郭曉娟，鐘少芬

(東莞理工學院化學工程與能源技術學院，廣東東莞523000)

　　摘要：隨著經濟的高速發展，以及人民生活水平的不斷提高，我國對電能的需求日益增加。而我國電能生產過程中，以火力發電為主，其發電量在總發電中所占比重為70%以上，而火力發電主要以傳統化石能源（如煤炭、石油等）為燃料。其有限性和環境污染等因素，促使我們積極開拓和發展可再生能源。文章主要針對生物質直燃鍋爐普遍存在運行過程中出現的受熱面、煙道結焦積灰的問題，分析其結焦積灰主要產生的原因，及采取的對策，為國內生物質鍋爐的工作者提供參考。

　　秸稈、稻草等生物質類燃料發電在我國是一種全新的火力發電原料，中國近年來已經投產了一批生物質發電廠，生物質鍋爐指的是以生物質能源為燃料的鍋爐，生物質秸稈燃料中的易揮發性物質在高溫條件下容易揮發成氣相，與煙氣、灰塵在燃燒受熱面上會發生一系列復雜的氣、固相物理化學反應，最終凝結、沉降、粘附于受熱面管壁，生物質鍋爐普遍容易出現焦化和灰分現象，影響了鍋爐安全穩定的運行，經過幾次結焦檢修，并進行了灰分檢查，了解其燃料的灰分特性，了解了生物質燃料結灰結焦的現象。本文將分析基礎生物質燃料鍋爐的相關特性，提出處理結焦和結灰的相關對策。

　　1生物質鍋爐結焦的原因

　　1.1生物質鍋爐配風比

　　在某些情況下生物質團塊，在鍋爐內分布不規則，燃燒期間形成局部的高溫燃燒團塊，也成為了鍋爐加熱的焦點成分，降低通風壓力，無法滿足其燃燒的鍋爐通風量，會降低或提高焦化程度，因此想要避免生物質鍋爐結焦，控制空氣通入分配的比例非常重要。

　　去除生物質本身會導致團塊和生物質鍋爐的空氣分配比，爐內鍋爐加料原料的設計也可能引起焦化。因此，需要逐步滿足焦化問題的排除問題，不要盲目地認為問題是顆粒物引起的，生物質鍋爐故障也是造成焦化的重要因素。

　　1.2生物質成型燃料本身灰分以及摻雜質后形成的結焦

　　結焦生物質鍋爐主要表示燃料燃燒產生的灰，主要是在升高的溫度下以液體形式，或者如果灰分由于冷卻而在整個加熱表面上保持軟化，呈軟化狀態。粘合劑的加熱表面結焦形成。

　　影響灰分熔點的主要因素是灰化學成分和周圍環境的高溫環境，兩者相互接觸，一旦鍋爐燃燒就不能進行調整，產生不完全燃燒的產物，使環境變弱還原，還原由焦化產生的灰熔爐。由于較低的生物質鍋爐燃燒了生物質燃料的燃燒點，因此容易附著在爐內，如果水過大，過熱器管壁，燃料就會燃燒，燃燒過程中產生的水會使鉀（以灰分的形式，主要成分是鉀）軟化，鉀加熱時引起焦化。

　　爐面的臥式加熱表面溫度。在某些情況下，灰塵成分的熔點，爐的溫度和分布成為焦化發生的重要因素。經驗表明：鍋爐煙道多重焦化和過熱器表面，液態或氣態灰塵顆粒通過加熱表面的慣性作用而在位移過程中，由于顆粒的速度，快速灰分受到低冷卻效應的影響，灰分顆粒容易熔融粘附，爐渣層迅速積聚。研究表明，溫度升高，結焦程度呈指數增長。焦化加熱表面積僅涉及熱鍋爐，炭煙塞和煙氣通道的結垢增加了氣體速度，形成燃燒氣體走廊，增加了加熱面的磨損，影響了正常生產。

　　摻雜物質后形成燃料結焦。爐內燃料燃燒后，焦化和堵塞易燃鍋爐加熱面。

　　由于生物質團塊在生產過程中作為原料，不可能保證廣泛的處理。因此，更多的雜質(摻雜土，沙），高灰分，高金屬含量的堿，在生產過程中是不可避免的摻入燃料中的這些雜質，燃料成分的變化，形狀，熔融溫度，結焦中的這些雜質的存在由加熱面加劇。

　　當燃料顆粒不能控制，摻入燃料中的沙子時，這些雜質在燃料組分的變化，形狀，結焦的溫度的存在被加熱表面加劇。

　　通過以上分析可以知道，因為焦化生物質團塊仍然是鍋爐對大多數生物質本身的問題，所以需要做生物質壓塊，原料的控制不同，此時必須先采取措施，生物質團塊生產本身就不需要加膠帶，但為了避免焦化，可以加適量的添加劑(石英，石膏，膨潤土，粉煤灰等)可有效防止生物質灰渣的成渣。石膏和磷酸二鈣的抗焦化性能相對較差，優選膨潤土特征為防渣，但價格較貴。添加劑通常在加入過程之前傳遞到壓力以促進均勻混合，加入時必須小心，防止不同密度的不均勻聚結。

