摘  要：秸稈發電在我國是一種新生事物，我國近年先后投產了一批生物質電廠，但生物質電廠普遍存在著生物質鍋爐容易結焦、結灰現象，影響安全經濟穩定運行；筆者公司水冷振動爐排爐全燃生物質運行也存在結焦、結灰現象，但經過若干次停爐檢修對結焦、結灰檢查、處理和對焦塊的分析，逐步了解生物質灰特性、生物質鍋爐結焦、結灰的原因、基本掌握了生物質鍋爐結焦、結灰處理及預防措施，本文主要介紹水冷振動爐排爐結焦、結灰分析及應對措施。
    關鍵詞：生物質鍋爐結焦結灰清理
1、概況
    1.1設備概況
    某生物質電廠秸稈水冷振動爐排爐系無錫華光鍋爐股份有限公司制造的UG-75/5.3-J型次高壓單汽包、集中下降管、自然循環、四回程布置的燃秸稈爐。爐膛采用膜式水冷壁，爐底布置水冷振動爐排。在冷卻室過熱器室分別布置了高溫過熱器中溫和低溫過熱器。底部煙道中布置省煤器和空氣預熱器。干式排渣，布袋除塵。鍋爐為鋼架結構，半露天布置，點火方式設計為人工點火。
    1.2鍋爐設計主要參數
2、生物質鍋爐結焦、結灰的危害
    2.1影響鍋爐長周期安全經濟運行
    2.1.2鍋爐高、低溫過熱器由于結焦往往影響煙氣與蒸汽的熱量傳遞，將降低鍋爐出力和效率，連續運行一個月后將使主蒸汽溫度嚴重偏低，引起蒸汽品質不合格，對汽輪機的安全運行造成很大的安全隱患；
    2.1.2高、低溫過熱器結焦在鍋爐運行時很難清理，結灰嚴重時甚至會完全堵塞煙氣通道，造成鍋爐被迫停爐，嚴重影響鍋爐安全經濟穩定運行。
    2.2管壁垢下腐蝕嚴重
    生物質稻麥秸稈中含量最高的兩種元素Si和K在燃燒時會形成低熔點的硅酸鹽沉積在燃燒設備的金屬管壁上造成管壁垢下腐蝕，因為金屬的氧化保護層會溶解在沉積的熔渣中。
    2.3鍋爐連續運行周期短，檢修工作量增加，增加維護成本。
    鍋爐人工清灰需要搭在過熱器搭腳手架，腳手架高度較高、工作量大，清灰的人工較多，每次清灰費用較高；鍋爐頻繁啟停也造成鍋爐其他的檢修費用和啟停增加。
3、生物質鍋爐結焦、結灰主要現象、過程及結焦、結灰主要部位
    3.1生物質鍋爐結焦、結灰主要現象、過程
    秸稈水冷振動爐排爐1年多運行情況發現，生物質鍋爐容易結焦、結灰，基本上鍋爐連續一個月后主蒸汽逐步下降，排煙溫度升高，噸汽秸稈耗將逐漸增加；一個半月左右主蒸汽溫度將由
點爐時485℃降至430℃左右，排煙溫度由點爐時140℃升至160℃左右，出力和爐效明顯下降，鍋爐將被迫停爐清灰。特別是摻燒稻麥秸稈比例較大時（占入爐燃料重量比的30℃左右），過熱器結灰現象明顯增快，尤其高溫過熱器縱向、橫向管道之間焦塊連成一片。
   3.2結焦、結灰主要部位
   3.2.1結焦主要在煙氣溫度較高的高溫過熱器和低溫過熱器等部位，過熱器的對流受熱面上往往黏附著灰色的黏稠或熔融狀沉淀物（厚度1～1.5mm），管束上表面沉淀物相對松軟，但緊貼管壁上有時存在著黏附力強、堅硬、難溶的磷酸鹽結垢。
    3.2.2結灰主要在煙氣溫度較低的省煤器和空氣預熱器的管壁上，省煤器和空氣預熱器薄薄的結灰顏色也是灰色，灰與管壁之間沒有黏附性，用壓縮空氣吹掃就能夠清除。
4、過熱器焦塊成分分析結果
   過熱器焦塊成分分析結果見表2。
   根據過熱器焦塊成分分析結果可以看出焦的主要為硅酸鹽、硫酸鹽、氯化物和氧化鈣，并且有少量堅硬、難溶的磷酸鹽等。
5、結焦、結灰的原因分析
    5.1生物質灰的來源和特性
    5.1.1生物質中的灰分有兩種來源：一是燃料本身固有的，即形成于植物生長過程中。本身固有的灰分是相對均勻地分布在燃料中，其中Si，K，Na，S，Cl，P，Ca，Mg，Fe是導致結渣積灰的主要元素；另一是燃料加工處理過程中帶入的或人為惡意摻加的雜質，如：砂子、石頭子、土壤顆粒等，其組分與燃料固有的灰分差別很大；后者常常是生物質燃料灰分的主要組成部分。
