生物质锅炉结焦、结灰分析及应对措施

郭晓娟，钟少芬

(东莞理工学院化学工程与能源技术学院，广东东莞523000)

　　摘要：随着经济的高速发展，以及人民生活水平的不断提高，我国对电能的需求日益增加。而我国电能生产过程中，以火力发电为主，其发电量在总发电中所占比重为70%以上，而火力发电主要以传统化石能源（如煤炭、石油等）为燃料。其有限性和环境污染等因素，促使我们积极开拓和发展可再生能源。文章主要针对生物质直燃锅炉普遍存在运行过程中出现的受热面、烟道结焦积灰的问题，分析其结焦积灰主要产生的原因，及采取的对策，为国内生物质锅炉的工作者提供参考。

　　秸秆、稻草等生物质类燃料发电在我国是一种全新的火力发电原料，中国近年来已经投产了一批生物质发电厂，生物质锅炉指的是以生物质能源为燃料的锅炉，生物质秸秆燃料中的易挥发性物质在高温条件下容易挥发成气相，与烟气、灰尘在燃烧受热面上会发生一系列复杂的气、固相物理化学反应，最终凝结、沉降、粘附于受热面管壁，生物质锅炉普遍容易出现焦化和灰分现象，影响了锅炉安全稳定的运行，经过几次结焦检修，并进行了灰分检查，了解其燃料的灰分特性，了解了生物质燃料结灰结焦的现象。本文将分析基础生物质燃料锅炉的相关特性，提出处理结焦和结灰的相关对策。

　　1生物质锅炉结焦的原因

　　1.1生物质锅炉配风比

　　在某些情况下生物质团块，在锅炉内分布不规则，燃烧期间形成局部的高温燃烧团块，也成为了锅炉加热的焦点成分，降低通风压力，无法满足其燃烧的锅炉通风量，会降低或提高焦化程度，因此想要避免生物质锅炉结焦，控制空气通入分配的比例非常重要。

　　去除生物质本身会导致团块和生物质锅炉的空气分配比，炉内锅炉加料原料的设计也可能引起焦化。因此，需要逐步满足焦化问题的排除问题，不要盲目地认为问题是颗粒物引起的，生物质锅炉故障也是造成焦化的重要因素。

　　1.2生物质成型燃料本身灰分以及掺杂质后形成的结焦

　　结焦生物质锅炉主要表示燃料燃烧产生的灰，主要是在升高的温度下以液体形式，或者如果灰分由于冷却而在整个加热表面上保持软化，呈软化状态。粘合剂的加热表面结焦形成。

　　影响灰分熔点的主要因素是灰化学成分和周围环境的高温环境，两者相互接触，一旦锅炉燃烧就不能进行调整，产生不完全燃烧的产物，使环境变弱还原，还原由焦化产生的灰熔炉。由于较低的生物质锅炉燃烧了生物质燃料的燃烧点，因此容易附着在炉内，如果水过大，过热器管壁，燃料就会燃烧，燃烧过程中产生的水会使钾（以灰分的形式，主要成分是钾）软化，钾加热时引起焦化。

　　炉面的卧式加热表面温度。在某些情况下，灰尘成分的熔点，炉的温度和分布成为焦化发生的重要因素。经验表明：锅炉烟道多重焦化和过热器表面，液态或气态灰尘颗粒通过加热表面的惯性作用而在位移过程中，由于颗粒的速度，快速灰分受到低冷却效应的影响，灰分颗粒容易熔融粘附，炉渣层迅速积聚。研究表明，温度升高，结焦程度呈指数增长。焦化加热表面积仅涉及热锅炉，炭烟塞和烟气通道的结垢增加了气体速度，形成燃烧气体走廊，增加了加热面的磨损，影响了正常生产。

　　掺杂物质后形成燃料结焦。炉内燃料燃烧后，焦化和堵塞易燃锅炉加热面。

　　由于生物质团块在生产过程中作为原料，不可能保证广泛的处理。因此，更多的杂质(掺杂土，沙），高灰分，高金属含量的碱，在生产过程中是不可避免的掺入燃料中的这些杂质，燃料成分的变化，形状，熔融温度，结焦中的这些杂质的存在由加热面加剧。

　　当燃料颗粒不能控制，掺入燃料中的沙子时，这些杂质在燃料组分的变化，形状，结焦的温度的存在被加热表面加剧。

　　通过以上分析可以知道，因为焦化生物质团块仍然是锅炉对大多数生物质本身的问题，所以需要做生物质压块，原料的控制不同，此时必须先采取措施，生物质团块生产本身就不需要加胶带，但为了避免焦化，可以加适量的添加剂(石英，石膏，膨润土，粉煤灰等)可有效防止生物质灰渣的成渣。石膏和磷酸二钙的抗焦化性能相对较差，优选膨润土特征为防渣，但价格较贵。添加剂通常在加入过程之前传递到压力以促进均匀混合，加入时必须小心，防止不同密度的不均匀聚结。

