生物質鍋爐尾部煙道粘結性沉積原因分析及對策

韓小容+黃智敏

摘 要：生物質鍋爐尾部煙道粘結性沉積是影響生物質電廠安全生產(chǎn)的重要問題之一。文章是作者根據(jù)工作經(jīng)驗，分析生物質鍋爐尾部煙道粘結性沉積原因，并根據(jù)分析的原因及現(xiàn)場運行情況制定相應的技術措施。

關鍵詞：生物質；粘結性；沉積；對策

某生物質電廠兩臺高溫高壓直燃生物質的循環(huán)流化床鍋爐，在2015年全年，3次因#2機組尾部煙道中的低溫過熱器粘結性沉積，造成燃燒工況惡化而被迫停運。下面本人根據(jù)自己的工作經(jīng)驗及對現(xiàn)場運行工況的了解，分析一下該廠尾部低溫過熱器受熱面沉積的原因及應該采取的技術措施。

1 鍋爐介紹

該廠鍋爐型號為HX220-9.8-IV1，是高溫高壓、單汽包、汽水自然循環(huán)、平衡通風鍋爐，采用循環(huán)流化床燃燒技術。鍋爐主要由一個膜式水冷壁的爐膛、兩臺旋風分離器和一個汽冷包覆的尾部豎井煙道三部分組成。爐膛出口與豎井煙道之間布置兩臺絕熱式旋風分離器相連，尾部煙道由汽冷包墻組成的上煙道，布置三組低溫過熱器；絕熱式的下煙道墻內布置有省煤器、光管臥式安裝的二、一次風空氣預熱器。

設計燃料品種為按樹的皮、枝、葉、根，甘蔗葉、渣，木材邊角料等農(nóng)林廢棄物。設計入爐燃料的配比為50%甘蔗葉（12%水分）+20%樹皮（25%水分）+30%其它（25%水分）。

2 低溫過熱器粘結性沉積分析

按沉積形成的原理上分析，通常可以分兩類：

（1）在高溫燃燒區(qū)域內處于熔融或半熔融的灰顆粒隨煙氣流動接觸到受熱面后形成粘附。

（2）生物質中易揮發(fā)的堿金屬物質，主要是堿金屬氯化物在高溫下進入氣相后，與煙氣、飛灰一起流過演到和受熱面等設備時，凝結吸附而形成的。

結合該生物質廠的實際用料情況（主要燃用樹皮），ST溫度均大于900℃，出現(xiàn)熔融性粘附沉積的概率極低。但是，生物質燃料中堿金屬含量較高，所以容易出現(xiàn)上述第二種沉積。據(jù)停爐后的采樣分析可知，該廠鍋爐爐內沉積物為堿金屬氯化物，可見堿金屬導致的沉積程度較大。其中沉積物主要物質是K的化合物，下面本文對K的一些化合物穩(wěn)定性做一個分析。

2.1 鍋爐運行區(qū)域的劃分

（1）紅色區(qū)域為目前該廠鍋爐運行的溫度區(qū)間。

（2）該廠為提高高水分燃料燃燒的適應性，2015年8月對#2爐爐膛進行了加裝防磨梁的技術改造，床溫已有較大的提高。爐膛上層平均溫度最高點溫度在滿負荷運行時可達850攝氏度左右，爐膛出口溫度（即高過入口煙溫）在730攝氏度左右，所以圖上的A區(qū)域為爐膛運行的溫度區(qū)間。

