1、對沖式燃燒鍋爐的結焦綜合講解產生結渣的先決條件是呈熔融狀態顆粒與壁面的碰撞。煤粉爐內的顆粒隨氣流運動，氣流場決定氣流向壁面的沖刷程度，決定灰粒與壁面碰撞的機率。此外較大尺寸的顆粒容易從轉向氣流中分離出來，與壁面碰撞，因此急劇的氣流轉向與粗的煤粉細度是容易導致結渣 的。低的灰粒熔融溫度和高的壁面漏度使灰粒與壁面碰撞之際易呈熔融狀態；粗的灰粒也因分離速度大碰撞壁面前經歷的分離時間短，冷卻不易而呈熔融狀態；不清潔的水冷壁，吸熱能力弱，區域溫度高，對灰粒的冷卻能力弱，使灰粒在碰撞之際易呈熔融狀態。灰的熔融特性溫度是與所處環境氣氛相關的，若氧化性氣氛則熔融溫度高，還原性氣氛則低，因此爐內的過量空氣系數也

2、影響到爐內的結渣。所以結渣并不只單純決定于煤灰特性的，而與許多因素密切相關，并通過灰粒的熔融特性溫度與結焦傾向相連系。 4 l( % a4 f3 k- e2 n# p一、煤粉的結焦傾向特性 煤灰并不是一個單一的物質，其熔融特性是隨著它的組分而異的。煤灰從固態轉變為液態是一個連續的過程，熔融溫度不是一個單值，只能以它處于什么熔融狀態下的幾個溫度值來表明。一種被廣泛接受的方法是以煤灰試樣在受熱升溫過程中，變形到幾個特定形態時的相應溫度來表達，如變形溫度、軟化溫度和熔化溫度(流動溫度)。煤灰的試樣是由用煤灰工業分析方法得到的灰，按規定的制備方法制作成的灰錐。因此，由此得出的結果是集無數灰粒于一體的煤

3、灰熔融憤向的總體特性。這種試驗和表達方法是在早期為研究層燃爐的結焦 問題而建立的，實踐也證明對于燃燒過程處于煤灰集中狀態的層燃過程中的結渣是較充分有效的，但對于燃燒過程是處于各個煤粉或灰粒分離狀態的煤粉爐則并不充分。在層燃爐中，煤灰分之間相互接觸、相互反應的結渣行為決定于(至少在相當程度上)灰分的總體；在煤粉爐中，顆粒間的相互分寓使煤灰的熔融特性或結渣傾向只決定于各單個煤粉顆粒的行為。煤粉在燃燒過程中會產生一定的離析，各個煤粉顆粒的含灰量及其組分并不相同，使各顆粒灰分間的反應只限于顆粒之內，其熔融特性也隨顆粒而異，難以只用一個總體特性來表達，必 須輔之以一些其它的補充指標。又鑒于煤及其灰分的復

4、雜性、以及與燃燒間的復雜關系，迄今人們對于結渣行為與煤灰特性之間的關系還所知甚少，因此這些補充指標還帶有一定的探索性，不同指標標被不同的人們所采用，迄今尚未統一。選擇其使用較廣的介紹如后。 (一)煤灰的熔融特性溫度 煤灰的熔融特性溫度也與煤的其他指標情況類同，即在相當的程度上是人為的。雖然目前在各個不同的國家和地區都是通過實驗，灰錐樣在升溫過程中的形態改變到一定程度時的溫度來表征的，但在測量方法和特征的具體規定中又各有不同。從而說明這些方法都是經驗性的和煤灰熔融特性本身是復雜的。我國的煤灰的熔點溫度標準所規定的測定方法要點是：將煤灰樣制成一定尺寸的正三角錐，在一定的氣體介質中以一定升溫速度加熱

5、，觀察灰錐在受熱過程中的形態變化；測定它的三個熔融特性溫度變形溫度(dt)、軟化溫度(st)和流動溫度(ft)。并定義變形溫度為灰錐頂部開始變化或彎曲時的溫度，軟化溫度是錐體彎曲到端部接觸底板、灰錐變形到呈球形，或高度等于底長的半球形時的溫度。流動溫度是指灰錐熔化呈液體狀，或展開成厚度在15mm以下的薄層或錐體逐漸縮小，然后接近消失時的溫度。方法中所說的灰錐是指用煤灰工業分析方法中燒灼成灰的方法所得到的灰；所說的灰錐是由在上述灰樣中捶加10的可溶性淀粉，經在模型中擠壓成的高20mm，底邊長7mm的正三角錐；一定的氣體介質是指弱還原性氣氛。 加熱爐內的氣氛為還原性或氧化性，決定于進行規定的要求。

