0、引言
    爐膛結(jié)渣對(duì)鍋爐運(yùn)行危害極大，輕則影響鍋爐負(fù)荷，重則會(huì)發(fā)生惡性事故。低氮燃燒易產(chǎn)生爐膛結(jié)渣。爐膛結(jié)渣與煤種燃燒特性和鍋爐運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，在煤種無(wú)法改變的情況下，通過(guò)燃燒調(diào)整可減輕結(jié)渣。爐膛結(jié)渣具有緩慢發(fā)展的特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行中，主要受爐膛溫度水平的影響，兩者互相促進(jìn)。
    通過(guò)對(duì)420t/h煤粉鍋爐進(jìn)行試驗(yàn)，研究了運(yùn)行方式與爐膛結(jié)渣的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果表明，在不影響鍋爐出力及效率的前提下，改變配風(fēng)方式對(duì)爐膛溫度的影響不大；在不影響鍋爐出力及犧牲效率的條件下，全開(kāi)一次風(fēng)壓力冷風(fēng)效果最好。降低鍋爐負(fù)荷可明顯減輕爐膛結(jié)渣，其效果與其降幅有關(guān)，負(fù)荷下降20%左右對(duì)爐膛溫度影響不大，而下降35%以上則會(huì)使?fàn)t膛溫度明顯降低。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、結(jié)渣判斷依據(jù)
1.1結(jié)渣機(jī)制簡(jiǎn)述
    結(jié)渣的本質(zhì)可概括地表述為：當(dāng)溫度高于灰熔點(diǎn)的煙氣沖刷受熱面時(shí)，煙氣中熔融的灰渣黏附到受熱面上，造成結(jié)渣。燃煤鍋爐結(jié)渣是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，涉及煤的燃燒、爐內(nèi)傳熱傳質(zhì)、煤的潛在結(jié)渣傾向、煤灰粒子在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及煤灰與管壁間的黏附等復(fù)雜過(guò)程。
    煤中灰分是指存在于煤中的所有的無(wú)機(jī)物質(zhì)，灰分可分為3類(lèi)，即原生礦物質(zhì)、次生礦物質(zhì)和外來(lái)礦物質(zhì)。3種灰分在煤中的存在形態(tài)不同，在爐內(nèi)的生成機(jī)制也不同。
    灰顆粒向水冷壁面輸運(yùn)是結(jié)渣的重要環(huán)節(jié)。其輸運(yùn)機(jī)制主要有3類(lèi)：第1類(lèi)為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散，第2類(lèi)為熱遷移，第3類(lèi)為慣性遷移。
    由于灰粒的形成機(jī)制及輸運(yùn)機(jī)制不同，灰渣在管壁上沉積存在2個(gè)不同的過(guò)程，即初始沉積和慣性沉積。導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)結(jié)渣迅速增加并對(duì)鍋爐安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，其主要因素是慣性沉積。
1.2  影響結(jié)渣主要因素
    由爐內(nèi)結(jié)渣機(jī)制可見(jiàn)，灰渣的慣性沉積是影響爐內(nèi)結(jié)渣的關(guān)鍵。而影響灰渣慣性沉積的非煤種原因的主要影響因素可歸結(jié)為2點(diǎn)。
    (1)爐內(nèi)溫度水平和溫度場(chǎng)分布。由慣性輸送的灰粒在初始沉積層上的黏結(jié)除與初始層的性質(zhì)有關(guān)外，還與撞擊灰粒的溫度水平有關(guān)，當(dāng)撞擊灰粒的溫度很高，呈熔融狀液態(tài)時(shí)，很容易發(fā)生黏結(jié)，致使結(jié)渣過(guò)程加劇。電站鍋爐爐內(nèi)中心溫度為1500~1 700℃，煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200~ 300℃，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于灰顆粒運(yùn)動(dòng)速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒很容易黏附，使渣層迅速積聚長(zhǎng)大。因此，慣性撞擊灰粒在撞擊水冷壁時(shí)的狀態(tài)對(duì)渣的積聚、長(zhǎng)大具有重要影響。因此，爐內(nèi)溫度水平和溫度場(chǎng)分布是產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)渣的主要影響因素。
