锅炉结渣、腐蚀、积灰、NOX排放及安全环保运行

锅炉的结渣、腐蚀、积灰、NOX排放及安全环保运行2009.11.19

积灰、结渣的区别:所谓积灰，是指温度低于灰熔点时灰沉积物在受热面上的积聚.多发生在锅炉对流受热面上;所谓结渣，是指在受热面壁上熔化了的灰沉积物的积聚，它与锅炉受热面上灰的成分、熔融温度、粘度等有关，多发生于炉内辐射受热面上。但它们又相互联系，按照飞灰温度划分，可将积灰结渣划分为三类:a、当烟气温度在800-1050℃时飞灰温度到达熔点温度附近，这时形成的为熔渣;b、当烟气温度在600-800℃时，形成高温沉积灰;c、当烟气温度较低，管子受热面覆盖有单侧细小颗粒的积灰，即低温沉积灰。锅炉受热面积灰、结渣的形成过程锅炉受热面积灰、结渣的形成，大致分为三个阶段:第一阶段—初期沉积物的形成:该阶段是由飞灰颗粒粒径小于10um的构成的均匀孤盖于受热面的薄层，其成分主要是富铁熔渣，它具有结构致密的特点;另外，还有少且硅、铝的氧化物，该层主要是由热扩散、涡流扩散气化物质的凝结物，该层无粘结性，不受烟气流速的影响，极易被灰分碰掉或由吹灰器吹去。因此，在运行时，应在此阶段及时将积灰吹去。第二阶段—内部烧结层的形成阶段，是直径大于一般飞灰顺粒的低熔点灰分沉积形成的阶段，该阶段灰粒形成的沉积具有粘结性大，粘结牢固，一般是由碰撞而成，不易被其他灰粒冲刷掉，用吹灰器清理难度较大。该层主要在锅炉受热面烟侧。第三阶段—外部烧结层的形成阶段，碰搜在一起的灰粒离子粘结在一起，很快形成了大量沉积物，当积灰表面温度达到烟气温度时，烟气温度高至能使飞灰中的钠的化合物处于熔融状态，这些钠的熔融物捕集搜在其上的顺粒，便形成了牢固的积灰。积灰在受热面上形成的形状与其化学成分、烟气温度均有较大关系。锅沪受热面形成积灰、结渣的特性:1)结渣的强度与进人炉膛和受热面的灰量成正比，与灰粒系统温度成指数关系增加;2)每一种炉型、每一种燃煤都有一确定的结渣沮度，在此温度以下，不会发生结渣，当温度高于此温度时，才会发生结渣，且随温度升高结渣强度大大增加;3)在受热面一旦形成积灰、结渣，则壁温升高，烟气温度升高，形成结渣的强度随温度的上升进一步增加，给锅炉安全带来威胁。影响积灰、结渣的因素:作为锅炉燃烧的过程，是一个十分复杂的变化。在此仅列出几个关联性较强的因素，其他因素的影响在一定范围内也不容忽视:1)烟气流速的影响:随着烟气流速的增加，烟气对受热面的冲刷也随之提高，烟气中尘粒在受热面上的积聚的可能性也相应减少，污染系数减小。2)烟气温度的:影响烟气温度对受热面积灰结渣有较大的影响，由前面分析不难看出:对于一确定的煤种，在高于结渣温度以上，随烟气温度的升高，结渣强度成指数关系增加。如某种煤烟气温度由982℃升高到1316℃时，粘结强度增大到原来的4一7倍。3)受热面壁温的影响:受热面壁温降低时，第二阶段的沉积随之推迟，从而降低沉积率，这是由于通过管子边界层的低熔点的灰粒的凝固程度增高的缘故，一旦粘结性较大的沉积层形成，金属温度的影响就大大降低，最终随沉积物的增长而完全消除。如烟区温度在1093℃下，受热面温度由538℃下降至427℃时，一小时内试验灰沉积率下降一半。NOx是大气污染源之一，NOx不仅危害人体健康,而且还是破坏环境、形成酸雨和光化学烟雾的重要物质。关于降低NOx排放的技术有低NOx燃烧器，分级燃烧技术，再燃技术，SCNR等。在实际的运行中可以将几种技术结合在一起应用来有效降低NOx排放。在实际应用具体的低NOx燃烧技术的基础上，可进一步通过燃烧调整的方法优化燃烧，调控NOx的排放。近年来，已有关于从运行上调整控制NOx的排放的研究。煤粉燃烧过程中NOx的生成有以下3种途径:(1)燃料型NOx，由燃料中的氮化物热分解后氧化产生。(2)快速型NOx，由空气中的N2与燃料中的碳氢离子团(CH等)反应产生。(3)热力型NOx，空气中的N2在高温下氧化而成。NOx一般由NO，N2O和NO2组成，但在煤粉锅炉钟后两项在总的NOx排放量中所占的比例很小。因此，NOx排放量主要由NO来决定，对于煤粉燃烧锅炉，NOx的排放量主要取决于燃料型的NOx的生成量。燃料型NOx生成和破坏过程与燃料中的氮分受热分解后在挥发分和焦炭中的比例有关,随温度和氧分等燃烧条件而变。氮化合物首先转化成能够随挥发分一起从燃料中析出的中间产物如氰(HCN)、氨(NH3)和CN,这部分氮称之为挥发分N,由此生成的NOx占燃料型NO的60%～80%。挥发分N中最主要的化合物是HCN和NH3。前者遇氧后生成NCO,继续氧化则生成NO;如还原则生成NH,最终变成N2;已经形成的NO也可以还原成N2。而残留在焦炭中的含氮化合物称之为焦炭N。留在残炭中的这部分母氮（即焦炭N）可以通过异相反应生成NO。二次风配风方式的影响按照分级燃烧降低NOx排放的原理,在相同负荷、维持总空气量不变的条件下,减少下层燃烧区域的氧量,同时增加上层燃烧区域的氧量可使主燃烧区域成为缺氧气氛,以减少氮元素被氧化为NOx的可能性,即减少燃料型NOx的生成;而上部燃烧区域为富氧气氛,降低了此区域的温度,进一步减少热力型NOx的生成,从而使NOx总的生成量减少.但若上层空气量太大,上部燃烧区域为强富氧气氛,则会增加燃料型NOx的生成量,进而使总NOx排放量增加,因此有一个最佳的配风范围。出口氧量的影响由于在氧化条件下，氧气与挥发分中HCN和NH3反应生成NOx，焦炭氮也可与氧气发生反应生成NOx。周界风的风门开度的影响周界风的作用不仅防止喷口高温变形或烧坏，还可以提供煤粉在燃烧初期需要的空气。当煤粉投入锅炉内时，因与一次风混合，挥发分随着温度的上升而析出，在燃烧初期，与煤粉混合得空气包括了周界风提供的空气。因而当周界风的风门开度增大时，与煤粉混合燃烧得空气量就增大，容易在燃烧初期形成NOx，见图4，NOx浓度随着周界风风门开度的增大而增加。磨煤机组合方式的影响磨煤机的组合方式直接影响到了炉膛内的火焰中心高度，继而影响到煤粉与空气的混合。当选用ABC的组合方式时，主燃区的火焰中心偏低，煤粉在燃烧初期与空气混合后逐渐上升，由于二次风的补给，在主燃区会使过量空气系数逐渐增加，但是在煤粉的燃烧初期获得空气量比其他组合方式下的空气量少，由此降低