沉積對燃燒設(shè)備的危害主要表現(xiàn)在三個方面。
第一，在生物質(zhì)成型顆粒燃料燃燒過程中，受熱面上形成沉積帶來的最直接的危害是鍋爐的熱效率下降。在受熱面上沉積的導(dǎo)熱系數(shù)一般只有金屬管壁導(dǎo)熱系數(shù)的1/1000～1/400;當(dāng)受熱面上積灰1mm厚時，導(dǎo)熱系數(shù)降低為原來的1/50左右，所以鍋爐受熱面上的灰沉積將嚴(yán)重影響受熱面內(nèi)的熱量傳導(dǎo)及熱效率。沉積厚度對傳熱系數(shù)的影響，傳熱系數(shù)隨著沉積厚度的增大而降低。當(dāng)沉積厚度從0 mm增加到0.56 mm時，受熱面的傳熱系數(shù)就下降了51%，而當(dāng)受熱面積有3 mm疏松灰或10 mm熔融渣時，可造成爐膛傳熱下降40%。可見，沉積的傳熱性能很差。當(dāng)水冷壁面積灰（或結(jié)渣）的狀態(tài)變化時，由于灰渣的導(dǎo)熱系數(shù)很小，即使灰渣層變化不大，傳熱系數(shù)的變化也相當(dāng)大，秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料如下圖所示：
受熱面上的沉積不但降低了受熱面的換熱能力，而且影響到排煙溫度。隨著沉積厚度的增加，排煙溫度呈上升趨勢。當(dāng)沉積厚度由0 mm上升到0.56 mm時，排煙溫度從480℃上升到580℃。通常積灰沉積對能耗及出力的影響是惡性循環(huán)，首先，在燃料放熱量不變的情況下，受熱面上形成的沉積導(dǎo)致受熱面的吸熱量減少，排煙溫度升高；其次，受熱面上形成的沉積使受熱面的吸熱量下降，降低了鍋爐出力，為了達(dá)到鍋爐需要的負(fù)荷必須增加燃料量，這將造成排煙溫度的進(jìn)一步升高。
排煙溫度的上升，意味著排煙造成的熱損失增加，鍋爐出力的降低。通常電廠為了維持正常的蒸汽溫度，保證鍋爐在滿負(fù)荷下運(yùn)行，只好增加燃料投放，因此會增加單位發(fā)電量的燃料消耗。隨著燃料量的增加，爐膛出口溫度進(jìn)一步升高，使得飛灰更易黏結(jié)在屏式過熱器和高溫過熱器上，加速這些部位沉積的形成，形成惡性循環(huán)。
第二，長期的沉積將對受熱面造成嚴(yán)重的腐蝕。眾所周知，煤的含氯量過高會引起鍋爐受熱面的腐蝕；在燃用生物質(zhì)的鍋爐中也發(fā)現(xiàn)了受熱面嚴(yán)重腐蝕的問題，如當(dāng)混合燃燒含氯高的生物質(zhì)燃料為稻草時，當(dāng)壁溫高于400℃時，將使受熱面發(fā)生高溫沉積腐蝕，同時酸性煙氣也極易造成過熱器端低溫酸腐蝕。
由于生物質(zhì)尤其是秸稈類生物質(zhì)含有較多的氯元素，在燃燒過程中，原料中的氯在高溫下將被釋放到煙氣中。研究發(fā)現(xiàn)，煙氣中的含氯成分主要有Cl2、HC1、KC1和NaCl等，其中HC1占優(yōu)勢，但在高溫和缺少水分時還存在一定量的Cl2，在還原性氣氛下HC1的熱分解也會產(chǎn)生Cl2。釋放出來的氯與煙氣中的其他成分反應(yīng)生成氯化物，凝結(jié)在飛灰顆粒上，當(dāng)遇到溫度較低的受熱面時，就與飛灰一起沉積在受熱面上，沉積中的氯化物就與受熱面上的金屬或金屬氧化物反應(yīng)，把鐵元素置換出來形成鹽等不穩(wěn)定化合物，使受熱面失去保護(hù)作用，從而逐漸腐蝕受熱面。還有一部分酸性煙氣在過熱器側(cè)遇水蒸氣冷凝后形成酸性液體，附著在過熱器表面，對其形成腐蝕。