6、 研結果所達成的共識是，如果煤灰的顆粒很小，且混合是十分均勻的，則：熔融特性溫度就只與灰渣的組分有關，與灰渣的來源無關。軟化溫度與組成灰的各種氧化物的相平衡圖密切，或者說可以通過相平衡圖得出它的軟化溫度值。但在建立二者關系的計算式上役有什么進展，于結論是在實驗室用化學用品配制成的灰的試驗結果得出的，而存在于實際煤灰分中一些微量元素，對于灰的熔融特性溫度卻具有相當的影響，使用常規灰組分分析方法得出結果來預測這一溫度時，所得的結果并不足夠確切。再加以灰渣的熔融溫度測定，如同前述并不十分復雜，使尋求其間的關系并不十分迫切。其后許多研究工作者了解到煤各組分間在高溫條件下會相互反應并生成多種低熔點溫度化

7、臺物這一現象之后，開始認識到不能單純通過各單項灰組分相圖的方法來預測灰的熔點溫度。以轉向著手建立多種煤灰組分的單項指標，并使它們與在爐內的結渣橫向建立關系。 0 |. x a4 t5 q8 0 h4 j (二)一些與煤灰結渣橫向相關的單項指標 煤灰的組分隨煤種或產地有相當的差別，尤其是在排除si0與al203對比時，對于極大部分煤種來說，si及a1203是煤灰分的最主要組成，且相對的變化并不大，雖然在煤的成煤過程中，以及其后的采集運輸中混入或夾雜進去的砂、石類的外來物料。從處于分離狀態的純so及a1203而言，都具有很高的熔點溫度，在爐內的溫度下不致呈熔融狀。對煤灰熔融特性的影響表現為與其它組

8、成物間的反應。一些單項指標基本上是據此提出的。 1堿酸比(ba) 堿酸比的定義和值可按下式決定，各組分的值來自灰組分分析。ba與結渣傾向間的關系可理解為，如果煤灰組分中，堿酸二類組分中一項含量很高，而另一項很小，亦即ba的值很大，或者很小，那么可生成的低熔點復合鹽量就少，這一煤種的灰熔點溫度就高，結渣的慣向性也小，反之也大。但是由于鉀、鈉在較低的溫度下會升華或分解，鐵的熔點溫度也不高，且實際上多以分離狀態的黃鐵礦形式存在于煤中，因此當這三者在煤灰中有一定含量時，ba值對結渣慣向的預計正確性就受到影響，使ba值成為一種可以預計結渣傾向，而又不是唯此就能作出預計的指標。ba值只決定于煤灰中堿酸二類

9、氧化物的總量比，沒有顧及各種堿性組分的“助熔”方面的差別。所謂助熔是指組成物質降低混合物熔點溫度的能力，諸如在耐火材料中，微量的鐵會使耐火材料的可使用溫度有很大的下降。另一可以說明的問題是：如某種煤灰的鋁和鐵的含量較大，另一種煤灰的硅和鈣的含量較大，二種灰可以具有相同的ba值，但實踐表明了它們的熔融特性卻有很大的差別。但也應該說明，對于大多數的煙煤煤種，鉀、鈉含量均小，因此ba值仍不失為一個很有用的指標。對于ba處于o4-07的煤種，其灰熔點總是低的，結渣性總是強的；而小于此值的則多是弱的結渣性能。 ( r5 $ 0 n) q% g5 j8 ? k( a 2硅鋁比 硅鋁比也是表達煤灰熔融特性的

