华能应城热电有限责任公司 郭建华 王 强

锅炉炉墙、受热面、炉排上的积灰按其粘结强度可分为粘结性积灰和松散性积灰，松散性积灰是一个物理过程，从技术角度分析松散性积灰不可避免，但根据机组容量确保适当的受热面结构尺寸控制好炉内燃烧工况和保持足够的烟气流量、并根据运行情况定期吹灰，即可确保受热面积灰在可控范围内。粘结性积灰具有物理和化学两种作用的积灰，灰层强度、粘度高，普通物理方法难以清除并具无限成长性，带来巨大安全隐患。锅炉结焦即为严重的粘结性积灰，指灰渣在高温下融化后与到受热面被冷却粘接在受热面上的现象。

1 受热面结焦机理

锅炉的结焦主要经过以下过程：煤粉在锅炉内燃烧产生不同粒径的飞灰；飞灰在高温区域处于熔融状态，熔融的飞灰在烟气带动下与受热面接触；飞灰被受热面冷却形成结焦。其中飞灰颗粒在烟气带动下向受热面输运是结焦的必经环节[1]。飞灰颗粒的输运主要分为热迁移、挥发性灰的气相扩散、惯性迁移。对于尺寸较小的飞灰颗粒和气相灰分主要是通过扩散输运，对小于1～10μm 的飞灰粒子主要通过热迁移形成结焦，试验表明热迁移是造成结焦的主要原因之一；大于10μm 的飞灰颗粒主要由惯性力使飞飞灰颗粒向受热管输运，当含烟气转向时大颗粒飞灰在惯性力的作用下离开烟气撞击到受热面产生结焦。灰粒撞击受热面的概率主要由灰粒的惯性力、所受阻力、灰粒在烟气中的位置以及烟气流速决定。在煤粉炉中一般烟气流速为10～25m/s，直径在5～10μm 的飞灰颗粒就有脱离烟气冲击到受热面的可能性。

根据积灰、结焦的原理来有效控制锅炉的结焦，就要避免飞灰颗粒在惯性力的作用下向受热面撞击。煤粉锅炉中心温度一般在1400～1700℃间，煤粉燃烧过程其本身温度要比炉膛温度高约200～300℃，所以飞灰颗粒在炉膛中心基本为熔融状态。熔融状态的灰粒受惯性力向受热面运动过程中，由于灰粒运动速度过快、过程中受到冷却效果差，未凝固前与受热面接触从而黏附在受热面上形成结焦。所以灰粒在惯性力作用下撞击受热面形成的结焦是焦子积聚、长大的主要原因[2]。

2 受热面结焦原因分析

燃煤成分及特性：煤粉中灰分含量、灰熔点是锅炉结焦主要因素，灰分含量越大、灰熔点越低锅炉越容易结焦。根据炉膛温度场可判定燃烧中心的煤灰基本全部处于熔融状态或表面熔融状态，正常情况下熔融的飞灰会在离开燃烧中心至碰到受热面前冷却成固态飞灰，与受热面接触后也不会粘结在受热面上导致结焦。但熔融状态下的飞灰在与受热面接触时仍为熔融状态，则会粘结在受热面上形成结焦。若燃煤灰熔点低时，将很可能导致熔融状态飞灰在惯性力作用下与受热面接触时还处于熔融状态，从而粘结在受热面上，并在重复作用下积聚长大，形成结焦。结焦的产生还由燃煤的矿物质特性决定，煤灰中一般含有Al2O3、SiO2、MgO、CaO、Na2O、K2O、Fe3O4、Fe2O3、FeO 等多种成分，若Al2O3、SiO2含量高时灰熔点也高；铁和碱金属（Na、K 等）的氧化物多时灰熔点也低；具有助熔作用的CaO 以及燃料中黄铁矿（FeS）等多时也会使灰熔点下降。但当它们作为混合物晶体存在时灰熔点又会改变，如果灰渣中三元共晶体Al2O3.SiO2+2FeO.SiO2+SiO2，则熔点一般只有1000～1100 ℃；若有二元共晶体CaO.FeO+CaO.Al2O3，则熔点为1200℃。运行中应尽量选择与设计煤种相符的煤种，若需掺烧低灰熔点煤种时应尽量选择灰熔点高的煤混烧[3]。

设计的影响：一般锅炉的设计都是通过设计煤种的成分、灰熔点来确定锅炉的相关参数，在燃用设计煤种时一般不会发生结焦现象。但锅炉相关参数的选取对煤种变化的适应性有很大关系，一般容积热负荷、断面热负荷、燃烧器区域热负荷高，则为炉膛容积小导致，锅炉水冷壁受热面面积小导致炉内火焰温度高，炉膛出口烟温高，熔融状态飞灰难于在与受热面接触之前冷却至固态，导致炉膛出口和水冷壁容易结焦。

