧、炉内传热、传质、煤的潜在结渣性、灰渣粒子在炉内运动以及灰渣与管壁间的粘附等复杂过程，还没有能定量描述结渣过程的数学模型。根据研究结果，可以初步得出有关结渣的机理。煤灰是存在于煤中的所有的无机物质，同时也包括存在于煤中有机化合物中的无机元素。它们通常可以分为原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质3类，3种灰分在煤中的存在形态以及在燃烧过程中的形态变化也不同，而这些灰粒向水冷壁的输运过程是结渣的重要环节。
灰颗粒的输运机理主要有3类：第一类是粒径小于1μm灰粒和气相灰分等挥发性灰的气相扩散；第二类是粒径小于10μm的灰粒的热迁移(热迁移是由于炉内温度梯度的存在而使小粒子从高温区向低温区运动) ，热迁移是造成灰分沉积的重要因素之一；第三类是粒径大于10μm的灰粒的惯性迁移，惯性力是造成灰粒向水冷壁面输运的重要因素。当含灰气流转向时，具有较大惯性动量的灰粒离开气流而撞击到水冷壁面使灰渣在管壁上粘接和结聚长大。灰渣在管壁上沉积存在2个不同的过程，一个为初始沉积层的形成过程，对于具有潜在结渣性的煤，初始沉积层主要是由挥发性灰在水冷壁上冷凝而形成，对于潜在结渣性小的煤，初始沉积层由挥发性灰分的冷凝和微小颗粒的热迁移沉积共同作用而形成。初始沉积层具有良好的绝热性，能使管壁外表面温度升高。另一个沉积过程为较大灰粒在惯性力作用下冲击到管壁的初始沉积层上，当初始沉积层具有粘性时，它捕获惯性力输运的灰颗粒并使渣层厚度迅速增加。由于惯性输送的灰粒在初始沉积层上的粘接还与撞击灰粒的温度水平有关，当撞击灰粒的温度很高而呈溶融状液态时，很容易发生粘接使结渣过程加剧，对锅炉安全运行构成威胁。
结渣是一个复杂的物理化学过程，除了与燃煤种类密切相关外，亦与锅炉结构、燃烧器形式、燃烧气氛、炉内温度水平及动力工况等因素有关，归纳为以下几个主要方面：
1.炉膛热负荷
炉内热负荷偏高，会使炉渣在接触受热面、炉墙、喷燃器之前无法凝固而结渣。炉膛的结构及断面热负荷QF容积热负荷QV等是根据设计煤种及额定参数设计的，如果燃用煤种与设计煤种相差较大，则会出现燃烧不稳或热负荷偏高。
2.炉内燃烧的动力工况
运行中操作不当，使一、二次风混合不良，氧量供应不足以及炉内气流充满度不佳，灰中熔点较高的Fe2O3。被还原成熔点较低的FeO，而不易与CaO、MgO 等低熔点灰分生成熔点仅为1000 ℃～1200℃的低熔点共晶体，使灰熔点大大降低。此外，因炉内动力工况不良而造成的燃烧切圆过大及燃烧中心偏斜，也会造成高温烟气流冲刷水冷壁面，使熔渣在接触壁面前无法凝固而结渣。
3.煤粉细度
对于低挥发分煤，如果煤粉过粗，会造成燃烧中心上移，使炉膛出口温度升高，由于烟气直接冲刷受热面，很容易在炉膛出口处结渣。但高挥发份的煤，如煤粉太细，则会使着火点前移，使喷嘴出口及其附近区域结渣，此时，如一次风速偏低，则有可能发生回火，使喷口结渣，甚至烧坏喷嘴。
4.燃煤的结渣特性
燃煤成分是决定灰熔点及其结渣特性指标的重要因素，而灰熔点是燃煤结渣特性中最重要的指标。除灰熔点外，煤的结渣特性指标还有很多，从实际应用及统计数据来看，各类指标应综合分析，靠单一的结渣特性指标来判别，准确性较差。
在燃煤锅炉的燃烧过程中，结渣是由软化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要辐射受热面上生成熔渣，它的表面往往堆积较硬的灰渣烧结层。下面介绍几种判断灰渣结渣性的方法:
1.碱酸比B/A
由于灰渣中的酸性成分( SiO2 ， Al2O3 ，TiO2) 比碱性成分( Fe2O3，CaO，MgO，Na2O ，K2O) 的熔点普遍要高一些，灰渣中的酸性成分多会使灰渣熔点高，因此可以用碱酸比来衡量灰渣结渣的难易。
2.结渣指数
许多煤的硫分主要以黄铁矿(FeS2) 形态呈现，而由黄铁矿氧化成FeO ，起着助熔作用。因此在碱酸比公式中引入煤的全硫分作为增强灰渣结渣的因子，就成了煤的结渣指数。
灰渣熔融温度成成份之间的回归分析亦表明钙的影响更大，因此，这一灰渣成份结渣指数并不适应于高钙、低硫的烟煤。