10、指標之一。硅和鋁的氧化物都屬酸性，也都具有很高的熔點溫度，但由于硅比有與堿性組分的反應性能，因此二種堿酸比相同的灰，硅鋁比高的那一種總具有較低的熔點溫度。硅鋁比的定義為si02a120)。一般煤灰的硅鋁比常在048范圍。硅鋁比對煤灰熔融特性的影響頗為復雜，實驗室的試驗結果表明硅鋁比在17-28范圍時，對熔融溫度的影響不大，但在比值小于17時，煤灰的軟化溫度和流動溫度都迅速增高；比值大于28后，流動溫度迅速下降。不論比值如何變化，對始變形溫度均基本上沒有影響。 4 r# ?% % q 3鐵鈣比 # c* k, g) v) q# a j鐵鈣比定義為fe203cao。實踐結果表明，發生于煤燃燒過程中

11、的許多麻煩，多由灰分中的鐵氧化物所造成。含鐵量高的煤種，具有高的結渣傾向，井與鐵在煤中的存在形式關系密切。分布均勻的煤種所可能導致的麻煩比分布不均勻的為大。這是由于以分離狀態存在于煤灰中的含鐵灰分(黃鐵礦)，較容易在采用中速磨煤機的石于煤排出系統中得到分離，更因常以單質顆粒的形態存在，少有與其它組分反應的機會。鐵鈣比是對前述堿酸比沒有涉及助熔作用的一個補充指標。 4當量fca03和fe的百分含量(fp) ) n5 r4 n9 ) w ! 6 x3 m 這個指標表明了煤灰中鐵的氧化程度。鑒于煤灰分中的鐵，在較強的氧化性氣氛下，主要生成pq03，而在較強的還原性氣氛下，主要以feo或以pe的狀態存

12、在。雖然在煤炭工業分析灰分中都屬于fqo，但h和feo要比fzos具有更強的助熔作用，從而影響到熔 融特性溫度。此它們既是一個與煤灰特性相關，更是一個與爐內燃燒過程相關的指標，顯然其值越小結渣傾向也愈大。在爐內氣氛屬還原性，fq09還原成feo，使fp減小，結渣傾向增大，易產生結渣的原因也與此有關。 7 p c8 i/ c7 a. _* l0 o 5堿金屬總量(na2o+k2o) 如同前述鈉和鉀同屬煤灰分中的堿金屬。鈉和鉀在不高的溫度下會升華，也會與灰中的其它組分反應生成低熔點溫度的化合物。因此，堿金屬在煤灰中的含量會影響到煤灰的熔融溫度。熔融溫度隨堿金屬總量的增大而降低，結渣傾向增大。因堿金

13、屬升華后，凝結下來的細粒黏附性強，積灰傾向也隨之劇增。從而這是一個與結渣及積灰傾向都相關的指標值。 7 9 g# e4 p2 4 i n. p 在以下還可以看到一些類似的指標，它們都不是直接與煤灰的組分有關，而是以幾個特征溫度來建立與爐內結渣程度或橫向性的聯系。實際的情況表明在不同的場合引用這類單項指標，對結渣進行預測的正確程度并不相同，換言之，沒有一個或一組單項指標能對所有場合都作出正確的預測，反之也都有一定的正確機理。可能是迄今人們還對煤灰的特性缺乏認識，對結渣與煤灰特性間的關系還尚欠研究。煤灰分在煤中的存在，在燃燒過程中的變化歷程，形成灰的物理特性等迄今的了解還是電略的，不少結論是推理性

14、的。顆粒在爐內的運動還未能作出確切的描述，或者說即有也是由大量簡化假定后的結論，溫度的情況更是如此。由于爐內的結渣是不均勻的，更缺乏規律性，對于爐內結渣程度只能用低、中、高、嚴重作抽象描述，更難定量分析。 3 s$ m4 g9 b3 i# f2 j 關于煤灰對結渣傾向性的影響，迄今也存在二種不同的認識，無關的和呈正比的。由于結渣本身是一個十分復雜的過程，煤灰分特性只表明它對結渣的傾向。也如同前述，這些指標值都是基于由煤灰工業分析方法得出的，從而仍然是不同煤種煤灰的總體指標。在煤粉爐中，結渣是以單灰粒的形式參加結渣層中去的，灰粒與灰粒會具有不同的組分和特性。因此近期有關結渣、積灰與煤灰特性間關系

