300MW四角切圓燃燒鍋爐是我國目前的主力火力發電機組，隨著煤質劣化，300MW機組也發生了鍋爐爐內結渣的情況。研究鍋爐爐內結渣原因，制定相應的措施對保證火力發電機組的安全運行具有重要的意義。
從根本上看，結渣是一個復雜的物理化學過程和流體力學過程，至今還沒有能定量描述結渣過程的數學模型。以下針對爐內結渣問題分析了成因及防止措施，綜述了國內部分300MW機組防結渣的改造措施。
2、爐膛結渣的原因及危害
2.1爐膛結渣的主要原因
結渣是指爐膛中灼熱的灰渣與未燃盡的煤粉沖刷到水冷壁、過熱器或衛燃帶上呈液態或半液態粘附其上結成緊密的灰渣層。產生結渣的三個要素為：
1)煤的成分及組成（灰熔點、灰成分和灰黏度等）。
2)爐內溫度水平（爐膛截面熱負荷、爐膛容積熱負荷、燃燒器區域熱負荷等）。
3)氣流帶著熔融或半熔融的灰顆粒沖刷到受熱面上（這與鍋爐爐膛及燃燒器結構、燃燒器布置、爐內空氣動力工況和運行調整等都有關系）。對于四角切圓燃燒鍋爐而言，造成爐膛壁面結渣的主要原因有：
1)燃燒器結構型式不合理，爐內空氣動力場不佳，爐內氣流實際切圓直徑較大或爐內氣流旋轉中心偏離爐膛幾何中心過大，使得含有未燃盡的、熔融的煤粉顆粒的一次風煤粉氣流沖刷爐膛壁面。在矩形爐膛中尤為明顯。
2)爐膛結構和設計參數不合理，爐膛截面熱負荷、燃燒器區域壁面熱負荷過高，使得運行中爐內溫度局部過高，灰粒沖刷爐膛壁面時仍呈熔融狀態。鍋爐容量增加后更明顯。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
3)分級燃燒過程中，爐內空氣動力場組織不合理，導致爐膛壁面附近呈還原性氣氛。由于灰熔點在還原性氣氛下往往要比氧化性氣氛下的低許多，故易造成爐膛壁面結渣。
4)所燃用煤種的煤質特性為易結渣煤質。灰開始軟化溫度低于1350℃的煤，在煤粉鍋爐中幾乎都會嚴重結渣，尤其是大容量鍋爐。但是，由于爐膛壁面結渣與爐內空氣動力場有著密切關系，改進爐膛、燃燒器設計和組織良好的空氣動力場可以有效地減輕爐膛壁面結渣，甚至完全避免結渣。
2.2爐膛結渣的危害
鍋爐結渣對鍋爐運行的危害相當嚴重。爐內一旦發生結渣，如不及時采取有效的防治措施，渣快就會越結越厚，越結越大，破壞爐內的空氣動力場，使燃燒過程惡化。若在燃燒器噴口附近結渣，則會燒壞燃燒器噴口；若爐膛壁面大面積結渣，則爐膛火焰中心溫度和爐膛出口煙溫升高，鍋爐效率降低，引起蒸汽溫度偏高或熱偏差增大，并發高溫腐蝕，使過熱器掛焦，甚至造成過熱器超溫爆管。有時大渣塊從爐膛上部落下來，將冷灰斗冷壁管砸扁、砸斷，甚至將爐膛拉斷，造成惡性重大事故、大塊焦渣卡在出渣口，致使鍋爐無法排渣而造成堆渣事故，被迫停爐。若大渣塊突然掉進濕式裂化水箱中，冷渣水瞬間大量汽化，使爐膛負壓劇烈波動而造成滅火，還可能發生爐膛爆炸和下部排渣裝置的嚴重爆炸事故。另外，爐膛避免結渣造成受熱面吸熱不均，導致水動力工況惡化，引起水冷壁爆管‘列。
3、防結渣改造實例
3.1DG1025/18.2- 1112鍋爐
鍋爐情況：四角切圓燃燒，配固定百葉窗式水平濃淡直流式煤粉燃燒，燃料為貧煤；爐膛四角燃燒器自下而上分15層布置噴口。一次風和三次風噴口均布置有周界風。頂二次風和CC二次風反切150，以利于消除煙氣殘余旋轉，減少爐膛出口兩側煙氣偏差。鍋爐采用鋼球磨煤機、中間儲倉、熱風送粉系統。
存在問題：一直存在著爐渣可燃物含量較高，渣量偏大，爐渣可燃物含量平均在18%以上，并且燃燒器區域存在明顯結焦，這嚴重影響了電廠的經濟運行。改造措施如下：