下表是對玉米秸稈成型顆粒燃料燃燒灰渣與其在受熱面上的沉積成分的分析結(jié)果。
| 種類 | 成分含量/% | ||||||
| SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | Cl | |
| 沉積 | 0.11 | 5.39 | 0.80 | 2.97 | 0.89 | 5.33 | 12.23 |
| 灰渣 | 84.16 | 0.19 | 4.49 | 5.67 | 0.48 | 0.15 | 0.78 |
第三，沉積的形成也會對鍋爐的操作帶來一定影響。隨著鍋爐的運(yùn)行，受熱面上的沉積物日益增厚，當(dāng)重力、氣流粘性剪切力以及飛灰顆粒對壁面上沉積的撞擊力等破壞沉積形成的共同作用力超過了沉積與壁面的黏結(jié)力時，沉積渣塊就從受熱面上脫落，形成塌灰。鍋爐塌灰嚴(yán)重影響鍋爐正常燃燒、誘發(fā)運(yùn)行事故、導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至造成人員傷亡。
當(dāng)水冷壁表面上有大渣塊形成時，在渣塊自重和爐內(nèi)壓力波動或氣流擾動的作用下，大渣塊會突然掉落。脫落的渣塊有可能損壞設(shè)備，引起水冷壁振動，引發(fā)更多的落渣。而且渣塊形成時的溫度很高，渣塊的熱容較大，短時間內(nèi)大量熾熱渣塊落人爐底冷灰斗，蒸發(fā)大量的水蒸氣，會導(dǎo)致爐內(nèi)壓力的大幅度波動。壓力波動超過一定限制時，會引發(fā)燃燒保護(hù)系統(tǒng)誤動，切斷燃料投放，導(dǎo)致鍋爐滅火或停爐。
2、降低沉積的方法措施
目前，降低沉積的有效方法主要有以下幾種。
1)摻混添加劑以減少沉積物形成
通過添加劑降低秸稈燃燒過程中受熱面上的沉積物，就是將添加劑與秸稈混燒，生成高熔點(diǎn)的堿金屬化合物，使堿金屬固定在底灰中，從而降低受熱面上的沉積腐蝕。經(jīng)常采用的添加劑有煤、石灰石等。
秸稈成型顆粒燃料與煤混燒是解決單獨(dú)燃用生物質(zhì)燃料時在受熱面上形成沉積腐蝕問題最簡便、最有效的方法之一（張軍等，2005）。其原理是煤中的氯、鉀元素含量低，通過含氯、鉀量較低的煤與含氯、鉀量較高的秸稈燃料混燒，降低了氯、鉀元素在形成沉積中的作用，從而降低了秸稈燃燒過程中在受熱面上形成的沉積物。
許多國家都開展了秸稈與煤在現(xiàn)存鍋爐中混燒技術(shù)的研究。在美國，秸稈與煤混燒技術(shù)已經(jīng)在旋風(fēng)爐、壁爐、煤粉爐等多種鍋爐中得到了試驗(yàn)，結(jié)果表明：混合燃燒在一定程度上可以降低受熱面上的沉積物，有利于秸稈直接燃燒技術(shù)的推廣。華電國際十里泉發(fā)電廠將秸稈與煤以不同比例混燒發(fā)電，秸稈最大摻混比例達(dá)到18%，燃燒過程中，鍋爐受熱面上并未有沉積物的出現(xiàn)。