電站鍋爐沾污結渣的處理方法比較*

劉志平，范海陸，李 辰

(五邑大學分析測試中心，廣東江門529020)

我國是一個以煤為主要能源的國家，煤炭資源豐富，但分布不均、品位高低不等。由于動力用煤盡可能采用低品位的劣質煤是我國的能源政策，從而導致動力鍋爐的受熱面產生了磨損、腐蝕、積灰和結渣等一系列問題。迄今為止，鍋爐受熱面沾污結渣一直是動力鍋爐行業未能妥善解決的國際性難題之一，極大地威脅著鍋爐的安全、經濟運行及設備的可靠性和可用率。特別是近十年來，大多數電廠為了片面追求經濟效益普遍采用劣質煤，甚至選用煤質多變的混煤，使鍋爐受熱面的沾污結渣狀況更為惡化。鍋爐的沾污結渣帶來的危害很大，輕則會增加熱阻從而弱化爐體傳熱效能，導致鍋爐熱效降低、能耗增加和NOx排放量增大等;重則導致鍋爐停爐檢修，甚至會發生爆炸等惡性事故［1－4］。

1 鍋爐沾污結渣的機理

鍋爐受熱面的沾污結渣過程比較復雜，影響受熱面沾污結渣的因素很多，沾污結渣過程既包含有物理化學反應，又是一個動力學過程。動力鍋爐受熱面結渣過程一般包括三個方面:(1)燃煤自身的結渣過程，即煤灰的產生與結塊;(2)煤灰粒子向受熱壁面的輸運過程;(3)煤灰粒子在壁面的粘附、生長、結塊。因而，針對沾污結渣的三個過程，則相應有結渣過程的三種機理。其中燃煤自身的結渣過程主要受煤中易結渣類礦物質如Na、K等成分的影響，即由燃煤本身品質來決定。而煤灰粒子向壁面的輸運機理，按照灰粒的粒徑大小分，主要有如下4種:慣性遷移(＞10μm 顆粒)、熱遷移(＜10μm 顆粒)、凝結和非均相反應(＜1μm顆粒)。初始渣層形成后，其低的熱傳導性導致渣層表面溫度升高，后續輸送到壁面的灰粒就容易形成物理和化學機理粘附而使渣層增厚，從而使得煤灰粒子在受熱面上生長、結塊、結渣［5－6］。

2 電站鍋爐沾污結渣的傳統處理方法

目前，針對電站鍋爐受熱面的沾污結渣情況，通常在鍋爐設計、運行商采用預防、結渣后進行清理措施［7］。

2.1 預防措施

(1)混煤摻燒

對于結渣傾向性較大的煤種，可以通過混煤摻燒來減輕或抑制煤灰的結渣。即通過向具有嚴重結渣傾向性的煤中摻入另一不易結渣的煤，可以大大減輕煤灰的沾污結渣特性。

(2)煤粉爐膛停留時間

煤粉在燃燒過程中，其中含有的Na、K等礦物質將會出現熔融沉積、玻璃態物質與管壁的粘合、沉積物生長等過程，這些過程進展均較為緩慢。因而，煤粉在爐膛停留時間越長，越有利于結渣過程的發展。但減少停留時間容易導致煤灰燃燒不充分，造成能源的浪費。

(3)防結渣劑的應用

防結渣劑的作用是提高燃煤的灰熔點溫度，促進灰熔體結晶，使在高溫下易結渣的玻璃態渣向不易結渣的結晶態轉化。這種方法的局限性是防結渣劑容易被消耗，需要不定期添加。

2.2 沾污結渣的清理

在爐膛發生結渣的情況下，傳統處理措施有三種，但這些措施大多要求停爐，從而影響生產，傳統清渣措施如下:

(1)鋼珠除灰。可有效地清除尾部受熱面疏散的積灰和結實的灰垢，防止受熱面堵灰、腐蝕，并降低引風機電耗，提高鍋爐效率。

(2)水力除渣。其原理是當高溫渣塊遇水時因驟冷而破碎，于是從爐墻或受熱面上掉下來。

(3)吹灰。包括蒸汽吹灰、壓縮空氣吹灰、高壓水力吹灰、水汽聯合吹灰、聲波吹灰、高能燃氣脈沖吹灰等。

以上的一系列預防及清渣措施在規模使用上都具有一定的局限性，存在治標不治本的缺陷，因而需要尋求一種能徹底防沾污結渣，而且操作及維護簡單的措施。

3 新型防沾污結渣方法

不粘涂料是一種涂層表面不易被其它粘性物所粘附或粘著后易被除去的特種涂料。此種涂料由于其所形成涂層的表面能極低、摩擦系數小、易滑動等特點，所以具有不粘性。被廣泛應用于家用電器、烹飪廚具、汽車、機械、化工等行業。不粘涂料近年來世界需求量以每年20%～25%的速度增加［8－12］。

應用于電站鍋爐的納米陶瓷涂層阻垢劑實際上就是一種耐高溫的不粘涂層，其主要成分由石英、非晶硅、氧化氫氧化鋁、硅酸鹽及其他金屬氧化物、硼化物等組成，無毒無害。該納米陶瓷涂層阻垢劑主要噴涂在電站鍋爐輻射段水冷壁表面，通過科學改變水冷壁表面的表面性能達到防沾污結渣目的，從而提高熱傳遞效率，使水冷壁表面加熱更加均勻，減少熱點，從而減少維修和停爐時間。因此，可以說此類納米陶瓷涂層阻垢劑能從根本上解決電站鍋爐的沾污結渣問題。

對比傳統的電站鍋爐沾污結渣的傳統處理方法，使用納米陶瓷涂層阻垢劑能從根本上解決鍋爐沾污結渣問題，從改變材料性能上使得灰渣無法在鍋爐受熱面上停留而達到防沾污結渣的目的。

4 總結及展望

鍋爐受熱面沾污結渣在我國火力發電機組中較為普遍。據統計，有半數以上鍋爐存在著結渣危險性，極大地威脅著鍋爐的安全、經濟運行及機組的可用率，并且隨著機組容量的增大危害更大。

盡管不粘涂料有許多優異的特性，但還存在一些關鍵問題制約其應用，如與基底結合力弱、一般需要高溫固化、抗磨損能力差等。而且，在工業鍋爐受熱面應用的不粘涂料要求能耐700℃左右的高溫、高低溫交變熱震性及煙氣的沖刷不脫落，所以對于此類不粘涂料提出了更高的要求。因此，研制電站鍋爐高溫防沾污結渣涂層具有從根本上減輕甚至消除結渣的最有效、最直接的現實意義，該類型涂層具有廣泛的市場。

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