    (2)爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)及煤粉細(xì)度。在四角燃燒鍋爐中，氣流在爐內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受慣性力作用，煤粉顆粒向旋轉(zhuǎn)氣流外側(cè)聚集。因此，煤粉濃度切圓和溫度切圓要比速度切圓大。減少爐內(nèi)氣流切圓直徑，降低煤粉細(xì)度均可減小煤灰顆粒向水冷壁的慣性遷移，有利于減輕結(jié)渣。
1.3爐內(nèi)結(jié)渣的判斷依據(jù)
    根據(jù)爐內(nèi)結(jié)渣機(jī)制，在非煤種因素中，影響結(jié)渣的主要因素為爐內(nèi)溫度水平和溫度場(chǎng)分布及爐內(nèi)氣流結(jié)構(gòu)和煤粉細(xì)度等。
    該試驗(yàn)研究是以爐膛溫度進(jìn)行測(cè)量比較為主，爐內(nèi)燃燒器區(qū)域結(jié)渣情況觀測(cè)對(duì)比為輔，結(jié)合鍋爐各段煙溫、汽溫和減溫水量等參數(shù)對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣情況進(jìn)行綜合評(píng)估。
2、試驗(yàn)鍋爐
    試驗(yàn)鍋爐為SG-420/140 - M415型煤粉鍋爐，熱風(fēng)送粉、四角切圓、中間倉(cāng)儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)，下2層一次風(fēng)集中布置，燃燒器自下而上分別為二次風(fēng)、一次風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)、二次風(fēng)，設(shè)計(jì)煤種為淮北煙煤，常用煤種為大混煤，表1為鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)，表2為設(shè)計(jì)及常用煤種主要參數(shù)。該鍋爐燃燒器區(qū)域水冷壁經(jīng)常發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象，多次出現(xiàn)冷灰斗堵塞現(xiàn)象。
3、主要測(cè)試方法
    在試驗(yàn)期間，保持鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，各運(yùn)行參數(shù)基本不變，制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式不變，主要測(cè)試方法如下：
    (1)著火與結(jié)渣情況觀測(cè)。一次風(fēng)噴口附近著火情況觀察、噴口附近水冷壁結(jié)渣情況觀察。
    (2)溫度測(cè)試。用紅外線測(cè)溫儀（IRT - 3000A型）測(cè)量一次風(fēng)和三次風(fēng)噴口附近的風(fēng)粉混合物的溫度，從每個(gè)觀火孔測(cè)量爐膛的溫度場(chǎng)，其爐膛溫度場(chǎng)測(cè)孔分布如圖1所示。
    (3)煙氣成分測(cè)量及煤粉、飛灰、爐渣取樣分析。
    (4)運(yùn)行參數(shù)記錄。主汽壓力、溫度、流量、再熱汽壓力、溫度、給水壓力、溫度、流量、排煙溫度、熱風(fēng)溫度、冷風(fēng)溫度、爐膛出口（過(guò)熱器）氧量、系統(tǒng)風(fēng)壓、一次風(fēng)風(fēng)壓及減溫水量等。
4、試驗(yàn)結(jié)果
4.1配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
    鍋爐共配置4層二次風(fēng)，習(xí)慣采用的運(yùn)行方式為均等配風(fēng)，為研究配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣及溫度分布的影響，在其他主要參數(shù)不變的條件下，對(duì)正寶塔和倒寶塔2種方式與均等配風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比，表3是主要對(duì)比數(shù)據(jù)。圖2為不同配風(fēng)方式對(duì)溫度分布影響。
    由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見(jiàn)：
    不同配風(fēng)方式對(duì)爐內(nèi)燃燒工況的影響是明顯的，由于試驗(yàn)煤種揮發(fā)分和發(fā)熱量較高，著火特性較好，燃燒初期需要充足的氧量供應(yīng)，正寶塔和倒寶塔配風(fēng)均會(huì)發(fā)生煤粉氣流局部缺氧而產(chǎn)生難燃盡的炭黑，從而導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫、各段煙溫、排煙溫度上升，減溫水量明顯增加，鍋爐熱效率下降。
    爐膛下部溫度水平對(duì)冷灰斗堆渣有很大影響，而不同配風(fēng)方式對(duì)爐膛下部溫度水平和一次風(fēng)煤粉氣流溫度有較大的影響。煤粉在爐內(nèi)燃燒需要一定的時(shí)間，在正寶塔配風(fēng)時(shí)，燃燒器下部區(qū)域的二次風(fēng)并不完全參與燃燒，可起到冷卻作用，使燃燒器下部區(qū)域溫度水平降低，對(duì)減輕結(jié)渣有利，而倒寶塔配風(fēng)時(shí)，一方面二次風(fēng)的冷卻作用減弱，另一方面會(huì)產(chǎn)生還原性氣氛，促進(jìn)了結(jié)渣并使溫度水平上升。
