电力行业燃煤结渣现状分析

摘要：在火力发电依然占据主导地位的今天，燃煤结渣现象是客观存在、不可避免的，此现象不仅增加传热阻力和降低经济性，而且还会引起烟道的堵塞，增加燃煤发电行业的危险系数。本文将从燃煤结渣的形成原理、危害、影响因素和改善措施等方面对燃煤结渣现象进行阐述，并针对改善措施提出发展方向。

电力行业的发电方式多种多样，传统的发电方式如火力发电和水力发电等，近年来，风力发电、太阳能发电、核能发电和生物质发电等新型清洁能源发电方式也频现，但燃煤发电一直以来占据着支柱地位，燃煤在地域上的不均匀分布导致了煤质的不同，当发电锅炉使用劣质煤或者非设计煤种的时候，锅炉结渣成为燃煤发电行业很普遍的现象，如何解决此现象提高发电效率一直以来广受关注。

燃煤结渣的形成原理

燃煤结渣的形成过程可大致分为四个阶段：（1）初始灰层形成。颗粒较小的灰渣中活性组分的选择性沉积成初始灰层；（2）固态灰层形成。初始灰层表面温度升高，粘附飞灰的能力增强，多次循环形成固态灰层；（3）半熔态灰层形成。当固态灰层粘附飞灰的循环达到一定程度后形成半熔态灰层；（4）熔融态灰层形成。半熔态灰层表面温度更高，粘附飞灰的能力更强，熔融态灰层随之形成。此过程中灰层达到自身的熔融点，开始软化是结渣形成的转折点。当煤质的熔融点低于炉膛中火焰温度的时候，熔融态的灰层非常容易随烟气流动，烟气经过水冷壁可快速吸热降温，但灰层因存在一定厚度降温不及时，软化态的灰粒在受热面上就出现结渣。

燃煤结渣的危害

燃煤结渣轻则减弱传热效果、降低锅炉热效率和增加氮氧化物的排放，重则会增加机械组的负荷或者停炉，甚至加大发生恶性事故的风险。具体如下：（1）炉膛内受热面的传热能力被迫降低。受热面上沉积灰渣会增大热阻,水冷壁上沉积灰渣会降低导热能力，随着炉内可吸收的热量减少，炉膛内火焰位置将会向后移动，火焰与炉膛出口之间的距离变小导致出口烟温升高，排烟带走的热量较多，降低传热效率；（2）过热器被污染，爆管可能性加大。炉膛出口烟气温度升高,炉膛内的飞灰易随着烟气粘附在对流和屏式过热器上，过热器上结渣同时温升过高易爆管；（3）喷燃器易因局部高温而烧坏；（4）炉膛高空处的灰渣易掉落。灰渣在炉膛内的形成位置不确定，而且大块灰渣的形成时有发生，当大块灰渣掉落的时候，加之烟气的不规则运动，有可能会砸坏水冷壁管和冷灰斗，甚至造成炉膛灭火；（5）在整体传热效率降低的情况下，为维持所需的能量值将会消耗更多的燃料，同时会增加其他机械的运行负荷。

燃煤结渣的影响因素

煤质在炉膛内燃烧，结渣现象的产生受多种因素影响，可大体上分为煤质本身的影响和非煤影响（煤质之外的影响）两大类。

煤质对结渣的影响主要从煤灰的熔融性和成分两方面考虑：煤灰的熔融性主要是指煤的熔融点与介质中环境温度进行比较后，当熔融点低于环境温度的时候，定义为强结渣性煤，反之则为弱结渣性煤，经过试验发现煤质的熔融点并不能完全表明煤质的结渣特性；熔融点不相同的煤灰成分含量是判断煤灰结渣性能的另一因素，成分中含铁、钙的化合物能增强结渣性能，还原性气氛中,熔融的含铁化合物主要致力于早期结渣，氧化性气氛中，含钙化合物可显著降低硅酸盐黏度。煤质中的含硅化合物含量低时可减弱结渣性，含量高时将增强结渣性。

非煤影响主要从燃煤炉膛结构、炉膛内空气动力场和其他运行工况等方面考虑。燃煤炉膛结构多根据设计规模在订购设备的时候已经确定，但生产的设备存在与设计参数不相符的情形，如炉膛容积或者截面偏小、水冷壁卫燃带铺设过多等，都会造成炉膛不同区域受热面结渣；炉膛内空气动力场对锅炉结渣存在较大影响，如一次风粉气流偏斜、一次风速过高、烟气出口气流方向的变化等均会影响炉膛结渣性能；同时还存在设备操作不当导致结渣的现象，但若操作适当此类影响因素将会大大降低。

燃煤结渣的改善措施

目前，针对燃煤结渣的现象已提出部分预防措施，主要是从结渣的影响因素为出发点进行考虑。选用合适的煤种是解决结渣问题最有效率的途径，随着优质煤种的储量越来越少，可以将优质煤种配合劣质煤种进行掺烧。同时还可通过加强制粉系统的调整、选用合适的配风方式和强度、形成良好的空气动力场和定期吹灰等工艺方式。此外，也可以在煤粉中加入添加剂来抑制结渣的产生，如高岭土、硅藻土和活性矾土等，实际过程中虽然被广泛采用，但都存在负面的影响，非常合适的添加剂还在探索中。

结语

结渣是我国火力发电行业广泛存在并长期影响锅炉安全、稳定、经济运行的重要问题，形成原理复杂、影响因素众多，但目前通过选用合适煤种、内部优化工艺条件、外部配合吹灰和掺入添加剂等措施，可以防止和减弱结渣的形成，但随着优质煤储量逐渐减少、劣质煤不得不选用，优质添加剂的研究将显得尤为重要。