试谈添加药剂抑制煤粉锅炉严重结焦与积灰

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1、全国火电厂锅炉安全经济运行技术研讨会资料汇编燃烧系统 试谈添加药剂 抑制煤粉锅炉严重结焦与积灰 徐远浚 ( 西安捷强实用新技术开发研究所) 煤粉锅炉由于热强度大、燃烧温度高，在锅炉设计不合理、或操作不到位、或煤质发生变化等 各种复杂因素的影响下，很易形成严重结焦和积灰，往往因此需要停炉除焦清灰，给生产企业带来 重大的经济损失。 某些电厂为了= 解决这些问题，在经过改造炉型、调整操作、打焦吹灰等一系列措施后，仍然得 不到理想的效果，因此寄希望于添加药剂。作为辅助措施，从某些电厂已经取得的成功经验来看， 添加药剂不失为一种有效的办法。它对于保证煤粉锅炉的正常生产运行、避免频繁停炉打焦清灰， 具有重

2、要的作用。但是，煤粉锅炉添加药剂不是可以任意进行的，有不少厂没有经过药剂考察、试 验和论证，随意拿来一种药剂就往煤粉锅炉里加，结果不仅没有解决问题，反而使结焦和积灰更为 严重。给生产企业带来更大的经济损失，而且会直接影响到锅炉设备的使用寿命。这种随便使用药 剂的做法是不科学的，态度是不严肃的，是不负责任的。到底怎样选用药剂，都经过那些步骤才能 进) 厂方的使用程序，以达到最佳的使用效果。这些都是需要以科学的态度认真对待和探讨的。 笔者根据近几年的工作经验，提出以下意见供大家参考，不足和错误之处，请指正。 1 了解煤质 煤粉锅炉添加药剂，首先要对所用煤的煤质有较全面的了解。就造成煤粉锅炉结焦和积

3、灰的各 种因素来说，煤质因素还是第一位的，而且药剂又是要针对煤质用的。因此，先要得到一份所用煤 质的全分析报告。要做到对煤的发热量、固定碳、可燃挥发份和灰份的含量有一定的了解。尤其对 煤灰成份和灰熔融性要有较确切的了解。 在煤灰成份和灰熔融性中，有很多因素能造成锅炉的严重结焦、积灰和腐蚀： 1 ) 若含有较多碱性成份( 如氧化钠N a ：O 、氧化钾k 2 0 等) 则极易结渣。许多含钠的成份能和 硅酸盐反应，参予煤矿物成份的玻璃化过程，在加热时生成易熔的共晶体，进而产生严重结焦；高 硫煤会使灰熔融温度降低，导致严重结渣。 2 ) 碱金属化台物在高温区中可能发生蒸发，然后冷凝在温度较低的受热面

4、，与硫氧化物相互作 用形成有粘性的焦性硫酸盐和复杂的碱性硫酸铁，覆盖在管子表面上，是形成积灰的初始原因。如 祆+ ，含何较多钠、 甲的碱性物质，便易产生积灰，特别是煤中含硫也较高时，积灰就更为严重，这 己为许多锅炉的运行实践所证实。国外给出了引起严重积灰的煤中碱金属化合物含量的极限值，即 R 2 0 ( N a 2 0 + K 2 0 ) 不应大于O 5 ，否则便易在过热器上严重积灰。 3 ) 高硫煤在导致严重结渣的同时，还因生成钠、钾和铁的硫酸复盐造成对炉管的高温腐蚀和因 全国火电厂锅炉安全经济运行技术研讨会资料汇编 燃烧系统 生成冷凝硫酸造成低温段( 如空气过热器等部位) 腐蚀及粘堵。 -

5、 I ) 煤灰成份中的F e 二0 ，、C a O 、M 芒0 、N a ：O 、K ：O 属碱性组份，S i O 一, 、A 1 2 0 3 、T i 0 2 属酸性组份， 利用上述煤灰成份中的某些比值( 如碱酸比、硅铝比、硅比、铁钙比等) 和灰熔融性等，可作出煤 灰结渣特性的综合判断。 5 ) 煤灰熔融温度范围通常分成易熔、中等熔融、难熔和不熔四种。见下表： 表一各种煤灰软化温度( S T ) 范围 煤灰种类S T 值范围( 。C ) 易熔灰 1 1 6 0 中等熔融灰 1 16 0 一1 3 5 0 难熔灰 13 5 0 15 0 0 不熔灰 l5 ( ) 0 6 ) 根据煤灰是属于长渣