3.灰渣熔融结渣指数
灰渣熔融特征温度起初是为判别层燃炉灰渣粘结而建立的指标，后延用于固态排渣煤粉炉结渣倾向的判别。它仍是大型锅炉设计和运行中不可缺少的基础数据之一。
灰渣熔融特征温度的测定具有较大的测量误差，因而只能提供炉内结渣倾向的粗略判别。通常，灰渣熔融特征温度较高的煤种大多不具结渣性，而具有低或中等灰渣熔融特征温度的煤种，则往往还需要结合其它方法进行判别。
(1) 从煤质特性角度考虑，锅炉结渣与否除了与灰渣融特性有关外还与煤的发热量和灰分大小等有关。从锅炉燃烧特性来说，灰渣熔融特性也不是一个独立的参数，它不仅与煤的发热量有关，而且还与锅炉设备等有关。因此要防止锅炉结渣，燃料管理人员首先应重视并掌握灰熔融特性对锅炉结渣的影响并采取相应的措施，根据设计煤种组织燃料，严格控制入厂煤质，使用灰渣熔融特性ST值>原设计煤质的软化温度(ST)的煤。在无法满足此条件时，则应尽可能选用成分稳定、含灰量少的煤。这样便可针对该煤种的结渣特性，通过试验与运行实践，建立起适合该煤种的运行工况，以达到充分燃烧并防止结渣的目的。对可能造成锅炉结渣的煤种，进行适当混配。混煤的灰熔点与粘度不仅与掺混煤种有关，而且与掺混比例关系很大。不同煤种成分间的相互作用会使灰的熔点和粘度改变，高粘度灰渣与低粘度灰渣混合、酸性灰渣与碱性灰渣混合后都会使灰渣的粘度及流动性发生改变。应用这些特性，通过分析研究和试验，总结出合理有益的掺配方式，可以达到提高灰熔点，降低灰粘度的目的。
(2) 对轻度结渣、积灰的影响应给予高度重视。上述分析表明，轻度结渣、积灰不仅影响锅炉运行的经济性，还有进一步恶化的可能，因此必须及时清除。克服轻度结渣、积灰的有效措施是吹灰。以声波吹灰为例可知:声波在受热空间向各个方向传播，声能引起烟气质点的高速周期震荡，使烟气中的灰尘粒子及受热面上的灰垢微粒脱离受热面而凝聚，悬浮在空间被烟气气流带出炉外。同时具有震动位移大、速度快和一定强度的声疲劳效应，能使焦渣粒子间的结合力变弱，有效地减缓和抑制焦渣的生长速度，还可将凝聚在受热面的灰渣撕裂、破碎，从而达到清灰除垢的效果。实践证明吹灰不但是防止和减轻结渣、积灰的最有效措施，同时也是电厂节能的一种手段。因此在运行操作过程中，应观察燃烧情况，适时投运吹灰器，以防止大面积结渣。
(3) 调整好炉内燃烧工况:根据锅炉燃烧的实际情况，确定合适的假想切圆直径，以保证上各喷燃器的安装角度与假想切圆一致。大修结束后，应进行冷态空气动力场试验，参考冷态试验数据，根据对热态实际运行状况的观察与测量，运行人员对炉内燃烧工况作适当调整，以保证燃烧切圆直径及火焰中心的高度和位置适中，发火距离合适，一次、二次风混合良好，氧量供应充足，使得炉膛水平及出口截面上温度场分布均匀且平均温度不太高。
(4) 保持合适的锅炉热负荷，不要超负荷运行。使炉膛内燃烧区域和烟温场得以合理分布，从而避免因局部区域热负荷过高而结渣。
(5) 保持适中的煤粉细度。根据实际煤种情况，通过调整分离器及系统通风量将煤粉细度调整至合适范围内。因分离器不可能频繁调节，当燃煤的挥发份有所变化时，可通过改变一次风率的方法作为防止结渣和稳燃的辅助调节手段。生产中，煤粉细度的选择，应兼顾稳燃、炉膛及炉膛出口受热面是否结渣、机械不完全燃烧损失、制粉电耗等诸因素综合考虑。煤中发热量、灰分含量、全硫含量不宜过大，入炉煤粉不宜过粗。
(6) 加强运行和检修管理。一般炉膛热负荷、燃烧区域温度分布、炉内气流的动力工况、煤粉细度、烟气中的氧量以及炉内是否有结渣现象等，都可以通过对运行中仪表的监视和实际观察得到了解，发现不良工况及时进行调整，对已出现的渣块要及时清除，这是防止结渣的重要手段。检修时，安装调整好喷燃器角度，清除各部位的积存灰渣，保证通风、制粉、燃烧等设备的良好工作状态，对于预防锅炉结渣十分重要。对排除了灰熔融特性造成锅炉结渣的异常现象进行分析，消除设备缺陷。
对于煤粉炉结渣和积灰问题，要在理论分析的基础上，联系锅炉具体参数和工况，寻找切实可行的防治措施，以减轻危害，提高效率。