作者對鄭州某學(xué)校食堂的1.4 MW鏈條爐及某飯店的2.8 MW鏈條爐上使用秸稈成型顆粒燃料與煤混燒的情況進(jìn)行了對比試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在秸稈與煤以不同比例混燒的1.4 MW鏈條爐中，水冷壁表面上沒有出現(xiàn)沉積物；而在完全燃燒秸稈成型顆粒燃料的2.8 MW鏈條爐中水冷壁表面上出現(xiàn)了閃著白光的沉枳物。可見，煤與秸稈成型顆粒燃料混燒有助于降低受熱面上的沉積物，但是混燒的確切比例還需要根據(jù)實(shí)際通過試驗(yàn)來進(jìn)一步確定。
添加堿性添加劑混燒。我們知道，秸稈燃燒過程中，煙氣中的氯化鉀、氯化鈉沉積在受熱面上是導(dǎo)致受熱面腐蝕的重要原因。將石灰石、高嶺土、硅藻土、氫氧化鋁等堿性添加劑與秸稈混合燃燒，通過添加劑的吸附作用除去秸稈中的堿金屬和氯，降低它們在受熱面上的沉積量，從而減輕沉積對受熱面的腐蝕。經(jīng)過在鼓泡床的床料中添加含鋁添加劑（高嶺土、礬土、粉煤灰）和石灰石燃燒生物質(zhì)鍋爐的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)秸稈中的鉀與添加劑中的鋁和硅形成了堿金屬鋁硅酸鹽，氯則與石灰石中的鈣結(jié)合成氯化鈣，進(jìn)入飛灰中(Coda et al．，2001)。作者研究發(fā)現(xiàn)，高嶺土、燃煤飛灰、硅藻土可與氯化鉀氣體發(fā)生反應(yīng)，將氯以HC1氣體的形式釋放，從而減少沉積物中水溶性氯的質(zhì)量比例，降低換熱金屬面的腐蝕速度（馬孝琴等，2006）。其中，燃煤飛灰和高嶺土不但可有效地降低沉積物中水溶性氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而且還可以使沉積物變得疏松，便于吹灰裝置將其吹掉，可有效地解決沉積物帶來的受熱面的換熱和腐蝕問題。
研究發(fā)現(xiàn)，利用石灰石等添加劑降低受熱面上的沉積物和腐蝕仍存在較多的問題，如燃煤飛灰只能綁定秸稈中的一部分鉀成分，這使得應(yīng)用燃煤飛灰做添加劑時，用量要比采用其他添加劑時大得多，從而大大增加了灰的產(chǎn)出量；高齡土可以緩解過熱器表面的腐蝕，但發(fā)現(xiàn)仍有堅(jiān)硬的渣塊黏附在爐擘上。另外，對高氯含量的生物質(zhì)，要將煙氣中的氯化鉀濃度降到足夠低，必須添加較多的添加劑，導(dǎo)致運(yùn)行成本增加。因此，利用添加劑解決秸稈燃燒過程中受熱面上沉積問題還需要結(jié)合燃燒工況進(jìn)行試驗(yàn)并優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，以期綜合解決由堿金屬引起的各種問題。
2)機(jī)械降低沉積物的形成
解決秸稈燃燒過程中受熱面上的沉積腐蝕問題還可以通過在管壁上噴涂及吹灰等機(jī)械方式。
噴涂法是通過在受熱面的表面上噴涂耐腐蝕材料、提高管壁的抗腐蝕能力從而降低沉積物對受熱面腐蝕的一種方法。試驗(yàn)采用熱噴射方法在受熱面上噴涂一層由NiCrMoSiB合金組成的涂層，取得了較好效果。國內(nèi)也采用對碳鋼管滲鋁的方法來降低沉積物對受熱面的腐蝕度。采用噴涂方法增強(qiáng)受熱面的抗腐蝕性是一種很有前景的方法，尋找合適的涂層材料是該技術(shù)的關(guān)鍵。
