0、引言
    近年來，我國電力建設突飛猛進，火電機組的裝機容量越來越大。但因我國各地動力煤煤質差異過大，爐膛結渣和受熱面污染等現象較普遍，大渣掉落而砸傷冷灰斗水冷壁管，堵塞排渣口促使冷灰斗水封急劇汽化而引起爐膛負壓波動，由此引起保護動作而MFT，或被迫降負荷運行，個別鍋爐曾發生嚴重事故，限制了鍋爐出力，威脅機組的安全運行。本文針對某600MW超臨界鍋爐爐膛結渣分析原因并提出對策。
1、鍋爐爐膛結渣的機理
    通常，結渣的形成包括以下三個過程。
    (l)初始沉積層的形成。爐管上灰沉積物迅速聚結的基本條件是存在一個粘性表面，粘性表面一般由硫酸鈉、硫酸鈣、鈣與硫酸鹽的共晶體等基本物質組成。粘性沉積物處于熔融或半熔融狀態，對金屬或耐火材料具有潤濕作用，并且灰成分一般也能相互潤濕，這樣由于粘附作用而形成初始沉積層a
    (2)一次沉積層的形成。隨著初始沉積層的加厚，煙溫升高，沉積速率加快，沉積物與沉積物之間以及沉積物與受熱面之間粘接強度增加，沉積層表面溫度升高，直至沉積層的熔融或半熔融顆粒基本不再發生凝固而形成粘性流體層，即捕捉表面。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時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。
    (3)二次沉積層的形成。捕捉表面形成后，無論灰粒的粘度、速度及碰撞角度如何，只要接觸到沉積層的顆粒一般均會被捕捉，使沉積層快速增加，被捕捉的固體顆粒溶解在沉積面上，使熔點或粘度升高，從而發生凝固而又形成新的捕捉表面，直到沉積表面溫度達到重力作用下的極限粘度值時的溫度，使沉積層的形成不再加厚，而使撞擊上的灰粒沿管壁表面向下流動。結渣速度取決于一次沉積層的形成過程，各沉積層的形成均以慣性沉積為主，是否結渣以及結渣的程度與煤種、爐溫、空氣動力場等有關。
2、鍋爐結渣原因分析
摻燒印尼煤期間，l、2號爐多次出現鍋爐掉焦問題，2009年3月份l、2號鍋爐共發生5次掉焦，鍋爐掉焦瞬時正壓最高達1196Pa，3月30日23時2號鍋爐因掉大渣造成爐膛負壓急劇波動而發生滅火，由于鍋爐多次頻繁發生掉大渣，為此成立攻關小組對掉渣原因進行了分析，主要內容如下。
2.1煤質特性
    不同煤種煤灰的結渣特性相差甚遠，主要與灰的化學成分及其礦巖結構特性有關，主要包括灰的熔融溫度、灰渣粘溫特性和灰成分。
    一般說來，灰的熔融溫度特性中，變形溫度越低，則結渣性越強，軟化溫度與變形溫度越接近，結渣性越強：熔渣粘度低的更易濕潤受熱面，因此，灰熔融溫度低和熔渣粘度低的煤灰易結渣。灰成分中Ca0、Mg0、Na20、K，O與Fe203，FeS2的含量高的結渣性強，其中Naz0、K20含量高的灰沾污性強；Al203和S102的含量高的結渣性就弱。
    (1)印尼煤灰熔點較低，通過化驗分析，印尼煤灰熔點T2溫度1 130℃，屬于強結焦性煤種，客觀上為鍋爐結焦創造了條件。
    (2)煤的灰熔點是由灰的特性決定的，并不是簡單的兩種煤的算術平均值，但實際化驗結果表明配煤灰熔點T2溫度1130℃與印尼煤一致，因此表明配煤沒有起到提高灰熔點的作用。
    (3)印尼煤的灰分很小，即使體現出強結焦特性，但由于灰量較小，對于鍋爐的影響相對較小，但混配后灰熔點沒有增加，反而大大增加了灰的比例，因此使鍋爐的結焦量增加。燒印尼煤多次掉焦，基本上都不是發生在吹灰過程中，因為鍋爐結焦吹灰頻度已經加大，從鍋爐掉焦來看，焦相對疏松，如果在吹灰器吹掃范圍內結焦，完全可以通過吹灰吹落焦塊，而不會是目前結大焦自動脫落，表明結焦部位在吹灰器吹掃范圍之外。