15、的討論，已經涉及到灰分在煤粉顆粒間的偏析和灰的選擇性沉積進一步與鍋爐的設計和運行參數相聯系。 二、受熱面的結渣 受熱面的結渣可以產生于水冷壁上，也可以產生于靠近爐膛出口區域的屏式過熱器。水冷壁受熱面的結渣使水冷壁的吸熱能力降低，蒸發量減小，爐膛出口煙溫增大，并導致過熱汽溫、再熱汽溫超過額定值。爐膛出口受熱面的結渣也在降低這些受熱面吸熱量的同時，阻 8 x3 v a+ d- , c r7 o礙煙氣的流動，導致煙通道阻力與各并列管屏間的偏差程度增大和受熱面熱偏值增大。 1基本成因 前面已經提出，受熱面的結渣發生于呈熔融狀態的灰粒與壁面的碰撞，從而被黏附在受熱面上。因此產生結渣的條件首先是二者間的碰

16、撞，其后灰粒呈熔融狀態具有黏附在壁面上的能力。前面也已經提出，構成煤粉或飛灰的各顆粒會具有不同的灰的組分和熔融溫度。爐內具有一定的溫度分布，一般在煤粉爐火焰中心區域的煙溫很高，有相當一部分灰粒呈熔融或半熔融狀態；在靠近爐壁區域則煙溫較低。爐內的煤粉或灰顆粒會隨氣流而運動，或從氣流中分離出來，在這分離的過程中，顆粒的溫度會隨它從高溫區域到達壁面的運動速度、環境溫度條件而改變。如果存在足夠的冷卻條件，那些原屬熔融狀態的顆粒將重新固化，失去黏附能力，失去產生結渣的條件；反之產生結渣的程度即大，這就是受熱面產生結渣的基本成因。它是與煤灰特性、爐內的速度值、溫度值、煤粉或者說灰粒的粒度等密切相關的，以及

17、前面提到煤粉爐內的結渣總不可避免，問題只是程度或是否迅速劇增。 l, b. d& v5 m 9 n 2影響受熱面結渣的基本因素 從上述的結渣基本成固可以看出，影響結渣的基本因素有三個：爐內的空氣動力場，煤粉或灰的粒度和重度，這影響到煙氣和灰粒在爐內的流動。灰粒從煙氣中分離出來與壁面的碰撞，既與煤粉細度，也與煤灰的選擇性沉積相關的。由煤的燃燒特性、鍋爐負荷及 爐內空氣動力場所構成的爐內溫度場以及煤灰的熔融特性，這影響到與壁面撞磋的灰粒是否呈熔融狀態具有黏結的能力，這也與受熱面的熱負荷，受熱面的清潔程度相聯系的。爐內氣流的貼壁沖墻影響到燃燒過程，也促進顆粒與壁面間的碰撞；氣流速度與流向的突變，促進

18、顆粒從氣流中分離出去，增加與壁面的碰撞機會。在相同的流動狀態下，氣流中愈粗、愈重的顆粒，愈容易分離出去，碰撞壁面的機率也多。因此在煤粉爐中都需進行空氣動力場試驗，通過調節各噴嘴出口的風速、風量來保證氣流不致貼壁沖墻；在近壁面區域的速度梯度是小的，也限制煤粉中的粗粒(如ce所推薦的大于297m的顆粒不大于2)。由爐內空氣動力場和煤粉的燃燒特性，決定了煤粉在爐內的釋放熱量分布；由空氣動力場和受熱面的吸熱能力，決定了受熱面的吸熱分布，從而決定了爐內的溫度場。如果由此而造成的溫度場使火焰中心與爐壁之間有一定的距離，近爐壁處是一個溫度較低的區域，那么從高溫區域分離出來的灰粒就具有被冷卻成固體的較大機會，

19、產生結渣的可能性就小。當然這還與分離顆粒能在這一區域經歷的時間，也就是運動速度相關，與煤灰的熔融特性相關，與灰的粒度相關。較大的顆粒其熱容量大，換熱系數也小，不易冷卻固化。鍋爐熱負荷增大，爐內釋放熱量增大，在相同的爐內受熱面條件下爐內總體的溫度水平提高，與此同時，受熱面的凈熱流密度(單位受熱面熱負荷)增大，壁面溫度隨之增加，近壁面區域的溫度，既隨爐內整體的溫度水平也因壁面溫度而增加，對接近灰粒的冷卻能力隨之減弱，容易導致受熱面的結渣。受熱面的清潔程度降低將使壁面溫度增高，其情況也相類似。由此可以看出結渣的影響因素是復雜的，煤灰的熔融特性是主要的，但不是唯一的影響因素。 * l: v0 $ i:

20、 c& k 3鍋爐的設計運行與結渣 在討論了結渣的基本影響因素之后，現就鍋爐設計運行因素進行討論，通過下列因素來控制爐內結渣程度的，也是與煤灰特性相聯系的。 (1)爐膛出口煙溫。爐膛出口煙溫在相當程度上表征著爐內的溫度水平，或灰粒狀態的條件，爐膛出口受熱面的結渣傾向。因此燃用灰熔點低的煤種的鍋爐，其爐膛出口溫度總是設計得偏低的。對于用擺動燃燒器角度調節再熱汽溫的鍋爐、向上擺的最大角度受到爐膛出 口受熱面結渣的限制(向上擺、爐膛出口煙溫增加)。 # t7 r5 x/ q c, s: i4 y, u4 a) r (2)鍋爐負荷。鍋爐負荷通過增大爐內燃料量和受熱面的凈熱流而得到提高，如同前述，前者燃

21、料量表征爐內的整體溫度水平，后者意味著受熱面的外壁溫度。因此鍋爐負荷增加就意味著爐內結渣可能性的增大。如發現鍋爐結渣現象增劇時的主要處理措施之一是降低鍋爐負荷。 (3)燃燒器上部的爐膛高度。從煤粉的燃燒過程來說，需要有一定的爐膛高度來滿足燃燒過程或者說火焰長度的需要。爐內的溫度分布是與這一高度密切相關，溫度只有在燃燒基本結束后，才會較迅速下降，灰粒才有被冷卻固化的可能，如果這一從燃燒器上部(最上排 一次風口)到屏式過熱底部的高度較小，那么屏式過熱器結渣可能性就大了或會引起較嚴重的結渣。在鍋爐設計中這一高度與燃用煤種的燃燒特性及灰的熔融特性相對應的。 $ e y8 q$ r; b - n (4)

22、爐壁熱負荷和燃燒器區域熱負荷。爐壁熱負荷即投入爐內熱量與爐壁投影面積之比，說明水冷壁對投入爐內熱量的吸收能力，亦即爐內的溫度水平，尤其是近爐壁區域的，或者說對接近壁面灰粒的冷卻能力。燃燒器區域熱負荷是表征燃燒器布置的相對集中和分散。燃燒器區域是爐內速度和溫度變化最激烈、梯度最大的區域、燃燒最強烈，區域溫度水平最高，最容易產生結渣的區域。因此燃用結渣慣向性高煤種的鍋爐，燃燒器區域熱負荷值取低限。 (5)燃燒的空氣量及風粉配比。爐內空氣量不足，容易產生一氧化碳，因而使灰熔點降低，會引起爐膛內結渣，特別燃用揮發分大的煤時，更容易出現這種現象。 5 h d* * m s: p (6)火焰偏斜，煤粉氣流

23、貼壁。燃燒器缺陷或爐內空氣動力工況失常都會引起火焰偏斜或煤粉氣流貼壁。火焰偏斜，使最高溫的火焰層移至爐壁處，使水冷壁產生嚴重結渣。 + 8 z b; i3 _ (7)煤粉細度。煤粉中的粗顆粒既容易從氣流中分離出來與壁面相碰，也需要較長的燃盡時間和火焰長度，更因熱容量大，換熱系數小而冷卻固化不易。因此在燃用熔融溫度特性值低的煤種時，更需控制煤粉中的顆粒重量份額(實際控制煤粉均勻度)。 v# 9 v2 r s (8)吹灰操作。煤粉鍋爐的結渣是在所難免的，問題是結渣的程度如何。受熱面一旦產生結渣，表面溫度隨之增高，對接近受熱面的灰粒的冷卻能力減弱，會由此而導致惡性循環(結渣越來越嚴重)。鍋爐是通過吹