炉内燃烧的组织状况：锅炉在运行过程中若入炉煤种与设计煤种相差过大，煤飞灰熔点过低；锅炉负荷过高，炉内断面热负荷、容积热负荷、燃烧器区域热负荷过高；煤粉细度较粗、均匀性下降，会导致惯性动量过大或局部热负荷过高；一、二次风速与风量分配不当，煤粉提前燃烧或局部缺氧；锅炉吹灰不及时造成焦子集聚长大；锅炉两侧氧量偏差大或总体氧量偏小，炉内还原性气氛强；炉内空气动力场不均等都是造成锅炉结焦的原因。

设备健康情况：飞灰颗粒的冷却过程取决于炉内总体温度情况和水冷壁附近温度情况，温度越高结渣程度将按指数规律增长。水冷壁附近温度分布除与炉膛火焰中心温度、受热面吸热情况、燃烧器的着火点有关外，还与水冷壁表面的清洁度、火焰扩散角度有关。若水冷壁表面清洁度差附有灰、渣时，其表面温度会急速上升。这将使得灰渣表面具有粘性，捕捉飞灰的能力增强；另一方面表面温度升高降低了惯性输运灰粒时的冷却程度，因而使灰渣的集聚自动加剧，形成大面积的结焦。当燃烧器火焰的扩散角度过大，一方面会造成灰渣粒子受惯性动量的影响撞击水冷壁面的几率增加；另一方面也会使水冷壁附近温度升高，降低了惯性输运灰粒时的冷却程度，因而使灰渣的集聚自动加剧，形成大面积的结焦。在锅炉运行过程中吹灰不及时、不规范，锅炉运行时间长，锅炉停备时未对受热面进行清理，都使受热面的清洁程度下降。燃烧器在运行过程中产生扩锥变形、鼓包，稳燃齿变形、脱落等问题，会使燃烧器的扩散角度发生变化，进而形成结焦。

燃烧器的型式：随着国家环保政策日趋严格，电站锅炉基本都采用了低NOx 燃烧器技术，该技术特点是在燃烧器区域欠氧分级燃烧。欠氧燃烧时在炉内燃烧器区域处于还原性气氛，分析表明，同一煤种的灰渣在还原性气氛中灰分中高熔点的Fe3O4、Fe2O3会还原成低熔点的FeO，熔化温度相差200～300℃。通常煤种的灰熔点是在实验室富氧气氛下化验出来的，而在锅炉运行时由于采用欠氧分级燃烧技术，其灰熔点随着煤种中Fe 元素成分的增加而降低，因此煤种在实际运行中所表现出来的特性与在化验室中表现出来的特性有所不同[4]。

3 锅炉结焦的预防

加强燃煤管理。煤灰的成分和特性是影响锅炉结焦的重要因素,电厂燃料供应时尽量选择设计煤种或与设计煤种成分、特性相近的煤种。对于新进煤种应掌握其所有成分、特性，进行掺烧试烧试验，通过试验确定最佳最安全的掺烧比例。煤场存煤要按照不同煤质分堆存放，严禁混堆混存。上煤时应根据负荷情况、煤质情况及设备情况制定合理的上煤方案。每天应及时准确的提供入炉煤质情况供运行人员参考。当班运行人员应了解当班入炉煤质情况，根据煤质情况做好相应的事故预想，运行时实时掌握机组运行情况，发现异常情况及时进行处理。

合理控制运行氧量。通过控制一、二次风比例来控制锅炉运行的氧量，通过控制炉膛氧量即可控制炉内是处于氧化还是还原性气氛，这将对锅炉的结焦有非常大的影响，如炉内运行氧量偏低炉内将处于还原性气氛，灰熔点将会下降，锅炉会很容易结焦。但增加氧量与控制锅炉出口NOx 的和保证锅炉经济性相矛盾，锅炉运行时的氧量控制要着眼于煤种燃烧时表现出的主要矛盾，综合考虑经济性、NOx、结焦等多方面因素，经过试验选择合理的氧量。

合理组织炉内燃烧。通过控制一、二次风的风门开度合理调配一、二次风的风速、风量以及锅炉运行氧量，确保空气和煤粉的良好混合，尽量避免水冷壁附近形成还原性气氛，控制锅炉的着火点、燃烧全过程的氧气供给和扩散角度，防止火焰刷墙，在保证主参数合格情况下控制炉膛出口烟温和受热面壁面温度。合理控制锅炉负荷和每层燃烧器出力，防止锅炉容积热负荷和断面热负荷超限。控制煤粉细度和均匀性在合理范围，防止出现惯性动量过大或局部热负荷过高的现象出现。加强锅炉吹灰，保证水冷壁壁面清洁程度。

加强设备维护。在锅炉停备期间，组织清理锅炉受热壁面上的积灰、积渣，保证受热壁面清洁程度。检查锅炉燃烧器烧损情况，修复或更换变形、损坏的扩锥、稳燃齿等部件，保证燃烧器的健康水平。加强对吹灰器的运行维护，保证吹灰器在运行中发挥作用。

提高协调控制系统的调节水平。在锅炉变负荷过程中如协调控制系统跟踪调整不及时，一、二次风量、风速和总风量未及时跟上燃料量的变化出现欠调或过调，就会在炉内形成还原性气氛，降低炉内飞灰颗粒的灰熔点，增加结焦的几率。