吹灰法是燃煤鍋爐上降低水冷壁表面上沉積物的一種最通用的方法。通過吹灰可以防止飛灰顆粒積累，保持受熱面清潔，使煙氣分布、受熱面吸熱能力及蒸汽溫度維持在設(shè)計(jì)水平。通常，吹灰后，水冷壁的吸熱量增加8%～10%，高溫對流受熱面的吸熱量增加6%～7%，低溫對流受熱面及省煤器的吸熱量增加2%～4%。
吹灰介質(zhì)一般采用蒸汽，但對于硬焦，用蒸汽往往吹不掉，如果采用水力吹灰就很有效。但是水力吹灰必須設(shè)計(jì)好噴嘴的尺寸、角度、水壓力、水流量、噴槍移動速度以及吹灰頻率，以免對水冷壁和過熱器造成熱沖擊。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，聯(lián)合使用水、汽吹灰，效果更佳，即用水吹灰后再用蒸汽吹灰。但是無論是空氣吹灰還是蒸汽吹灰都存在一定的問題：一方面要消耗大量的能量，如蒸汽吹灰，所耗蒸汽量占蒸汽總產(chǎn)量的1%，加之蒸汽的熱損失及其節(jié)流損失和排煙損失的增加，吹灰器的運(yùn)行要消耗鍋爐效率的0.7%左右；另一方面，不適當(dāng)?shù)念l繁吹灰也會因腐蝕和熱應(yīng)力對受熱面造成損壞，縮短受熱面的金屬壽命，同時也增加了吹灰裝置的維護(hù)費(fèi)用。
尤為重要的是，秸稈燃燒過程中在鍋爐受熱面上形成的沉積物與燃煤鍋爐內(nèi)的沉積物不同，秸稈燃燒過程中在受熱面上形成的沉積物具有光滑的表面和很小的孔隙度，是由堿土金屬鉀和鈉以氧化物、氫氧化物、金屬有機(jī)化合物的形式與二氧化硅一起形成的低溫共熔物，其黏度和強(qiáng)都比較高，具有玻璃的化學(xué)特性。因此比燃煤產(chǎn)生的沉積物更難去除，吹灰裝置的效果及其改進(jìn)措施還需要進(jìn)一步探索。
刮板法去除受熱面上的沉積物就是通過刮板在受熱面表面上進(jìn)行上下運(yùn)動使得受熱面上的沉積物脫離受熱面，從而達(dá)到去除沉積物的目的。刮板法是去除沉積物的一種行之有效的方法，可以根據(jù)受熱面上沉積的形成情況設(shè)置刮板的運(yùn)動頻率。
3)通過操作方式的變化降低受熱面上沉積物
通過操作方式的改變降低受熱面上的沉積物就是通過對鍋爐運(yùn)行中的參數(shù)的調(diào)整、改變鍋爐布置及燃料燃燒方式等方法降低受熱面上的沉積物。
風(fēng)速對受熱面上沉積物的形成具有重要的影響。當(dāng)風(fēng)速超過一定速度時，大部分飛灰來不及撞擊受熱面而隨煙氣排出，減少了飛灰顆粒與壁面的接觸概率；與此同時，初始黏在受熱面上的顆粒在較大風(fēng)速的作用下也會重新回到煙氣中，從而降低了受熱面上的沉積物，因此，增大風(fēng)速應(yīng)該是降低水冷壁表面上沉積物的一種方法。但是較大的風(fēng)速提高了排煙熱損失，降低了鍋爐效率，同時過大的風(fēng)速可能吹滅鍋爐。目前，對鍋爐供風(fēng)速度的調(diào)整一般是根據(jù)鍋爐和燃料的類型而進(jìn)行的。