1)通過對不同配風方式（二次風縮腰配風、倒寶塔配風、均等配風和正寶塔配風）進行對比試驗發現：運行中二次風的配風方式最好采用縮腰配風，該方式渣量小且爐內可燃物含量較低，鍋爐效率最高。
2)對二次風不同的縮腰程度進行試驗發現，投用周界風后，爐內切圓直徑有所減小；近壁面風速明顯變小；水冷壁表面出現較高的氧化氛圍。周界風的投用不僅起到保護燃燒器噴嘴的作用，還對增強一次風剛性，減小一次風切圓直徑，使煤粉集中在爐膛中心燃燒，在水冷壁四周形成較強的氧化氛圍，防止水冷壁結渣等有重要影響。
3)合適的二次風CC開度為30%-40%之間。當爐內風粉氣流受到反切的二次風CC作用后，氣流中煤粉顆粒的旋轉運動速度變慢，容易下沉；減小CC風量，過落渣量明顯減少。但CC開度也不宜太小，太小使該區域缺風，燃燒溫度下降，并影響爐渣及飛灰可燃物含量。
4)減小下層給粉機轉速，在鍋爐負荷不變的條件下，可以抬高火焰中心高度，同時減少爐渣可燃物含量，提高鍋爐效率。
改造結果表明，周界風的投用有利于防止水冷壁的結渣和高溫腐蝕，且鍋爐效率有所提高。
3.2亞臨界自然循環汽包鍋爐
鍋爐情況：設計燃用鐵法煙煤（鐵法煤都有一定的結焦性），采用中速磨直吹系統，切向布置直流式擺動燃燒器。
存在問題：多年運行中，爐內始終存在著一定的結焦問題。
主要改造措施：
1)燃燒器的改造：采用水平濃淡燃燒器及一次風噴口的周界風不等寬布置，較多的風布置在背火側，可以確保燃燒器附近水冷壁處于氧化性氣氛中，同時采用一、二次風不等切圓的布置方式能有效地解決結焦問題。一、二次風不等切圓的布置方式就是將一次風噴口射流向二次風噴口射流相反方向偏轉一定角度，將煤粉氣流向爐膛中部轉移。這樣不僅可以降低水冷壁墻面煤粉濃度和氧量消耗，形成水冷壁附近的氧化性氣氛，還可以適當降低近墻面的熱負荷，這都有利于防止局部結焦，其作用是在爐內形成“風包粉”的總體流動工況，從而減輕燃燒器區域水冷壁結焦。
2)適當增大送風量。在允許條件下增加送風量，一般取過量空氣系數為1.2，但如燃煤灰分因含鐵量高而結焦嚴重時，則過剩空氣系數可取1. 22—1. 25。
3)適當增加一次風剛性。對于燃用高揮發分的煙煤，可選取較高的一次風速，以增加火焰剛性，減小氣流偏斜傾向，避免結焦。可對比其他電廠一次風速情況適當調整。
改造后，燃燒器區水冷壁基本清潔，大塊結焦情況完全消除；改造后在滿負荷運行工況下，NOx排放量最低可達424.1mg／Nm3(折算到a=1.4)，遠低于現行國家環保標準650 IIg／Nm3，取得了明顯的經濟效益和社會效益。
3.3亞臨界壓力控制循環鍋爐
鍋爐情況：設計煤種為神木煤。
存在問題：由于神木煤的灰熔點很低，雖然在設計中已采用了二次風反切圓燃燒等先進技術，但在BMCR負荷下連續運行時，仍出現了爐內嚴重結渣的問題。
主要改造措施：
1)對煙道內原安裝的4個氧量表的CRT值的誤差標定，發現原左右側4個氧量表的CRT值均有嚴重偏差，誤差最大的達104%，導致對燃燒風量的判斷不準確，應及時更換。
2)空預器漏風致使爐內局部區域呈還原性
氣氛燃燒，加劇了爐內結渣強度和范圍。應修改
CRT的總風量顯示模式，充分考慮空預器漏風對風煤比的影響，使CRT顯示風量與實際人爐風量一致，即應同時顯示入爐風量和總風量，并以入爐風量和爐內氧量作為調節燃燒的參數，以總風量作為監測空預器漏風率和風機運行耗能的參數。
3)由于大部分噴口內一次風速偏高，特別是最上排E磨所對應的4個噴口，其一次風速均高于設計值20%，導致最上排噴口噴出的煤粉偏粗，部分未燃盡的粗粉顆粒有可能粘結于爐膛出口的屏及對流管束上。因此一次風速過高，特別是E磨的風速太高，也是300MW機組鍋爐在高負荷時爐內嚴重結渣的重要原因之一。應更換E磨的一次風量測量裝置，并確保將E磨得風量調整到合理值。