    5.1.2生物質中的Ca，Mg元素通常能夠提高灰熔點，K，Na元素（堿金屬元素）可以降低灰熔點，而Si元素在燃燒過程中與K元素會形成低熔點的化合物。木材等黑色秸稈本身的灰含量和K，Na等堿金屬元素含量很低，對過熱器結焦的影響較小，但稻、麥等黃色秸稈類中Ca元素含量較低，K元素（堿金屬元素）含量較高(K20麥秸25.3%、稻草12.3%; S102麥秸55. 32a/0、稻草74. 67%)，導致灰分的軟化溫度較低。
    5.2結焦、結灰的原因
    生物質燃燒過程中，堿金屬、硫和氯元素以氣體的形態揮發出來，堿土金屬鹽會和Si02發生化學反應，生成低共熔點的硅酸鹽、硫酸鹽或氯化物，高溫過熱器和低溫過熱器部位的煙氣溫度往往處于灰粒變形溫度下的某一范圍內，造成硅酸鹽、硫酸鹽或氯化物在過熱器對流受熱面上被冷凝形成結焦，在高溫下熔化的硅酸鹽、硫酸鹽或氯化物又會吸附大量的生物質灰形成一定厚度的粘連層，而使積灰結焦層增厚。
6、結焦．結灰的主要處理方式和預防措施
    6.1定期人工清灰、清焦
    6.1.1公司在生物質鍋爐投產后第1年公司主要采用運行期間每天蒸汽吹灰1次，并且定期（每1.5或2個月）停爐人工方式清灰、清焦。
    6.1.2人工方式清灰、清焦先用壓縮空氣（部分生物質電廠使用高壓水槍沖，筆者認為長期使用可能對澆筑料和爐墻產生不利影響，不建議采用）吹掉受熱面上的浮灰和相對蓬松的焦塊，然后以人工用木條、竹條（最好不用鐵器）對管壁的硬焦加以清除，但管壁的硬焦往往難以徹底清理干凈。
    6.2鍋爐添加除焦劑并輔以蒸汽吹灰，減少受熱面的結灰
    6.2.1公司2009年6月份開始嘗試鍋爐運行期間添加除焦劑，并且將蒸汽吹灰次數由1次增加為2次，來減少結灰的影響。
    6.2.2除焦劑為談藍色液體，PH為4.0-7.0之間，除焦劑通過特有的加藥設備，使藥品在爐膛內霧化，均勻分散在煙氣中與結焦物質起化學作用，降低沉結物的著火點，提高灰熔點，并使焦塊松軟，再利用蒸汽吹灰時清除。
    6.2.3公司水冷振動爐排爐從6月24日點爐到9月16日停爐消缺，鍋爐實現了連續運行84天的新記錄，主蒸汽溫度一直維持合格范圍之間，并且9月1日-16日主蒸汽日平均溫度最高為471℃，日平均溫度最低為461℃，平均溫度為466℃，鍋爐沒有出現低汽溫的現象，排煙溫度也基本維持點爐時的溫度，9月16日停爐后對爐內檢查發現高溫過熱器沒有結焦現象，僅中溫過熱器下部管道迎風面處略有輕微結焦，可見鍋爐添加除焦劑并輔以蒸汽吹灰是能夠解決生物質鍋爐過熱器結焦、結灰問題。
6.3生物質原料的選擇與處理
6.3.1在所有生物質中由于稻麥秸稈灰中堿金屬和氯的含量相對較高，而堿金屬是造成高、低溫過熱器結焦，氯是造成鍋爐腐蝕的主要原因，因此從控制鍋爐結焦和腐蝕的角度出發，必須嚴格限制稻麥秸稈在鍋爐總輸入熱量中所占比例不超過20%，多用堿性指數較低的稻殼、黑色燃料（樹枝、樹皮）等。
6.3.2生物質電廠在收購生物質時要嚴控質量關，盡可能減少生物質燃料加工處理過程中帶入（特別是經銷商人為惡意摻加）的雜質，如：砂子、石頭子、土壤顆粒等，減少生物質燃料入爐時的總灰分，從而減慢鍋爐結灰、結焦的時間。
6.4合理調節燃燒工況
   由于秸稈的灰熔點較低，通過合理調整鍋爐一次、二次風的配比等燃燒工況來降低燃燒溫度，控制高、低過熱器室的溫度，使其盡可能不超750℃（硅酸鉀熔融溫度為764℃，硅酸鈉熔融
溫度為874℃），可降低高、低過熱器結灰速度。
7、結論
    某生物質電廠通過掌握生物質在燃燒過程中的結焦、結灰特性，利用調節生物質在鍋爐運行中的燃燒工況，合理選擇生物質燃料并且與添加除焦劑、蒸汽吹灰等輔助手段相結合，實現了減緩生物質鍋爐積灰結渣，基本實現了生物質鍋爐長周期、經濟、安全運行。
    轉載請注明：富通新能源生物質鍋爐http://www.axspfw.cn/swzglcp/