    (4)煤粉細度及其均勻性指數對燃燒有重要關系，煤粉越細，越容易燃盡，越粗就越不易燃盡，就有可能產生火焰刷墻，或火焰中心上移，引起結渣；均勻性指數n越小，則煤粉中的粗顆粒越多，燃盡就差，同時也易產生火焰沖刷壁面，或因此而使火焰中心上移，引起結渣。
2.2爐內空氣動力特性
    爐膛內的煙氣溫度以及水冷壁附近的溫度情況和介質氣氛等都與爐內空氣動力特性密切相關。正常運行工況下，高溫的火焰中心應該位于爐膛斷面的幾何中心處，而在實際運行中，由于爐內氣流組織不當，造成火焰中心偏移，高溫煙氣流沖刷水冷壁面，使熔渣在接觸壁面前無法凝固而造成結渣。
2.3鍋爐設計特性參數
    鍋爐燃燒一直存在一定偏斜，兩臺鍋爐長期左側溫度偏高（分離器A、B側），雖然目前鍋爐具體結焦部位還不能確定，但通過多次掉焦前后的參數變化對比發現，兩臺鍋爐的結焦部位有很大的一致性。如果說結焦影響了受熱面的傳熱，那么掉焦參數穩定后應該使汽溫的偏差減小，但恰恰相反，掉焦后反而造成偏差增大，而且非常明顯，只能說明火焰偏斜是造成結焦的主要原因；掉焦前后垂直水冷壁出口A側溫度基本不變，而掉焦后垂直水冷壁出口B側溫度明顯升高（升高10～20℃），幾次掉焦前后l、2號爐上述幾項參數的變化表現出明顯的一致性，表明結焦的部位也基本相同，應該可以說明這不是一個偶然性的問題。由此也可以判定鍋爐結焦主要集中在爐膛上方偏左墻位置。
3、預防鍋爐結渣采取的措施
3.1正確設計爐膛結構
    過去爐膛設計最重要的結構設計指標是爐膛容積熱強度和爐膛斷面熱強度，整個爐膛設計合理的判斷指標是爐膛出口煙溫應低于燃料的灰熔點。對600MW的鍋爐爐膛設計的研究表明，大型鍋爐爐膛結構設計的指標遠不止這幾項。除爐膛容積熱強度、爐膛斷面熱強度外，還有燃燒器區域的熱強度、爐膛輻射受熱面熱強度、最上層燃燒器中心距分隔屏式過熱器底部的高度、以及最下層燃燒器中心距冷灰斗上沿的高度等一系列指標。加設這些指標的目的是不僅要滿足爐膛燃燒和傳熱的要求，還要保證爐膛運行安全可靠。設計燃燒器和選擇假想切圓的原則應是在保證一次風射流引射和卷吸高溫煙氣，使其迅速著火和燃燒穩定的前提下，提高射流速度，減少偏轉，避免出現在爐墻附近燃燒，尤其不能出現射流貼墻燃燒。為此，在設計燃燒器時，應控制單組燃燒器的高寬比，一般不要大于8。為避免產生風簾，兩組燃燒器之間的有效間距通常不應小于1100mm，這樣可減小射流兩面的壓差，提高射流剛度，防止射流貼墻或靠墻。在選擇四角射流假想切圓時，考慮到射流進入爐膛后不可避免的要產生較大偏轉，因此切圓直徑不易過大，一般以600～800mm較為合適。根據試驗研究和我國目前的運行實踐證明，燃燒器在正常運行調整時選擇上述數值，一般可避免射流偏轉而引起的爐膛結渣。
    合理選擇和布置吹灰器。對于爐膛吹灰器沒有布置或布置不足的電站鍋爐，需要增加爐膛墻式吹灰器的數量以強化燃燒器區吹灰。某電廠機組爐由于水平煙道吹灰器數量不足，導致在燃用低灰熔點準東煤時高溫過熱器和高溫再熱器沾污嚴重又不能及時清除，積灰落至折焰角斜坡堆積，并將高溫過熱器和高溫再熱器管淹沒，嚴重影響了煙氣的正常流通，后在水平煙道增加一層4只吹灰器，積灰問題得到解決。
3.2保持適當的煤粉細度和均勻度