24、灰器對受熱面吹掃來維持受熱面清潔，或不致嚴重被沾 % / ?- f. 4 c( a9 污。一旦結渣嚴重，吹灰器的清掃能力就減弱。因此吹灰器的布置和運行必須與燃用煤種的結渣傾向相應，使沉積灰渣能得到及時清掃。 # u: m4 ; c4 v6 o y, j 4結渣層的形態和煤灰特性 , o! s( m! w3 j y0 m 人們對結渣機理的大體認識是：首先在受熱面或其它壁面上形成一層開始的沉積層，其結果是壁面溫度升高，熔融灰粒在接近壁面過程中的冷卻條件變差，當其黏附到壁面上之后，因溫度降落成為固體，或相對堅實的呈塑性狀態的沉積物。隨著這層沉積物的增厚，熱阻的增大，結渣層表面溫度進一步升高，結渣層的

25、塑性逐漸增大，呈現處于流動狀態的渣層。這一處于不同狀態的渣層厚度，從理論上說是可以從受熱面的熱流、灰渣層的導熱系數以及灰撞的熔融特性溫度作出預計的。 一種可供借鑒或參考用的灰渣特性與結渣層的關系是前蘇聯的研究結果。他們認為結渣從前述的初始層向塑性第二層的發展和構成是與沉積層的灰渣組分(不是指煤灰的組分)相關的。對將開始形成這第二層的表面溫度稱之謂“開始結渣溫度”。根據有人對前蘇聯煤種結渣情況的調查研究結果公式表明，可根據灰渣中鉀、鈉、鈣、鐵的重量百分數計算得出。 j：1025十357(18k) ( # f5 k/ g: h& j) r k：(na20十k20)1十0048(cao十fe203)

26、9 公式表明。隨灰渣中鉀、鈉、鈣、鐵含量的增大而下降，亦即結渣的傾向增大。運行資料表明實際結果與這一說法是基本相符。 2 p7 j8 i6 t q0 g8 a三、結渣的防止 ( i: u* i# s+ g: , b5 s% t預防結渣主要從不使爐溫過高，火焰不沖墻和防止灰熔點降低著手。 . p+ t! d i7 h 1加強燃煤的管理與控制 電廠燃煤供應應符合鍋爐設計煤質或接近設計煤質的主要特性。嚴重不符合本廠鍋爐燃燒要求的燃煤，電廠應拒收。有條件的電廠，可摻燒不易結渣的其他煤種。應及時提供人爐煤煤質分析特別是灰熔點數據，供運行人員參考以利于鍋爐燃燒調整。 2加強燃燒調整通過試驗建立合理的燃燒工

27、況，并制定相應的運行規程。確定鍋爐在不同負荷下燃燒時及磨煤機的投運方式，防止燃燒罪區域熱負荷過于集中和單只燃燒器熱功率過大；確定鍋爐不投油穩燃的最低負荷，盡量避免在高負荷時油煤混燒，造成燃燒器區域局部缺氧和熱負荷過高；確定煤粉經濟細度；保證各支燃燒器熱功率盡量相等，且煤粉濃度盡量均勻；免火焰中心過分上移造成屏區結渣，或火焰中心下移導致爐膛底部熱負荷升高和火焰直接沖刷冷灰斗；確定合宜的一、二次風的風率、風速和風煤配比，以及燃料風、輔助風的配比等，使煤粉燃燒良好而不在爐壁附近產生還原性氣氛；避免火焰偏斜直接沖刷爐壁等。 3加強鍋爐運行工況的檢查與分析 $ g2 n% x6 d4 k8 l3 k 運行人雖應經常檢查鍋爐的結渣情況，發現結渣嚴重應及時匯報處理；定期分析鍋爐運行工況，對易結渣的燃煤要重點分析減溫水量的變化和爐膛出口溫度的變化規律，以及過熱界、再熱器管壁溫度變化的情況。鍋爐在額定工況運行時，若發現減溫水量異常增大和過熱器、再熱器管壁超溫，或減溫水已開足，而仍有受熱面管壁超溫時，應適當降低負荷運行并加強吹灰。 4焦渣的清除 % n6 0 c s9 ; y5 c 利用夜間低谷運行，周期性地改變鍋爐負荷是控制大量結渣、掉渣的一種有效手段，但要防止負荷驟然大幅度變化，以免造成大塊渣從上部掉下打壞承壓部件