4)由于部分二次風門存在開度不足的問題，導致二次風量不足。由于總風量不足，一次風速又偏高，使得二次風量嚴重不足，一二次風配比失當，這是導致BMCR工況下爐內嚴重結渣的主要原因之一。應及時更換或修復一些與CRT顯示有較大偏差的風門。在高負荷時開足二次風門及周界風門，以確保一二次風的合理匹配。
5)各一次風噴口間煤粉細度偏差較大，有些一次風中的煤粉還較粗，這對燃燒效率的提高和防止爐內結渣都是不利的。應進一步調平一次風，并將各磨間煤粉細度及均勻性調節好。
6)通過試驗表明，利用鍋爐負荷變化時爐溫變化可大大減輕和清除爐內結渣，采用高低負荷變化的合理的運行方式是防止爐內嚴重結渣的有效措施之一。利用晝夜間鍋爐負荷的變化，可使爐膛水冷壁及分隔屏上的松渣在低爐溫冷縮時清除掉，從而避免出現爐內嚴重結渣。
7)采用ABDE磨運行方式與采用BCDE磨運行相比，爐膛火焰溫度要低些，這對防止爐內嚴重結渣是有利的。建議在BMCR工況下按ABDE磨方式運行，
8)加強吹灰是防止爐內嚴重結渣的主要手段之一，特別是在BMCR負荷下，更應加強吹灰。建議在BMCR工況下，吹灰次數應比日常運行時增加l一2倍。
改造結果表明，合理準確地控制人爐風量，采用燃煤摻燒技術以及采用高低負荷變化的運行方式是防止爐內嚴重結渣的有效措施。
3.4 DG1025/18.2-II型鍋爐
鍋爐情況：亞臨界壓力參數、一次中間再熱、單汽包、自然循環、單爐膛、平衡通風、尾部雙煙道、固態排渣、煤粉汽包爐。鍋爐設計煤種為晉東南無煙煤和貧煤各半的混煤（由于燃煤的供應關系，后來改燃用澳洲混煤），采用鋼球磨中間儲倉式熱風送粉系統，四角布置直流式煤粉燃燒器，切圓燃燒。每只燃燒器各有8層二次風噴口，4層具有穩燃作用的多功能船體一次風噴口和2層三次風噴口組成。
存在問題：鍋爐運行以來經常結焦，大量掉焦把冷渣斗的排渣孔堵死，爐膛負壓過大，導致鍋爐滅火。
主要改造措施：
1)根據有關文獻及燃燒含硫煤的大量運行經驗表明：隨著含硫量的增加，鍋爐的結渣現象加劇。由于澳洲混煤含硫量大，為0. 61%，灰熔點低，較容易結焦。由于澳洲混煤為嚴重結焦程度類型，可通過按一定比例摻燒越南無煙煤改善燃燒狀況和結焦程度。
2)通過4號爐停爐后實地觀察以及對該爐空氣動力場試驗表明，因上次大修期間未對假想切圓校正而引起假想切圓偏大，進而導致燃燒器周圍以及水冷壁嚴重結渣。應校正切圓的偏離誤差，使切圓符合設計值。
3)因吹灰不及時而導致4號爐嚴重結渣。要求每天對鍋爐受熱面全面吹灰4次，特別是易結焦的部位。
4)4號爐的直流燃燒器噴口鈍體易讓煤粉氣流在燃燒器周圍產生回流，處于熔融或半熔融狀態的粉粒和灰粒就很容易粘附在高溫的衛燃帶上，形成結焦，而且燃燒器周圍壁面上一旦形成了焦，就會惡性循環，結焦會愈來愈嚴重。故應適當增加易結焦部位二次風量，保證燃燒區域受熱面附近處于氧化性氣氛下。
改造1年多來，鍋爐結焦狀況較輕微，沒有再發生過掉焦滅火事故，渣斗堵渣現象也消除了，鍋爐的安全、經濟性水平有了很大的提高。
3.5 DG1025/18.2-116型鍋爐
鍋爐情況：為東方鍋爐廠制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環、固態排渣煤粉爐。該爐采用四角布置直流擺動式煤粉燃燒器，四角氣流軸線在爐內切于2個假想圓，切圓直徑分別為D700mm和D1000mm，按逆時針方向旋轉，其中1、3號角氣流切小圓，2、4號角氣流切大圓。每角燃燒器分為上、下2組，上組與下組之間拉開1. 94m，其目的是改善爐內空氣動力場和降低燃燒器區域壁面熱負荷，防止該區域水冷壁結渣。上組布置2層一次風噴嘴，內裝有船形穩燃器，噴口周圍設有周界風。該爐制粉系統采用冷一次風正壓直吹式，配有MPS - 200型中速磨煤機和密封風機各5臺，鍋爐最大負荷時4臺運行、l臺備用。該爐設計煤種為85%義馬混煤+15%新安煤，屬易結渣煤種。
