[科普中国]-锅炉灰渣

概述

矿物燃料在锅炉中燃烧后的不可燃固态残余物统称为锅炉灰渣。在锅炉容量一定的情况下，燃烧后灰渣的生成量决定于燃料中灰分的高低。由于我国重油(燃料油)的灰分含量不大于0．3%，轻柴油和重柴油的灰分含量分别低于0.02%和0.08%，与锅炉燃煤的灰分含量(Ag一般为5%一45%)相比微不足道，因此燃油锅炉中灰渣的生成量要远远少于燃煤锅炉。1

锅炉灰渣的形态和特性锅炉灰渣是指燃煤中的矿物质在炉内燃烧而造成的高温作用下，经受了一定的物理化学变化后所形成的最终产物。由于灰渣在锅炉中会引起炉内玷污、结渣、腐蚀以及受热面磨损等问题，影响锅炉的正常运行，必须有效、及时地进行灰渣的清除。灰渣中的一部分由层燃炉炉排后面的渣斗、煤粉炉炉膛下部的冷灰斗或液态排渣炉底部的出渣口和渣井排出，称为排渣。炉渣需要采用锅炉排渣装置输送至渣场(或灰渣池)，称为出渣。高温炉渣的及时输送处理是锅炉安全运行的必要环节。在燃烧过程中，部分灰渣形成熔化或半熔化的颗粒，这些熔融灰粒在凝固之前由烟气携带碰撞在炉墙、水冷壁或者高温段过热器上，并粘附于其表面，经冷却凝固而形成焦块，这种现象称为结渣(或熔融性结渣、结焦)。结渣而形成的焦块形态主要是粘稠或熔融的沉淀物，并主要出现在锅炉辐射受热面上，降低炉内受热面的传热能力。结渣过程通常与烟气所携带的熔融或粘性灰粒的物理迁移有关。当烟气冷却时，被高温火焰蒸发的物质将发生冷凝，使这些物质积聚在辐射受热面形成熔渣。1

部分灰渣保持固体状态，并以飞灰的形式随着烟气经过过热器、省煤器和空气预热器等受热面。这些飞灰颗粒由大小不同的分散相组成，在经过高温火焰区域时可被熔化成球形，或局部熔化成钝角形，或完全不发生熔化而保持原有的不规则尖角形，在随烟气流经各受热面时引起磨损。显然，不同形状的灰粒所引起的磨损严重程度也不相同。1

此外，部分粒径较大的飞灰颗粒会沉积在烟道中或受热面管子表面上，形成积灰(或称低温积灰)，降低受热面传热能力并可能引起堵塞。低温积灰是锅炉受热面玷污的一种，主要出现在温度可能低于烟气中酸露点的管壁表面上(如省煤器和空气预热器受热面)，由酸液与飞灰凝聚而成，因此低温积灰与冷却表面上发生的酸或水蒸气的凝结有关。由于低温积灰而沉积在省煤器和空气预热器受热面上的积灰可由三类物质构成：第一类物质为由于酸腐蚀而产生的反应产物，其数量取决于产生酸腐蚀的量、反应温度以及受热面金属的类型；第二类物质为随烟气碰撞受热面管子并沉积下来的大部分飞灰；第三类物质为酸与飞灰中的铁、钠、钙等元素发生反应而形成的盐类。
锅炉受热面玷污的另一种类型称为高温粘结性积灰(或称高温积灰)。锅炉燃烧过程中所产生的部分灰渣在高温下挥发成气态，然后在水冷壁、过热器、再热器管子表面上发生凝结，并与飞灰相结合一起沉积在管子表面上。由于高温积灰的形成温度处于灰粒的变形温度下的某一范围内，故这种积灰多发生在屏式过热器、对流过热器、再热器等对流受热面上，积灰的程度与煤种有很大的关系，同时也受到炉膛水冷壁工况的影响。在过热器和再热器部位发生的积灰，一般由内外两层组成。内层呈液相形态，在受热面管子和烧结飞灰外层之间起着一种粘结剂的作用，并在一定条件下形成块状沉积物。高温积灰可能会堵塞烟气通道，降低受热面传热能力，而且有时难以用常规的除灰装置加以清除。未以积灰形式滞留于锅炉烟道内和受热面上的飞灰与由燃烧气体带出锅炉的一部分未燃烬的碳粒以及燃烧气体一起构成锅炉的烟气。通常将这部分飞灰和未燃烬的碳粒统称为烟尘。1

锅炉灰渣处理灰渣的处理是锅炉实际运行中需要认真考虑的问题。填埋处理是当今电厂灰处理系统运用最多的处理方法。随着环保法规的日益严格，处理灰渣的费用不断增加。降低灰渣处理成本，对于循环流化床锅炉同样具有重要的意义。由于循环流化床独特的燃烧方式，使得循环流化床锅炉排放的灰渣具有更大的综合利用潜力。
由于流化床锅炉的燃烧温度较低，煤灰在燃烧过程中不会熔化，飞灰不呈球形，因此较煤粉炉灰具有更高的活性。当流化床锅炉采用石灰石来控制S02的排放时，固体残余物除了灰渣本身外，还常常包含有大量不溶于水的氧化钙和硫酸钙等。因此，采用石灰石脱硫的循环流化床的灰渣排放量比不带烟气脱硫装置的煤粉炉高出50%。100%左右。 对于灰渣的处理，了解灰渣物理化学特性是重要的。实际的循环流化床锅炉脱硫灰渣中氧化钙和硫酸钙的数量变化很大，主要取决于石灰石的利用程度与硫酸盐化程度。决定灰渣物理化学特性的因素除了煤、石灰石的物理化学特性外，还取决于锅炉的设计与运行参数。2

应当注意的是，灰渣的化学成分并不能完全描述灰渣的特性，相同的化学成分的固体灰渣，其结构特性可能大不相同，如要对灰渣性能作进一步了解，还应对其渗透特性和物理结构特性等物理化学特性进行分析。2