　　2生物质颗粒结焦原因分析

　　鉴于生物质燃料的数量众多，并且其中存在有大量的杂质(细沙、石块），高灰尘和高碱金属含量，燃烧后残余在炉内，容易焦化和堵塞锅炉加热表面。

　　焦化的主要因素。许多因素影响锅炉的焦化，一般认为是：

　　2.1燃料灰结焦和催化剂的形成

　　影响灰熔点的主要因素是高温周围的灰分化学成分和环境，通过两次相互调整让锅炉燃烧不会产生不完全燃烧产物，使周围环境微弱地降低，导致灰熔炉的焦化减少。

　　在此期间，燃料掺杂的生物质通常再次配制在炉中混合的燃料的情况，这些杂质在燃料组分的变化中的存在，形状，熔化温度，结焦被加热表面加剧。

　　2.2炉面的卧式加热表面温度

　　在某些情况下，灰分的熔点，炉的温度和分布成为焦化发生的重要因素。经验表明：锅炉烟道多重焦化和过热器表面，液态或气态灰尘颗粒通过加热表面的惯性作用而在位移过程中，由于颗粒的速度，快速灰分受到低冷却效应的影响，灰分颗粒容易熔融粘附，炉渣层迅速积聚。温度对炉焦具有非常重要的影响，研究表明，温度升高，结焦程度将呈指数增长。

　　3积灰结焦处理办法

　　3.1常规结焦处理方法

　　通常用于焦化清洗加热表面的早期蒸汽清扫机，但从实际的角度来看，不符合除焦要求。在停止后，用高压水冲洗。主要是由于生物质燃料的钾含量较高，其存在降低了灰分的熔点，并且在钾燃烧时形成了具有低熔点的元素硅化合物，导致灰分的较低软化温度，基于从灰变形温度获得的实验数据为约800摄氏度，过热器锅炉的炉温主要在该范围内，高温，软化污垢容易附着在管的加热面外壁上，很难使用蒸汽吹灰器加工结焦沉积块。根据过去的经验，在清洗时一般使用锅炉清扫，使用蒸汽完成十五天，控制主蒸汽温度设定，不使用过热水，维持在常温约5100摄氏度，用水冲洗后必须关机一个月，或增加蒸汽温度(540摄氏度）的主要变化，锅炉效率降低，排气温度升高5至10摄氏度，另外清理过程当中会出现以下问题：

　　(1)炉膛中间区域，存在一些长期积累的杂质，容易在使用过程当中产生大量灰尘，引发局部磨损。（2)清扫周期长，灰分加热面积过大，造成结垢硬化烧结，增加烟灰发泡难度。（3)如果压力太高或长期使用，蒸汽烟灰会加速金属壁的磨损，还会导致烟灰的吹制效果大幅度降低。（4)锅炉内烟气会增加空气湿度，预热器空气在低温下形成冷凝，造成严重的空气预热管腐蚀。（5)机械部件故障率高，维护成本高。

　　3.2新型清除结焦的方法探讨

　　目前，采用脱焦方式抑制结焦锅炉结垢处理的气体和粘结取得了显著成效。

　　除焦抑制剂是高熔点，含有燃料添加剂的氧化剂，可以从飞灰沉积物的问题中减少部分燃烧气体。当将炉子喷洒到人身上时，将蒸汽炉离开灰分混合并粘合到这些半熔融产物的灰分上，改变灰分的熔点，在结焦内部开裂和焦化破坏，通过管的表面形成金属薄膜有助于减少酸露点的腐蚀。

　　具体操作方法如下：锅炉在运行过程中每天运行，每次抑制剂从烤箱两侧加入，加入抑制剂30分钟后，起始吹气中的脉冲烟灰。除了使用脉冲气体和结焦抑制剂挡板吹灰器的过程外，主蒸汽温度可以保持2个月，正常，同时结垢加热表面焦化现象得到抑制，常规废气温度蒸汽烟炱可以减少3-5益。

　　4结束语

　　由于大型生物质燃料锅炉所需求的生物质燃料水分大、杂质多和品质差等问题，想要在短期内得到改善，必须针对锅炉的焦化现象做出处理，避免其出现堵塞、损坏等故障。为了提高锅炉的运行时间，确保正常生产，使用抑制剂和脱焦模式组合气体吹灰机，可以有效解决锅炉污垢和结焦、结灰的问题，值得大多数生物质工厂开发和学习。

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