存在問題：該爐投運以來結渣問題影響機組帶到額定出力；高負荷運行時爐內結大渣，特別是摻燒部分低灰熔點煤種時結渣更甚。由于爐內結渣嚴重，機組不得不降負荷運行，因此爐膛嚴重結渣是困擾機組滿發和安全生產的主要問題之一。
主要改造措施：
1)燃用煤灰熔點低、結渣性較強，配煤缺乏有效手段，煤質難以穩定，因此，對燃用結渣性較強的多礦煤，為改善結渣狀況，研究各礦煤的灰熔特性，確定不同煤種較合理的摻混比至關重要。
2)爐內四壁均結渣且發生在背火側，說明爐內氣流實際切圓較大，易使含粉氣流在高溫部位貼壁結渣。該爐冷態模化試驗表明，隨著爐膛高度增加，燃燒器射流形成的切圓增大，自下數第3層一次風開始出現氣流觸墻現象，越高則越嚴重；在保持總二次風量不變前提下，減小上、下組中間部位二次風的份額可在一定程度上緩解氣流偏轉、減輕爐內結渣趨勢，但調整配風方式不能解決根本問題，其主要問題是設計切圓直徑過大。采取在各一次風噴口背火側內壁分別加裝一塊導流板，以調整偏折角來減小實際切圓大小，這不僅可改善噴燃器出口主射流兩側補氣條件，而且對易結渣煤種，有助于防止或減輕氣流貼壁結渣。
3) -次風噴口內裝有船體穩燃器，降低了一次風射流的剛性，加劇了射流偏轉，使著火提前，提高了燃燒器區域的溫度水平。采取割除一次風噴嘴內船形穩燃器，并縮小噴口截面，以保證一次風出口速度與原設計基本一致。
改造后，在采用與設計煤質相近情況下實現了機組滿負荷時爐內不結渣，確保了機組安全經濟運行；該爐自改造后運行以來尚未發生過爐內掉大渣造成降負荷和停爐問題，產生了巨大的經濟效益和社會效益。
4、爐膛結渣的防止措施
通過對上述機組防結渣的技改措施分析可以總結出，對已投運的鍋爐發現結渣嚴重和改為燃用易結渣燃料時，可從以下措施人手以保證水冷壁附近形成氧化性氛圍和爐膛內形成風包粉的結構，同時保證合理的一二次風剛性以防止結渣：
1)首先要建立良好的爐內空氣動力場，選擇合適的一、二次風速比，合理的切圓直徑和合理的正反切動量比。
2)采用合理的燃燒器布置方式，選擇合理的高寬比、一二次風射流角度，保證氣流剛性；可布置偏置周界風、側二次風，在水冷壁面附近形成氧化性氣氛以防止結渣。一次風燃燒器選用水平濃淡燃燒器，可以提高機組穩燃性能，也可在一定程度上減緩結焦。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
3)加強煤質管理，采取有效配煤措施，在低灰熔點，高含硫量的煤中摻加高灰熔點，低含硫量的煤，改變入爐煤的摻燒比。一般摻燒20%一40%低結渣性煤，改變人爐煤的結渣性能，改善鍋爐運行性能，使結渣得以減輕。
4)認真進行鍋爐燃燒調整及冷態空氣動力場試驗，保持同一層四個角的一次風煤粉噴口的氣流均勻和二次風速相等，保證合理的切圓直徑和足夠的氣流剛性，確保爐內保持良好的空氣動力工況。改變配風方式和磨煤機運行方式以保證鍋爐在良好工況下運行。
5)在易結渣部位加裝吹灰器和打渣孔。
5、結束語
對于煤粉鍋爐的結渣問題，要在理論分析的基礎上，參照有關機組成功改造的經驗，，并結合鍋爐具體參數和運行工況，尋找切實可行的防治結渣措施，指導鍋爐機組的安全經濟運行，減輕鍋爐結渣危害，提高鍋爐效率。