較高的爐膛溫度是影響沉積物形成的主要原因之一。較高的爐膛溫度使得煙氣中堿金屬、氯化物含量較高的飛灰顆粒處于熔融狀態(tài)，當(dāng)遇到溫度較低的受熱面時就凝結(jié)在受熱面上，形成沉積物。通過鍋爐串聯(lián)降低受熱面上的沉積就是根據(jù)使用目的及燃料特點(diǎn)將兩臺鍋爐串聯(lián)起來，降低燃燒秸稈鍋爐的爐膛溫度，減少高溫下熔融的飛灰顆粒，從而降低受熱面上的沉積物。
鍋爐串聯(lián)可分為三種：第一種是將兩臺燃燒秸稈的熱水鍋爐進(jìn)行串聯(lián)。串聯(lián)的方法是把第一臺鍋爐排出的煙氣通入另一臺鍋爐，然后利用煙氣的余熱產(chǎn)生熱水，從而有效地降低了煙氣溫度，使煙氣中的飛灰顆粒處于固相狀態(tài)，這種處理方式實(shí)際上就是煙氣的余熱利用。江蘇鹽城的一個浴池就是通過此種方式解決秸稈燃燒過程中受熱面上的沉積問題的。第二種是燃秸稈的熱水鍋爐與燃煤蒸汽鍋爐的串聯(lián)。燃秸稈鍋爐生產(chǎn)熱水、爐膛溫度較低，產(chǎn)生的熱水通入燃煤蒸汽鍋爐，燃煤蒸汽鍋爐爐膛溫度較高，將蒸汽繼續(xù)加熱到一定的溫度和壓力。通過熱水鍋爐與蒸汽鍋爐的串聯(lián)，降低了秸稈燃燒爐的溫度，從而減少了秸稈燃燒過程中在受熱面上形成的沉積物。第三種是將燃秸稈鍋爐與燃木材鍋爐進(jìn)行串聯(lián)。原理是秸稈中堿金屬及氯的含量較高，燃燒過程中易在鍋爐受熱面上形成沉積物，而木材中堿金屬及氯的含量較低，燃燒時不易在受熱面上形成沉積物，將燃秸稈的鍋爐產(chǎn)生的低溫蒸汽通人燃木材的鍋爐中進(jìn)一步加熱到所要求的溫度和壓力，通過這種方式，既降低了燃秸稈鍋爐的爐膛溫度，減少了受熱面上的沉積物，又利用了秸稈等生物質(zhì)能源。丹麥的EV3廠就是通過這種方式降低受熱面上的沉積量及腐蝕率的，其工藝流程是將燃秸稈的鍋爐產(chǎn)生的470℃的蒸汽通人到燃木材的鍋爐中，使溫度提高到所需要的溫度(542℃)，此時，燃秸稈鍋爐的爐膛溫度維持在灰熔溫度以下，降低了堿金屬和氯的析出量，從而降低了飛灰在受熱面上沉積率及氯對鍋爐受熱面的腐蝕率。
可見，根據(jù)燃料的特點(diǎn)將不同的鍋爐串聯(lián)起來，既解決了秸稈燃燒在鍋爐受熱面上產(chǎn)生的沉積腐蝕問題，又解決了化石燃料燃燒帶來環(huán)境和資源問題，是秸稈熱利用中比較有前途的一種發(fā)展方式。
低溫?zé)峤庖彩墙档驮阱仩t受熱面上形成沉積物的一種非常有效的方法。其過程是首先將秸稈在低溫下進(jìn)行熱解，然后將產(chǎn)生的熱解氣體通人一個獨(dú)立的燃燒器里進(jìn)行燃燒。由于熱解溫度低，還沒有達(dá)到灰熔點(diǎn)，就已經(jīng)析出揮發(fā)分并開始燃燒，在熱解過程中堿金屬、氯仍然保留在焦炭內(nèi)，產(chǎn)生的熱解氣體中含有較少的氯、堿金屬及飛灰顆粒，因此減少了受熱面上的沉積物，從而降低了腐蝕率。必須指出，秸稈低溫?zé)峤獾拇_可以減少沉積物，但是低溫?zé)峤庖苍黾恿私褂臀龀隽浚赡軙鸸艿蓝氯そY(jié)煙塵的產(chǎn)生等問題。
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