　　2生物質顆粒結焦原因分析

　　鑒于生物質燃料的數量眾多，并且其中存在有大量的雜質(細沙、石塊），高灰塵和高堿金屬含量，燃燒后殘余在爐內，容易焦化和堵塞鍋爐加熱表面。

　　焦化的主要因素。許多因素影響鍋爐的焦化，一般認為是：

　　2.1燃料灰結焦和催化劑的形成

　　影響灰熔點的主要因素是高溫周圍的灰分化學成分和環境，通過兩次相互調整讓鍋爐燃燒不會產生不完全燃燒產物，使周圍環境微弱地降低，導致灰熔爐的焦化減少。

　　在此期間，燃料摻雜的生物質通常再次配制在爐中混合的燃料的情況，這些雜質在燃料組分的變化中的存在，形狀，熔化溫度，結焦被加熱表面加劇。

　　2.2爐面的臥式加熱表面溫度

　　在某些情況下，灰分的熔點，爐的溫度和分布成為焦化發生的重要因素。經驗表明：鍋爐煙道多重焦化和過熱器表面，液態或氣態灰塵顆粒通過加熱表面的慣性作用而在位移過程中，由于顆粒的速度，快速灰分受到低冷卻效應的影響，灰分顆粒容易熔融粘附，爐渣層迅速積聚。溫度對爐焦具有非常重要的影響，研究表明，溫度升高，結焦程度將呈指數增長。

　　3積灰結焦處理辦法

　　3.1常規結焦處理方法

　　通常用于焦化清洗加熱表面的早期蒸汽清掃機，但從實際的角度來看，不符合除焦要求。在停止后，用高壓水沖洗。主要是由于生物質燃料的鉀含量較高，其存在降低了灰分的熔點，并且在鉀燃燒時形成了具有低熔點的元素硅化合物，導致灰分的較低軟化溫度，基于從灰變形溫度獲得的實驗數據為約800攝氏度，過熱器鍋爐的爐溫主要在該范圍內，高溫，軟化污垢容易附著在管的加熱面外壁上，很難使用蒸汽吹灰器加工結焦沉積塊。根據過去的經驗，在清洗時一般使用鍋爐清掃，使用蒸汽完成十五天，控制主蒸汽溫度設定，不使用過熱水，維持在常溫約5100攝氏度，用水沖洗后必須關機一個月，或增加蒸汽溫度(540攝氏度）的主要變化，鍋爐效率降低，排氣溫度升高5至10攝氏度，另外清理過程當中會出現以下問題：

　　(1)爐膛中間區域，存在一些長期積累的雜質，容易在使用過程當中產生大量灰塵，引發局部磨損。（2)清掃周期長，灰分加熱面積過大，造成結垢硬化燒結，增加煙灰發泡難度。（3)如果壓力太高或長期使用，蒸汽煙灰會加速金屬壁的磨損，還會導致煙灰的吹制效果大幅度降低。（4)鍋爐內煙氣會增加空氣濕度，預熱器空氣在低溫下形成冷凝，造成嚴重的空氣預熱管腐蝕。（5)機械部件故障率高，維護成本高。

　　3.2新型清除結焦的方法探討

　　目前，采用脫焦方式抑制結焦鍋爐結垢處理的氣體和粘結取得了顯著成效。

　　除焦抑制劑是高熔點，含有燃料添加劑的氧化劑，可以從飛灰沉積物的問題中減少部分燃燒氣體。當將爐子噴灑到人身上時，將蒸汽爐離開灰分混合并粘合到這些半熔融產物的灰分上，改變灰分的熔點，在結焦內部開裂和焦化破壞，通過管的表面形成金屬薄膜有助于減少酸露點的腐蝕。

　　具體操作方法如下：鍋爐在運行過程中每天運行，每次抑制劑從烤箱兩側加入，加入抑制劑30分鐘后，起始吹氣中的脈沖煙灰。除了使用脈沖氣體和結焦抑制劑擋板吹灰器的過程外，主蒸汽溫度可以保持2個月，正常，同時結垢加熱表面焦化現象得到抑制，常規廢氣溫度蒸汽煙炱可以減少3-5益。

　　4結束語

　　由于大型生物質燃料鍋爐所需求的生物質燃料水分大、雜質多和品質差等問題，想要在短期內得到改善，必須針對鍋爐的焦化現象做出處理，避免其出現堵塞、損壞等故障。為了提高鍋爐的運行時間，確保正常生產，使用抑制劑和脫焦模式組合氣體吹灰機，可以有效解決鍋爐污垢和結焦、結灰的問題，值得大多數生物質工廠開發和學習。

　　參考文獻：

　　[1]吳文革.生物質鍋爐結焦、結灰分析及應對措施[J].中國化工裝備，2015(1)：41-44，

　　[2]司麗麗.生物質鍋爐結焦、結灰分析及應對措施[J].城市建設理論研究（電子版），2016，6(8)4293-4294.

　　[3]司麗麗.生物質鍋爐結焦、結灰分析及應對措施[J].城市建設理論研究（電子版），2016(5).

　　[4]楊華.正壓濃相氣力輸灰系統在生物質鍋爐輸灰中的應用[J].熱力發電，2010，39(2)59-61，64.

　　[5]劉慶，顧小樓.淺談生物質鍋爐結焦的原因及處理方法[J].世界家苑，2012(2)347.

　　[6]張宏亮，趙瑩，程桂石，等.生物質鍋爐中堿金屬氯化物遷移規律及對爐內結焦的影響[J].中國特種設備安全，2015(12)57-61.

　　[7]殷炳毅.生物質混煤的灰熔融特性研究[D].山東大學，2008.