循环流化床锅炉结渣特性研究

1、循环流化床锅炉结渣特性研究作者：王曙光 苏铁熊 武世福 赵耀芳来源：环境与发展2014年第03期摘要循环流化床燃烧技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧技术，生物质燃料是具有广阔发展前景的新型燃料。本文通过循环流化床锅炉中混燃时的结渣问题进行了分析研究，并对解决发电厂锅炉结渣问题给出了相应的技术措施。关键词循环流化床 生物质 结渣 技术措施中图分类号X383文献标识码 A文章编号2095-672X （2014）03-0014-03Abstract： Circulating fluidized bed combustion technology is developed in

2、recent years in the world a new generation of high efficiency and low pollution clean combustion technology， the biomass fuel is a new kind of fuel has the broad prospects for development. In this paper， through mixing combustion in circulating fluidized bed boiler slagging problems are analyzed， an

3、d to solve the problem of power plant boiler slagging corresponding technical measures are given.Key words： Circulating fluidized bed ；Biomass ；Slagging ； Technical measures前言能源和材料是人类生存和发展的重要物质基础，是人类从事各种经济活动的原动力，是维持和发展社会经济、人类生活及物质文明的最基本因素。在众多的可再生能源中，具有广泛使用价值的是生物质能。生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用，把太阳能转化为化学能后

4、固定和贮藏在生物体内的能量，它以生物质为载体，性能稳定，同风能、太阳能相比，很少受自然因素的制约，又能加工转换成常规的固态、液态和气态燃料，能储存运输。生物质能是唯一可再生的碳源，生物质生长过程中吸收大量的CO2气体，燃烧过程排放的CO2气体与吸收的相当，因此被称为CO2中性燃料。结渣问题是煤与生物质混燃过程中经常遇到的问题，本文通过对结渣机理、结渣影响因素等的探讨，以及对混燃结渣问题进行分析来研究，达到在一定程度上指导锅炉运行的目的。 1结渣的现状及意义受热面结渣是一极为复杂的理化过程，影响因素很多，不仅牵扯到煤中矿物结构、组成等，还与矿物质在炉内加热过程中的理化变化以及在炉内的运动和炉内气

5、氛等有关。国外虽研究多年，但至今尚未能达到准确的科学性，依据仍然是经验。国内近几年在一些单位开展的研究，还不能满足锅炉设计人员和运行人员的迫切需要。因此，为了进一步向锅炉设计、运行和添加剂等方面提供选用的认识，消除或减轻受热面结渣，提高锅炉可用率、经济性和安全性，节约能源，加强受热面结渣机理的研究是很有必要和很有现实意义的。综合分析国内外关于炉内结渣的研究工作，大致分3个研究方向。即燃料特性、锅炉结构和运行方式。同一个煤种在不同形式的锅炉上结渣程度是有差别的。设计锅炉时炉膛容积热负荷、截面热负荷与燃烧器区域热负荷等参数选取不当，即使灰熔点高的煤种也会引起结渣。锅炉运行方式对结渣影响也很大，对四

6、角切园燃烧方式来说，各角配风不均匀也会对锅炉结渣造成很大的影响，经常出现在同一电厂燃用相同的煤种，同型的两台锅炉的结渣程度不同，其主要原因很可能是运行方式有差别。以上三者相互影响，使结渣问题复杂化，而三者中，对燃料特性的研究又是锅炉设计和运行的主要依据，因此，对燃料结渣特性的研究受到许多重视。 2循环流化床锅炉结渣机理2.1结渣形成过程对于循环流化床锅炉，一部分为锅炉受热面的结渣问题，一部分是床料结渣问题。受热面的结渣一般认为是由熔融或半熔融颗粒撞击到受热面引起的。撞击在受热面上的熔融 半熔融状态的灰粒在受热面上冷却后，可能会因各种因素（如重力 气流剪切力 灰粒撞击等）的作用而脱落，也可能因撞

7、击的熔融 半熔融颗粒大多来不及完全凝固，沉积物内部烧结及捕捉表面的存在等而继续粘附1。文献2对灰渣结构的分析也证实了上述观点生物质燃烧后，碱性灰成分如KCl 、NaCl 等，在高温条件下熔化并粘附在床料颗粒表面，形成粘附层。当粘附到一定厚度后，就会产生足够大粘力，使碰撞的颗粒粘连在一起形成结渣。这是床料结渣问题。下面首先是受热面的结渣问题，这与一般电站锅炉的结渣问题是相似的。1） 初始沉积物的形成3一台锅炉投运后不久，就会在受热面上沉积一层灰。这层沉积物在初期一般与受热面接连得较松，而且在锅炉运行后不久沉积层厚度相对趋于稳定。称这层沉积物为初始沉积物。 煤粉在炉内燃烧后形成的烟气中，含有气态和

8、颗粒状的矿物质。当烟气流过受热面时，矿物质会通过下面几种方式发生沉积，形成初始沉积物：（1） 气体扩散（2） 粒子扩散沉积（3） 热泳力沉积（4） 电泳力沉积（5） 惯性沉积此外，还存在涡流扩散沉积，这在管子背风面沉积物的形成中是重要的。一般认为结渣是由熔融或半熔融颗粒撞击到受热面引起的。由于熔渣能润湿金属和耐火材料，因此这种熔融或半熔融颗粒形成的初始沉积物与受热面之间的粘附力比固体颗粒组成的初始沉积物与受热面之间的粘附力通常要大的多，烟气冲刷以及惯性大的固体颗粒的撞击等已不能将其除去。除非及时用吹灰或机械振打等方法，尚较易清除粘附在锅炉水冷壁管或其它冷却件上。但是对粘附在高温耐火砖壁面上的仍

