浅谈电站锅炉炉膛结渣积灰及其清除

摘 要: 简述了影响电站锅炉炉膛结渣、积灰的主要因素及其清除方法,着重说明高射流是目前清除渣(灰)的最佳方法。

关键词: 电站锅炉; 结渣; 积灰; 高压水射流; 清除

中图分类号: TK17 文献标识码: A 文章编号:1009-8631(2010)04-0063-02

目前,电站锅炉主要以煤作为燃料,煤在燃烧时,燃烧产物中有灰粒、氧化硫等物质,这些物质的数量有时很大,例如一台3×105KW的锅炉每昼夜的飞灰量可达700-1200t(视煤的含灰量多少而定)。这么多灰要流经锅炉的受热面,其中一部分以各种形式沉积在受热面上,这就增加了传热热阻,甚至使烟气通道堵塞,使锅炉的技术经济指标下降。炉膛中因严重结渣、积灰影响锅炉的安全运行。

一、影响锅炉结渣、积灰的因素

(一)锅炉结渣

在煤粉炉中,燃烧火焰中心温度在1500-1800℃之间。燃料中的灰分在这样的高位下,大多熔化为液态或呈软化状态。由于水冷壁的吸热,从燃烧火焰中心向外,越接近水冷壁温度越低。在正常情况下,随着温度的降低,灰分将从液态变为软化状态进而变成固态。如果灰还保持着软化状态就碰到受热面时,由于受到冷却而粘结在受热面壁上,形成结渣(俗称结焦)。

对于锅炉的结渣,国内学者已做了大量研究,初步揭示了其形成因素与燃料中的灰分性质,初步揭示了其形成因素与燃料中的灰分性质、锅炉设计及锅炉运行状况有关。

(二)锅炉设计因素

国内学者曾对燃用各种不同煤种的锅炉作了调查,结论是结渣和积灰不仅与煤炭性质有关,而且同锅炉设计密切相关,主要是炉膛热强度(包括炉膛容积热强度和断面热强度)、煤粉在炉膛内逗留的时间、燃烧器结构形式以及受热面的布置等。同一煤种,在某台锅炉上燃烧会严重结渣,而在另一台设计不同的锅炉上可能根本不结渣。同时锅炉设计起到了决定性的因素。

(三)锅炉运行因素

锅炉结渣、积灰随锅炉负荷及烟气温度的增加而增加。

煤粉细度对炉膛结渣也有影响,但是煤粉细度应视煤种与具体的锅炉结构而定,应通过试验来确定。煤粉过细、过粗均可能引起结渣。

较大的燃烧过剩空气能减少结渣与积灰。

(四)锅炉的积灰

锅炉受热面上的积灰有粘结性和疏松性积灰两种。粘结性积灰是由于烟气中硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒,并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。当锅炉的燃烧不正常时,烟气中带有大量的碳粒子,这些碳粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、三氧化硫和水蒸汽。三氧化硫和水蒸汽又化合成亚硫酸(H2SO3)。亚硫酸是很强的还原剂,会再次氧化生成硫酸(H2SO4);碳粒子吸附的三氧化硫和水蒸汽也会直接化合成硫酸。含有硫酸的碳粒子有很强的粘性,它沉积在受热面上不仅很牢固,而且由于硫酸有很强的腐蚀性,它与受热面作用生成硫酸亚铁(FeSO4),更增加了这种灰的牢固性。随着燃料中含硫量的增加。粘结性积灰的可能性也增加。

疏松灰是各种锅炉中最常见的积灰方式,它发生在锅炉的所有对流受热面上。煤粉炉主要是这一类积灰。当烟气冲刷管束时,管子的背面形成涡流区,大的灰粒因其运动惯性动能大,不容易卷入涡流;但小的灰粒则容易被卷进旋涡撞在管壁上,并且由于通过引力、静电引力及摩擦阻力等方式粘附在上面形成积灰。

二、锅炉炉膛结渣、积灰的清除

锅炉结渣、积灰给锅炉安全、经济运行所带来的危害是显而易见的。因此,炉灰结渣、积灰应以预防为主,很多专家学者在这方面做了大量的工作并取得了显著的效果。

但是,无论采取怎样的预防措施,锅炉在实际运行中由于各种不定因素,最终导致锅炉结渣、积灰。对于锅炉炉膛结渣、积灰的清除方法有很多种。总的来看,可分为运行时清除和停炉时清除两大类,以运行时清除为主。

(一)水力除渣

水力除渣是用较高压力的水(最高可达1.5MPa)射向渣体,由于渣块温度很很高遇水急冷而破碎,从受热面或炉墙上掉下来。水力除渣时,应严格按照操作规程进行。不要把水直接喷射到受热面上,以免损坏管子。当锅炉低负荷运行时(