4.2運(yùn)行氧量對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
    共進(jìn)行了2組氧量調(diào)整試驗(yàn)，第1組是在前述正寶塔配風(fēng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了氧量，第2組是在均等配風(fēng)的基礎(chǔ)上降低了氧量，表4是主要對(duì)比數(shù)據(jù)，圖3為提高氧量對(duì)溫度分布的影響，圖4是降低氧量對(duì)溫度分布的影響。
    由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見(jiàn)：在正寶塔配風(fēng)4%氧量的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高運(yùn)行氧量，可明顯降低爐膛平均溫度水平，燃燒器上部區(qū)域下降幅度尤為明顯，爐膛結(jié)渣情況有所減輕，而減溫水量和各段煙溫變化不大，由于排煙氧量增加，鍋爐效率下降明顯。
    在均等配風(fēng)條件下運(yùn)行氧量由4%降低到2.5%，盡管爐膛結(jié)渣情況尚未出現(xiàn)明顯增加趨勢(shì)，但爐膛溫度水平出現(xiàn)明顯提高，特別是減溫水量和爐膛出口附近煙溫明顯提高，飛灰含碳量明顯增加，由于排煙氧量明顯下降，鍋爐效率反而有所提高。
4.3壓力冷風(fēng)對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
    在均等配風(fēng)、正常氧量條件下全開(kāi)一次風(fēng)壓力冷風(fēng)門(mén)的對(duì)比試驗(yàn)，表5是主要對(duì)比數(shù)據(jù)，圖5是壓力冷風(fēng)對(duì)溫度分布的影響。
    由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見(jiàn)：全開(kāi)6m層人孔門(mén)可明顯降低爐膛總體溫度水平，特別是冷灰斗附近溫度下降達(dá)100℃左右，可減輕爐膛結(jié)渣，明顯緩解冷灰斗堆渣，對(duì)減溫水量和各段煙溫影響不大，但排煙溫度卻明顯提高，鍋爐效率有所下降，其主要原因是通過(guò)空氣預(yù)熱器的風(fēng)量降低。
    全開(kāi)一次風(fēng)壓力冷風(fēng)門(mén)的效果最為明顯，爐膛平均溫度下降達(dá)6.34%，其主要原因?yàn)橐淮物L(fēng)煤全開(kāi)壓力冷風(fēng)，粉氣流溫度明顯下降，著火推遲。爐膛結(jié)渣有所減輕，而減溫水量和各段煙溫變化不大。由于通過(guò)空氣預(yù)熱器風(fēng)量減少，導(dǎo)致排煙溫度明顯上升，鍋爐效率明顯下降。
4.4運(yùn)行負(fù)荷對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響
    分別在鍋爐發(fā)電功率128 MW，100 MW，80 MW條件下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，表6是運(yùn)行負(fù)荷對(duì)結(jié)渣影響的主要對(duì)比數(shù)據(jù)，圖6是運(yùn)行負(fù)荷變化對(duì)溫度分布的影響。
    由試驗(yàn)分析的結(jié)果可見(jiàn)：發(fā)電功率從128 MW下降到100 MW，爐膛結(jié)渣和爐內(nèi)溫度水平變化不大，而發(fā)電功率進(jìn)一步降低到80 MW，結(jié)渣情況明顯減輕，爐膛溫度水平明顯下降。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶(hù)們不錯(cuò)的選擇。
5、結(jié)論
    采用3種燃燒調(diào)整方法對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣影響試驗(yàn)進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：
    (1)在保證鍋爐出力的前提下，采用全開(kāi)一次風(fēng)壓力冷風(fēng)門(mén)的方法可明顯降低爐膛總體溫度水平，減輕結(jié)渣。但摻入冷風(fēng)會(huì)使排煙溫度明顯升高，鍋爐效率明顯下降。
    (2)既要保證鍋爐出力，又要減輕對(duì)鍋爐效率的影響，采用正寶塔配風(fēng)可小幅降低燃燒器區(qū)域下部溫度水平，減輕結(jié)渣，若能夠21進(jìn)一步提高運(yùn)行氧量，則效果更好。
    (3)降低鍋爐負(fù)荷可明顯減輕爐膛結(jié)渣，但與其降幅有關(guān)，負(fù)荷下降20%左右對(duì)爐膛溫度影響不大，而下降35%以上則會(huì)明顯降低爐膛溫度。