9、难以清除。这种初始就与受热面具有较大粘附力的沉积物可支撑较多的随后粘附在其上的颗粒。煤灰成分一般能相互润湿，因而随后沉积在熔融或半熔融颗粒与初始沉积物之间也具有较大的粘附力，使沉积层厚度进一步增加。初始沉积物形成后，使炉内环境烟温升高，沉积速率增加，又随着时间增加，初始沉积物与受热面之间的粘附强度增加，沉积物之间的粘接强度增加，沉积层厚度增加，沉积物表面温度又增加，烟气温度也又增加，直到沉积到沉积面的熔融半熔融态的颗粒不再发生凝固，即形成“捕捉”表面。“捕捉”表面形成以后不仅熔融颗粒，而且凡是只要撞击上的固定颗粒一般大多都会被捕捉，从而沉积层厚度快速增加。被捕集的固体颗粒熔解在熔融的沉积表面中

10、，使表面层灰熔点粘度升高，从而发生凝固，且又形成新的“捕捉”表面，直到沉积表面温度达到重力作用下流动的界限粘度值（一般为250泊）时的温度，沉积层厚度不再增加，撞上的固态或熔融态的颗粒由于重力关系将随表面向下流动。初次“捕捉”表面形成以前的沉积物称为一次沉积物，以后的沉积物称为二次沉积物。一次沉积物的形成有快有慢，但一般较慢，这可能有如下几个原因：（1） 即使是在发生结渣的锅炉中，能够到达受热面时仍处于熔融或半熔融态的颗粒在初始不是很多；（2） 由于受热面上会有升一些松散的固体颗粒沉积在上面，使得粘附性强的初始沉积层的形成需要多次反复；（3） 运行工况时有改变；（4） 沉积物中一些成分继续反应

11、，产生气体；（5） 富铁沉积物的导热系数相对较大，沉积层厚度增加，对炉温影响不大太大。综合上面分析，结渣过程包括三步：（1） 初始沉积层形成；（2） 一次沉积层形成；（3） 二次沉积层形成。一般（1）、（3）过程较快，（2）过程较慢。结渣速度主要取决于（2）过程。各沉积层形成均以惯性沉积方式为主。2. 2床料结渣研究分析发现床料结渣的形成主要有以下3种类型：1） 灰分与床料反应，生成有很强粘结性的物质。相对较小的床粒子在这类物质粘结下形成结渣，然后再聚结成块。这类结渣的特征是有一个固体核心。2） 灰粒附着在燃烧的煤粒周围，煤粒燃烧完毕时形成中空的蛋壳状结渣。这类结渣的直径大多在9-54mm 之

12、间。3） 当流态停滞导致局部温度过高，达到飞灰的熔化温度时，结渣就以烧结块形式出现。这类结渣是床粒在局部高温状态下发生熔化的结果。实验发现，燃烧中碱性物质容易生成结渣，即使正常温度下，铁、钒、钙等元素的化合物也能发生结渣。如果运行温度值较高，一些硅铝化合物也会参与，形成结渣。根据以上分析，提出结渣生成的机理。第一种情况的生成机理是：呈粒状液态金属离子或气相离子的飞灰经过多相凝结粘结在床粒子上，形成粘性灰层，导致一些床料细孔充满固体物质而结渣。第二种情况的机理是：粘性床料离子粘结在燃烧着的煤粒周围，随着煤粒的燃尽而形成中空的蛋壳类结渣。其生成机理如图1所示。图1 蛋壳状结渣生成机理图3结渣采取的

13、措施（1）对轻度结渣、积灰的影响要给予高度的重视。实践证明吹灰不仅是防止和减轻结渣、积灰的最有效措施，而且还是电厂节能的一种手段。因此，在运行操作过程中，应观察燃烧情况，适时投运吹灰器，以防止大面积结渣。（2）保持适当的锅炉热负荷，不要超负荷运行。运行中一定要使炉膛内的燃烧区域和烟气温度场合理分布，从而避免因局部区域热负荷过高而产生结渣现象。（3）保持适中的煤粉细度。根据实际的煤种情况，通过调整分离器系统的通风量将煤粉细度调整到合适的范围内。生产中煤粉细度的选择要综合考虑稳燃、炉膛及炉膛出口受热面是否结渣、机械不完全燃烧损失、制粉电耗等因素。（4）加强运行和检修管理。一般炉内是否有结渣现象、炉膛热负荷、燃烧区域温度分布、煤粉细度、烟气中的氧量以及炉内气流的动力工况等都可以通过对运行中仪表的监视和实际观察得到了解，发现不良情况及时进行调整，对已出现的结渣块要及时进行清除，这是防止结渣的重要手段。检修的时候，清除每个部位上的积存灰渣，保证通风、制粉、燃烧等设备的良好工作状态，对于预防锅炉结渣十分重要。4结论通过对锅炉结渣原因的分析，对于锅炉结渣和积灰问题，要在理论分析的基础上，联系锅炉具体参数和工况，寻找切实可行的防治措施，这样就可以消除结渣，保证锅炉安全经济运行。参考文献1盛昌栋. 高浓度煤粉燃烧