6、煤还是短渣煤也可对结渣的严童程度作出判断，若D T ( 变形温度) 与 F T ( 流动温度) 之间温差小于1 0 0 。C ，属短渣煤，燃烧时会在短时间内出现大面积严重结渣；若D T 与F T 之间温差较大，如大于2 0 0 。0 ，则属长渣煤，不易结渣。 此外，对煤的发热量、固定碳、可燃挥发份和灰份含量之间的互动和辩证关系也要予以关注， 综合考量。以上是对入炉煤质的基本了解。 2当前国内药剂概况 在对煤质有了了解后，还须对我国当前市场上的清灰剂、除焦剂、防焦剂等品种要有一定的了 解，除了要了解其一般效果外，还要了解其成份及作用原理。 当前，我国市面上销售的药剂主要有这几种： 1 ) 氧化型

7、清灰剂主要成份为硝酸钠和硝酸钾，另加一定量的活化剂( 如硝酸铵、碳粉及硫磺 粉) 以及其它附加物( 如硼砂) 。这类清灰剂由于有所谓微爆效应，用于工业锅炉高温受热面沾污取 得较好效果。但并不适于煤粉锅炉。 2 ) 盐型清灰刹主要成份为工业用盐( 即N a C I ，用量达5 0 以上) ，附加少量的碱性物质( 如 纯碱或硼砂) 和少量的催化剂( 氧化铁红) 。主要作用是利用氯化钠与渣中硫酸盐反应生成纯化的硫 酸钠( N a ! s o 。) ，易粉化，进而降低了渣的粘接强度，并且还生成了易挥发成份( C 0 2 ) 。这类药剂适 用于燃烧强度较低的工业锅炉。但不适于煤粉锅炉。 以上两类药剂通称

8、钠型清灰剂。由于含有大量的钠、钾盐，使用这两类药剂，等于是向煤中又 额外加入了碱性成份，促进了煤渣的易熔性，极易造成煤粉锅炉严重结焦和积灰，是完全不适合于 煤粉锅炉使用的。由于这两类药剂生产的厂家多，尤其是后者成品售价低廉，不少电厂图便宜，贸 然采用，使结焦和积灰越来越严重，最后不得不停炉打焦清灰，造成重大的经济损失和设备损耗。 3 ) 铬基除渣清灰剂这是一种含有一定量铬氧化物和其它相关组份的药剂，铬氧化物属高温难 熔物质，配入到药剂后，对提高煤灰熔点是有利的。但这种药剂存在的最大问题是铬盐具有强氧化 作用，对人的皮肤和粘膜都有较强的毒性，陕北某厂曾使用该药剂，而致操作工全身出皮疹的现象。 从

9、保护工人健康的角度出发，这种有较强毒性的药剂须慎重使用，如有不含铬氧化物而同样能提高 灰熔点等性能的药剂，则应使用非铬者。 4 ) 清灰防焦剂这种药剂不含有钠、钾碱性组份，也不含铬基氧化物，主要含有硅、镭、铜盐、 碱土金属盐等高温难熔物质，具有提高煤的灰熔点和促进熔灰形成结晶的作用，所以能产生酥松、 1 5 9 全国火电厂锅炉安全经济运行技术研讨会资料汇编 燃烧系统 多孔、易碎的炉渣。同时，药剂在高温下体积膨胀，并能部分中和烟气中的硫氧化物，因此，具有 使积灰易于清除并抑制高、低温腐蚀及粘堵的作用。 5 ) 液体除焦剂网上有介绍液体除焦剂产品，具体成份尚不清楚，为淡蓝色液体，p H 值为 4

10、0 6 0 ，适用于以煤和油为燃料的各型号锅炉。但未见厂方的使用报告和总结。另，笔者得到一份 日本产品说明书，药剂商品名叫C H E M I C A L ，外观为乳白色透明液体，主要成份为特种胶体、有机 硅、非离子活性成份等，喷入炉膛使用一段时间后可以达到焦渣崩溃、脱落的效果。液体药剂具有 加用方便、除渣澈底、不留死角的特点。 3 药剂的选用 在了解了煤质和药剂后，下一步就该谈如何选择药剂了。加用药剂的目的是为了抑制煤粉锅炉 的严重结焦和积灰。为此，要求所用的药剂应该能适当提高煤灰的熔融温度，促进熔灰形成结晶， 进而能产生酥松、多孔、易碎的炉渣，同时还应具有清灰和抑制粘堵的作用。怎样判断呢?

11、首先，拿到药剂的说明书后，要了解其成份和作用原理。如前所述，碱金属氧化物K 2 0 、N a 2 0 和氯化物K C t 、N a C l 等对灰熔点有明显的影响，在向一般酸性灰渣中每添加1 的( N a 、K ) 2 0 ， 则可使软化温度S T 下降1 7 7 。C ，流动温度F T 下降1 5 6 。C 。当灰中加入6 - 8 的碳酸钠( 纯碱) 时， 灰熔点会严重降低。同时在高温火焰作用下，碱金属升华与烟气中三氧化硫( S O ，) 反应，形成易熔 的硫酸钾K 2 S O 。和硫酸钠N a 2 S 0 4 等，凝聚在受热面上，构成易粘附灰垢的温床。当金属壁温兰( 5 0 0 时，呈熔融