    燃煤過粗會延遲燃燒過程，使爐膛出口煙溫升高，同時煙氣中會出現未完全燃燒的顆粒，這樣會造成結渣。煤粉過細，煤灰易于黏附壁面，影響受熱面傳熱。做好燃燒管理工作，進行全面的燃燒特性分析，特別是灰的成分分析及灰熔點和結渣特性分析，盡量用固定煤種，避免鍋爐運行時煤種多變。保持合適的煤粉細度和均勻度，不使煤粉過粗，以免火焰中心上移，導致爐膛出口結渣。另外，做好灰粒的慣性輸運。在三種灰粒輸運機理中，擴散和熱遷移主要是對初始沉積層的形成起作用。對具有潛在結渣傾向的煤，初始沉積層主要由揮發性灰冷凝而形成，具有較低熔點的堿金屬和堿土金屬硫酸鹽，呈液態容易捕捉飛灰。對潛在結渣傾向小的煤，初始沉積層有一部分是由小顆粒的熱遷移而產生，對慣性撞擊灰的捕獲能力較小。由于初始沉積層對鍋爐的安全運行不構成影響，并且控制初始沉積層幾乎是不可能的。因此，要控制鍋爐的結渣，就要避免煤灰粒子向水冷壁慣性撞擊。
3.3控制爐膛出口煙溫
    當有充足的空氣量時，控制爐膛出口煙溫是避免結渣的又一重要方面。爐膛出口煙溫控制在規定范圍內，一般可避免爐膛上部的結渣。為使爐膛出口煙溫不過高，可采用調整燃燒和適當減少爐膛熱強度的方法達到。
    (1)合理配風。合理配風的唯一標準應是風、粉混合均勻，著火迅速和燃燒穩定。這樣，爐膛出口煙溫就會降低。配風不當使火焰中心上移，就使爐膛出口煙溫升高：火焰中心下移，將使冷灰斗附近溫度升高。因此，在運行中應注意配風，使火焰中心保持在爐膛中心。
    (2)減少爐膛熱強度。提高鍋爐效率可減少燃料消耗，保證給水參數，減少鍋爐飽和蒸汽的用量等均可達到降低爐膛熱強度的目的。為避免爐膛熱強度過大，應禁止鍋爐在較大的超負荷工況下運行。
    (3)降低火焰中心。采用四角布置燃燒器的鍋爐，盡量利用下排燃燒器，同時下排二次風量不易過大，這樣可使火焰中心下移。
3.4風粉配比的調整
    (l) -次風與燃煤配比：風粉配比受燃煤指標的影響很大，當燃燒設計煤種或進行摻煤燃燒時風粉比要進行相應調整，這需要從實際運行經驗中摸索數據。當磨煤機一次風投入自動時，給煤量跟蹤一次風量，所以恰當的風粉比至關重要，經試驗得出一次風量與給煤量的比例關系如表l所示。
    (2)一次風與二次風量的配比：該配比能保證在機組一定負荷下輸入爐膛的二次風量合適，即維持爐膛氧量正常，使鍋爐充分穩定燃燒。經試驗得出一次風量與二次風量最佳比例關系表如表2所示。
   (3)二次風與三次風配比：改變二、三次風的比例對燃料燃盡有一定影響，雖然三次風量較小，但改變了三次風也就改變了二次風量即改變了配比。從爐拱處下射的二次風是燃燒所需空氣的主要來源，同時起著攜帶已經著火的風粉混合物向下引射達到下爐膛足夠深度的作用，從而延長火焰行程。而從前后墻下部噴入的三次風起著分級燃燒、調節火焰長度和補充完全燃燒所需空氣的作用。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
    (4)爐底注入熱風的調節：爐底注入熱風布置于下爐膛后墻，再熱蒸汽溫度主要是通過在爐膛底部注入熱風予以調節的。在鍋爐最大連續出力時，熱風注入擋板開度為零，隨著負荷的降低，逐漸增大爐底注入的熱風量，并相應調整二次風，使總風量與燃煤量相適應。由于爐底熱風的注入，抬高了爐膛火焰中心的位置，使得爐膛出口煙氣溫度升高，增加了再熱器的吸熱量，使再熱汽溫能夠維持在額定值。
4、結論
    本文通過某發電廠600MW超臨界機組鍋爐爐膛結渣的案例分析，得到了該爐膛結渣的主要原因，并提出了改進措施，有利于其他同類型電廠結渣問題的解決，為防止鍋爐結渣危及到電廠的安全運行提供了有益的參考。