（3）高過的進口煙溫為爐膛的出口煙溫，即上面所說的730℃附近，高過的出口煙溫約為670℃在這里，于是，圖上B區(qū)間為高過運行區(qū)域。

（4）低過進口煙溫約625℃，出口煙溫約為480℃，于是，圖上C區(qū)域為低過運行區(qū)域。

2.2 粘結性沉積成因分析

在爐膛區(qū)域，主要的物質為氣態(tài)的KCL、（KCL）2與固態(tài)的K2O·SiO2，由于物質形態(tài)單一，故不會出現(xiàn)粘結性沉積。在高溫過熱器以及低溫過熱器上層區(qū)域，隨著溫度的下降，K2SO4與K2O·SiO2均以固態(tài)形式存在，且濃度變化極小，但氣態(tài)KCL的濃度不斷的下降，而固態(tài)KCL的濃度卻不斷的升高，這表明了，在煙氣換熱溫度下降的過程中，在高溫過熱器以及低溫過熱器上層區(qū)域，均會出現(xiàn)氣態(tài)KCL以在過熱器管壁表面上直接相變凝華析出，析出的過程粘附煙氣中的灰顆粒，形成粘結性沉積，并在管子表面沿著氣流方向生長，且外層積灰被煙氣長時間高溫燒結而形成密實的積灰沉積層。另外，隨著煙氣溫度的進一步下降，在低溫過熱器中層及下層區(qū)域處，氣態(tài)KCL、（KCL）2濃度以為0，說明了已經(jīng)完全析出，形成了相對穩(wěn)定的固相，故這些區(qū)域形成的為松散性積灰。

另外，在圖上可以看出，高過溫度區(qū)域KCL凝華析出量遠遠大于低過區(qū)域。但是由于該廠尾部煙道低過、省煤器、空預器等受熱面均是采用臥式布置，管子之間的管距很小。相對立式布置的受熱面（如高溫過熱器、豎井煙道前包墻煙窗）來說，一旦臥式布置的受熱面出現(xiàn)積灰，便極容易發(fā)展成大面積堵塞煙氣通道的堵灰現(xiàn)象。而在高溫過熱器區(qū)域，表面積灰強沉積的表現(xiàn)為管子表面沉積積灰厚度增加，直接的影響是換熱強度降低。

據(jù)上面的分析，該廠鍋爐正常運行中，溫度是影響粘結性沉積的主要原因，且580-750℃為粘結性沉積形成的溫度區(qū)間，沉積的形成量隨著溫度的上升而上升。

3 對策分析

按照前面的分析，盡量降低低過入口溫度是控制低過粘結性沉積的重要的攻堅點，且低過進口煙氣溫度盡量控制在580℃以下或左右。因此建議采用以下措施：

（1）合理摻配燒生物質燃料，避免燃燒后移。通過將高、低水分燃料，高、低熱值燃料，高、低揮發(fā)分燃料按一定的比例進行摻配，以控制入爐的燃料的平均熱值在2000大卡左右，平均水分在35%以下。

（2）降低屏過入口及高過入口蒸汽溫度。采用降參數(shù)運行方式及利用大修機會開展減溫水系統(tǒng)改造，改造成本低，效果明顯。

（3）進行吹灰器改造，將目前的蒸汽吹灰改造成弱爆式吹灰，改善吹灰效果。

（4）其他運行措施。在風帽損壞漏渣的情況下，依然要保證較高的一次風量，以保證正常流化必要的風壓。盡量降低入爐水分，避免燃燒火焰中心后移。保證有氧燃燒，避免燃燒火焰中心后移。盡量控制高灰量低灰熔點的燃料（如甘蔗渣）的一次使用量。

4 結束語

（1）該生物質電廠在鍋爐正常運行時，出現(xiàn)因灰熔融而粘附沉積的概率較低。而主要沉積方式為堿金屬氯化物升華后凝結粘附沉積。

（2）溫度是影響粘結性沉積的主要原因，且580-750℃為粘結性沉積形成的溫度區(qū)間，沉積的形成量隨著溫度的上升而上升。

（3）為了延長鍋爐運行壽命，思路可從縮窄粘結性沉積的區(qū)域的方面著手。盡量降低低過入口溫度是控制低過粘結性沉積的重要的攻堅點。

參考文獻

[1]王振江，周長鮮.農(nóng)作物秸稈等燃料直燃發(fā)電的幾個關鍵問題[J].四川電力技術，2006，29（6）：82-85.

[2]白兆興.生物質鍋爐技術現(xiàn)狀與存在問題[J].工業(yè)鍋爐，2008（2）：29-31.