12、状态的K 2 S O 。和N a ! S O 。会侵蚀管壁生成钾、钠和铁的复合硫酸盐( K 2 N a F e S O 。) ，这 就是造成高温过热器及其支吊架发生高温腐蚀的主要原因。所以，药剂中不应含有钠、钾、硼、硫、 氯等- 日g 。巴降k 低煤灰熔点及能造成锅炉腐蚀的化学元素。 其次，拿到药剂样品后，要找省一级的电力试验研究院，要求进行所用煤种添加该药剂的灰熔 点试验。这一步虽然要花一些钱和等一些时闯，但这是必须的。只有这样才能心中有数，否则，会 造成巨大的损失和危害。笔者曾遇到这样一家电厂，对于建议事先进行掺用药剂的灰熔点试验不以 为然，贸然使用含有大量工业盐和纯碱的药剂，结果造成锅炉

13、更严重的结焦，不得不停炉打焦。但 此后还不接受教训，一定要坚持把剩余的药剂用完( 理由是花钱买的，就要用完，否则不好交待。) ， 后来造成屏式过热器以后各换热器严重的灰堵，不得不又停炉清灰，其前后停炉造成的损失可能要 以数百万元计。 所以，事先对加用药剂进行灰熔点试验是必须的，也是一种负责任的表现。 笔者曾用不同类型的药剂，加入到同一煤灰中，进行灰熔点对比试验，其结果如下 表2 不同类型药剂及不同煤种的煤灰熔点试验 添自1 1药剂药剂加用比例软化温度与空r - I 温 煤种 药剂种类外观产地煤灰：药剂 S T 差 窄臼 1 ， 黄陵煤 清扶刹门粉广力； l ( J ：l2 99 3 l 司J

14、： 清灰剂黑灰粉天津 1 0 ：II | 4 67 6 同上 清灰防焦剂灰黄粉西安 1 0 ：1】3 3 3+ 1 l1 同上 清灰防焦剂灰黄粉西安 1 0 ：11 3 5 0+ 1 2 8 同上 清灰防焦剂灰黄粉西安 4 9 ：】2 5 6+ 3 4 同上 空白1 1 5 0横山煤 清灰防焦剂灰黄粉西安 4 9 ：11 2 4 5+ 9 5 同上 上表2 所列广东和天津产之“清灰剂”，均为含有钠、钾盐的产品，而西安产之“清灰防焦剂” 全国火电厂锅炉安全经济运行技术研讨会资料汇编 燃烧系统 为不含钠、钾盐的产品。从试验结果可见，在同样局黄陵煤和同样加用比例( 1 0 ：1 ) 的情况下，加 用

15、含有钠、钾盐的清灰剂，其煤灰软化温度s T 比空白样( 即未加药剂煤样) 降低了9 3 。C 、7 6 。C ， 而加用清灰防焦剂后，其煤灰软化温度S T 则提高了1 1 1 、1 2 8 。C ；就是在加用比例为4 9 ：1 ( 即药 剂仅为煤灰的五十分之一) 时，其S T 也能比空白样提高3 4 。C 。另一组数据是陕北横山煤的试验结 果，在加用比例为4 9 ：1 时，其S T 比空白样提高9 5 。正是经过了后一组试验，横山电厂大胆使 用了清灰防焦剂，而且连续使用药剂六年多，保证了生产的正常进行。可见，这种灰熔点试验，对 现场使用是有指导意义的。 上述灰熔点试验，是静态的试验结果，有时不

16、易做准确。对于大型及超大型锅炉来说，我建议 除了要进行上述灰熔点试验外，还应考虑联系浙江大学热能工程研究所进行沉降炉试验，以取得动 态的、更可靠的试验结果。 除r 对药剂本身的选择外，还有一条需要考虑的是，药剂生产单位能否认真负责、跟踪服务到 底。因为煤质情况复杂，有时药剂配方还要因煤质作适当的调整，这就要求供药单位能够有足够的 技术实力做到这一点。 4 药剂的使用程序和管理 药剂选定后，是不是就可以直接拿来使用了呢? 还不行，还需要有一个试用阶段，然后，在此 基础上再制订出一套适合于本厂的管理办法进行正常的使用。 药剂的试用阶段是很重要的，主要包括这几方面： 1 ) 试用药剂前、后炉内情况的对比：为了考证药剂的效果，试用药剂的前、后，必须选若干具 有代表性而又易于观察的点，进行炉内情况观察和描述，进行前、后的对比。 2 ) 试用药剂前、后锅炉操作参数的对比：试用药剂前存在较严重的结渣时，排烟温度必然较高 或者很高；还有其它参数，可能也有不正常情况，可根据各厂的情况，选择一些项目的参数，进行 加药前、后的考察和对比。 3 ) 试用