刘志平，范海陆，李 辰

(五邑大学分析测试中心，广东江门529020)

我国是一个以煤为主要能源的国家，煤炭资源丰富，但分布不均、品位高低不等。由于动力用煤尽可能采用低品位的劣质煤是我国的能源政策，从而导致动力锅炉的受热面产生了磨损、腐蚀、积灰和结渣等一系列问题。迄今为止，锅炉受热面沾污结渣一直是动力锅炉行业未能妥善解决的国际性难题之一，极大地威胁着锅炉的安全、经济运行及设备的可靠性和可用率。特别是近十年来，大多数电厂为了片面追求经济效益普遍采用劣质煤，甚至选用煤质多变的混煤，使锅炉受热面的沾污结渣状况更为恶化。锅炉的沾污结渣带来的危害很大，轻则会增加热阻从而弱化炉体传热效能，导致锅炉热效降低、能耗增加和NOx排放量增大等;重则导致锅炉停炉检修，甚至会发生爆炸等恶性事故［1－4］。

1 锅炉沾污结渣的机理

锅炉受热面的沾污结渣过程比较复杂，影响受热面沾污结渣的因素很多，沾污结渣过程既包含有物理化学反应，又是一个动力学过程。动力锅炉受热面结渣过程一般包括三个方面:(1)燃煤自身的结渣过程，即煤灰的产生与结块;(2)煤灰粒子向受热壁面的输运过程;(3)煤灰粒子在壁面的粘附、生长、结块。因而，针对沾污结渣的三个过程，则相应有结渣过程的三种机理。其中燃煤自身的结渣过程主要受煤中易结渣类矿物质如Na、K等成分的影响，即由燃煤本身品质来决定。而煤灰粒子向壁面的输运机理，按照灰粒的粒径大小分，主要有如下4种:惯性迁移(＞10μm 颗粒)、热迁移(＜10μm 颗粒)、凝结和非均相反应(＜1μm颗粒)。初始渣层形成后，其低的热传导性导致渣层表面温度升高，后续输送到壁面的灰粒就容易形成物理和化学机理粘附而使渣层增厚，从而使得煤灰粒子在受热面上生长、结块、结渣［5－6］。

2 电站锅炉沾污结渣的传统处理方法

目前，针对电站锅炉受热面的沾污结渣情况，通常在锅炉设计、运行商采用预防、结渣后进行清理措施［7］。

2.1 预防措施

(1)混煤掺烧

对于结渣倾向性较大的煤种，可以通过混煤掺烧来减轻或抑制煤灰的结渣。即通过向具有严重结渣倾向性的煤中掺入另一不易结渣的煤，可以大大减轻煤灰的沾污结渣特性。

(2)煤粉炉膛停留时间

煤粉在燃烧过程中，其中含有的Na、K等矿物质将会出现熔融沉积、玻璃态物质与管壁的粘合、沉积物生长等过程，这些过程进展均较为缓慢。因而，煤粉在炉膛停留时间越长，越有利于结渣过程的发展。但减少停留时间容易导致煤灰燃烧不充分，造成能源的浪费。

(3)防结渣剂的应用

防结渣剂的作用是提高燃煤的灰熔点温度，促进灰熔体结晶，使在高温下易结渣的玻璃态渣向不易结渣的结晶态转化。这种方法的局限性是防结渣剂容易被消耗，需要不定期添加。

2.2 沾污结渣的清理

在炉膛发生结渣的情况下，传统处理措施有三种，但这些措施大多要求停炉，从而影响生产，传统清渣措施如下:

(1)钢珠除灰。可有效地清除尾部受热面疏散的积灰和结实的灰垢，防止受热面堵灰、腐蚀，并降低引风机电耗，提高锅炉效率。

(2)水力除渣。其原理是当高温渣块遇水时因骤冷而破碎，于是从炉墙或受热面上掉下来。

(3)吹灰。包括蒸汽吹灰、压缩空气吹灰、高压水力吹灰、水汽联合吹灰、声波吹灰、高能燃气脉冲吹灰等。

以上的一系列预防及清渣措施在规模使用上都具有一定的局限性，存在治标不治本的缺陷，因而需要寻求一种能彻底防沾污结渣，而且操作及维护简单的措施。

3 新型防沾污结渣方法

不粘涂料是一种涂层表面不易被其它粘性物所粘附或粘着后易被除去的特种涂料。此种涂料由于其所形成涂层的表面能极低、摩擦系数小、易滑动等特点，所以具有不粘性。被广泛应用于家用电器、烹饪厨具、汽车、机械、化工等行业。不粘涂料近年来世界需求量以每年20%～25%的速度增加［8－12］。

应用于电站锅炉的纳米陶瓷涂层阻垢剂实际上就是一种耐高温的不粘涂层，其主要成分由石英、非晶硅、氧化氢氧化铝、硅酸盐及其他金属氧化物、硼化物等组成，无毒无害。该纳米陶瓷涂层阻垢剂主要喷涂在电站锅炉辐射段水冷壁表面，通过科学改变水冷壁表面的表面性能达到防沾污结渣目的，从而提高热传递效率，使水冷壁表面加热更加均匀，减少热点，从而减少维修和停炉时间。因此，可以说此类纳米陶瓷涂层阻垢剂能从根本上解决电站锅炉的沾污结渣问题。

对比传统的电站锅炉沾污结渣的传统处理方法，使用纳米陶瓷涂层阻垢剂能从根本上解决锅炉沾污结渣问题，从改变材料性能上使得灰渣无法在锅炉受热面上停留而达到防沾污结渣的目的。

4 总结及展望

锅炉受热面沾污结渣在我国火力发电机组中较为普遍。据统计，有半数以上锅炉存在着结渣危险性，极大地威胁着锅炉的安全、经济运行及机组的可用率，并且随着机组容量的增大危害更大。

尽管不粘涂料有许多优异的特性，但还存在一些关键问题制约其应用，如与基底结合力弱、一般需要高温固化、抗磨损能力差等。而且，在工业锅炉受热面应用的不粘涂料要求能耐700℃左右的高温、高低温交变热震性及烟气的冲刷不脱落，所以对于此类不粘涂料提出了更高的要求。因此，研制电站锅炉高温防沾污结渣涂层具有从根本上减轻甚至消除结渣的最有效、最直接的现实意义，该类型涂层具有广泛的市场。

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