(二)蒸汽吹灰

吹灰是防止积灰加剧的常用方法。吹灰的介质一般采用蒸汽,但对于硬焦,用蒸汽往往吹不掉,而采用水力吹灰就很有效。

三、停炉时清渣(灰)的主要方法

(一)人工刮铲

有的电厂锅炉结渣、积灰很严重,又没有别的更好的办法去除,在停炉检修期间就动员职工轮翻到炉膛里进行刮铲。人工刮铲,劳动效率很低、周期长、清除不彻底且由于人员多、杂,安全得不到保证。近来,人工刮铲除渣(灰)的方法基本不再采用,只是在炉膛内结渣(灰)轻微时进行人工刮铲还可行。

(二)碱性水冲洗

对于粘性积灰,由于其形成是烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒,并与灰粒作用而致。粘性积灰的液体呈酸性,故有些电厂采用碱性水冲洗,取得了良好的效果。该方法的缺点是对大块结渣无明显效果,清除不彻底。

(三)高压水射流清洗

高压水射流清洗是最近几年才在我国兴起的。其原理是由高压水泵产生高压水经喷头射出一股或多股不同方向的高速水射流,对清洗对象进行冲蚀、剥层、切除、打击以达到清洗目的。利用高压水射流清洗结渣、积灰时,一般取操作压力为40-60MPa。高压水射流清洗炉膛结渣、积灰,其特点是劳动效率高(单枪清洗速度可达15m2/h),清洗彻底。在停炉期间,高压水射流是目前清除锅炉渣(灰)的最有效、最彻底的方法。

四、采用高压水射流对燃煤锅炉炉膛渣(灰)的清除

四平昊华化工有限公司目前有4台燃煤锅炉,锅炉在设计、制造时所采的煤种与锅炉运行后的煤种发生了变化;且锅炉炉膛热负荷增大,炉膛结构不能适应现烧的煤种,导致这4台锅炉炉膛结渣、积灰很严重,每次大修(有时是小修)都不得不对炉膛进行彻底地清渣(灰),以保证锅炉安全经济运行。

(一)锅炉结渣、积灰状况

该电站锅炉炉膛截面呈正方形,四角布置直流燃烧器,水冷壁为扁钢焊接膜式水冷壁。停炉检修时发现在接触或靠近燃烧器喷出的火焰的受热面上有大块结渣;由于燃烧器四角布置。火焰贴壁,水冷壁面上及水冷壁之间的扁钢上均有不同程度的结渣、积灰;前屏、后屏积灰严重,并有大块形成。更为严重的是燃烧器周围的焦渣与焦油混合结成,使得该处的结渣很硬、很大,且韧性也很大,锤出无效。由于对流过热器正好在折焰角的上方,每次清灰极不方便,故该处的堵灰严重,厚度可达200mm。

(二)高压水射流清除焦渣(灰)

针对炉膛内结渣。积灰各部位不相同的情况,我们选用的操作压力在40-60MPa之间;对燃烧器周围的顽固焦渣及大块的焦渣、堵灰我们选用圆柱形喷嘴(射出圆柱形射流);对结渣、积灰程度轻的地方(如大面积的水冷壁、大屏等)选用扁喷嘴(射出扇形射流);喷嘴与清洗面的距离为200-400mm;清洗顺序从上往下清洗。

在清洗时,喷射枪上下往复移动,幅度在1m左右,此时的清洗效率最高,效果最佳。对于顽固、坚硬的焦渣,要寻找其空隙使射流楔入并促其脱落;没有空隙的,就要选定一合适的角度进行喷射。燃烧器周围由于渣、油混合,使得该处的焦渣十分坚硬且韧性很大,我们提高操作压力(最高达65MPa),并配合人工修理也取得了满意的效果。

经过10天(约80h)的清洗,1200m2的清除面积全部完工,水冷壁露出金属光泽,对流过热器处的堵灰全部被清除,总洗净率达96%,得到厂方的好评。

五、小结

1. 电站锅炉炉膛结渣、积灰与煤灰性质、锅炉设计及锅炉运行状况等因素有关。

2. 锅炉结渣、积灰应以预防为主。锅炉在运行时,一旦发现有结渣、积灰就应及时清除;定期定时清除渣(灰),力争保持水冷壁管受热面的光滑。

3. 在停炉高压水射流清渣(灰)时,水冷壁易出现二次浮锈的问题,可在高压水射流清洗过后紧接着用小型清洗机喷射钝化液进行钝化处理。

4. 高压水射流对燃烧器周围渣、油混合物清除效果不理想,因为操作压力不能升得过高,以免损伤金属。若能使高压水射流清洗与化学清洗相结合清洗该焦渣则会更好。

5. 采用高压水射流清洗锅炉结渣、积灰,效率高,清洗彻底,是目前清洗停炉锅炉结渣、积灰的最有效的方法。