内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司, 内蒙古，通辽市霍林郭勒市，029200
摘要:余热锅炉的热源是碳素回转窑高温煅烧石油焦后产生的高温烟气,这些高温烟气中含有大量的灰分、硫分, 高温烟气流经锅炉各受热面后,形成结渣、结焦、积灰、腐蚀等现象。本文主要对结焦、积灰形成的原因,以及对余热锅炉运行的影响进行了分析,并提出了具体的处理方法。
关键词: 煅烧;余热锅炉;结焦;积灰;处理方法
1.生产实际问题
实际锅炉运行中因碳素石油焦品质波动，产生烟气成分变化较大，表2为实际运行中高温烟气成分与锅炉设计烟气条件对比，从表中可以看出实际生产过程中烟气中含硫量比设计值高。煅烧石油焦的硫可分为有机硫和无机硫,有机硫分为硫醇、硫醚、硫化物等,这些有机硫随高温烟气进入锅炉受热面,SO2 、SO3 等硫的氧化物与锅炉金属结构接触,长时间后形成酸性腐蚀,在管路表面形成腐蚀小坑,烟气中的灰分在管壁表面蚀坑内聚集,随着时间的推移,在管路表面形成层状结焦物,造成热传导不良,影响锅炉的换热效果,锅炉出力被迫下降。锅炉受热面上的结焦积灰,按不同的区域可分为结渣、结焦、积灰等不同的形式。
2.1结渣
结渣主要出现在炉膛内辐射区的受热面上,如水冷壁、对流过热器等。该区域炉内温度较高,烟气中的灰颗粒大部分处于熔化或软化状态,当碰到受热面后就会被冷却,凝固黏结在壁面上形成结渣,经现场检查,1、2号余热锅炉水冷壁和对流管束处已出现不同程度的结渣现象。
2.2结焦
高温黏结灰多出现在余热锅炉的凝渣管、高温过热器区域。灰分的沉积及其严重程度主要取决于烟气的成分及其含量,因石油焦高温煅烧后烟气中含有较多碱金属的化合物,所以锅炉高温受热面,尤其是凝渣管、高温过热器易出现高温烧结性积灰。灰的成分对结焦特性的影响,可用结焦指数( Rjz)来反映:
Rjz = ( Fe2O3 + CaO + MgO + Na2O + K2O)· Sd/ (SiO2 + TiO2 + Al2O3
式中 Fe2O3 、CaO 等表示该成分在灰中的重量份额,Sd为燃料干燥基硫份。
当 Rjz < 0. 6 时,弱结焦性；
当 Rjz = 0. 6～2. 0 时,一般结焦性；
当 Rjz = 2. 0～2. 6 时,高结焦性；
当 Rjz > 2. 6 时,严重结焦性。
通过结焦指数公式可以得出,烟气中硫分越高,则越容易造成锅炉内部的结焦,从表2 中可以看出,实际烟气中硫成分增加, 这无疑加重了锅炉的结焦和积灰。
2.3积灰
积灰是由于气流扰动使烟气中携带一些灰粒沉积在受热面上形成的物理现象, 受热面的结构特征决定了烟气的流动工况,对积灰也有一定的影响。省煤器、低温过热器均会出现干松的积灰。积灰聚集程度主要取决于烟气流速、飞灰颗粒度和受热面结构等因素。烟气流速较高时,冲刷作用强,管束背风面的积灰就少,当烟气流速较低时积灰增多,甚至在迎风面也有可能产生积灰。霍煤鸿骏铝电公司两台余热锅炉省煤器为鳍片管,积灰积焦较为严重，过热器低温管束为顺列布置光管结构，迎风面积灰较多。现场观察鳍片省煤器管壁有厚度约 3mm～8mm 的沉积物,将其称为积灰.
3.结渣、结焦、积灰对锅炉的影响
3.1结渣
锅炉结渣部位多出现在水冷壁、对流管束等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆炉膛大面积结焦时,会使炉膛吸热量大大减少,出口烟气温度偏高,结渣部位水冷壁吸热量减少,锅炉出力降低，锅炉循环流速下降,水循环遭到破坏,严重时发生循环停滞、爆管等事故,威胁锅炉安全运行，甚至被迫停炉。
3.2结焦
高温粘结灰牢固的粘在过热器管束上,难以清除,不仅使受热面换热效果减弱,造成主汽温偏低,排烟温度上升（排烟温度每升高 10 ℃～15 ℃,锅炉效率降低 1 %）,甚至使受热面产生热偏差,造成受热面爆管,严重威胁锅炉设备的安全稳定运行。根据分析运行记录,锅炉的排烟温度结焦后上升了 10 ℃～25 ℃,主蒸汽温度下降了15 ℃～35 ℃。
3.3积灰
受热面产生积灰后,造成省煤器管束换热能力下降,管束局部受热不均匀产生热偏差,严重时可造成管束爆管。严重时可出现堵灰,增加烟气通流阻力,引风机电耗升高,影响经济运行。霍煤鸿骏铝电公司1 、2号炉没有结焦前后引风机电流升高约30A，厂用电率明显升高。再外,余热锅炉受热面产生积灰结焦后，增加烟道阻力,使碳素回转窑窑内负压不能保证在允许范围之内,煅烧带温度不能有效的保持,限制碳素正常生产。
3.4受热面的硫腐蚀
受热面如果产生结焦,在周围处于还原性气氛和一定温度条件下,会产生较为严重的管壁外腐蚀,腐蚀部位多在热负荷较高、管子壁温较高的区域。其产生的腐蚀有硫酸盐型和硫化物型两种。当管壁表面的结渣中含有较多的硫酸盐时,受热面换热能力下降,管壁温度升高,结渣呈疏松状,而硫酸盐熔化时放出的 SO3 与烟气中的 SO3 向结渣层内扩散,破坏管壁上已有的铁氧化层,使铁进一步氧化成新的氧化物层,从而造成管壁金属的不断腐蚀。硫化物腐蚀指如果管壁周围存在还原性气氛,飞灰中的黄铁硫FeS2黏结到管壁上,受到灼热而分解出自由原子硫和硫化亚铁,而后在还原性气氛下由于缺氧,硫会与管壁金属化合成硫化亚铁,硫化亚铁缓慢氧化后生成 Fe3O4 ,由此造成管壁金属表面腐蚀。
4.预防措施及处理方法
4.1加强受热面吹灰
锅炉运行中要定期进行受热面的吹灰工作,根据实际情况，锅炉进出口压差增加，排烟温度升高，还要及时投入吹灰器运行，保证受热面清洁。做好吹灰器定检，提高吹灰器可靠程度。我公司规定由原来每8小时全面吹灰一次，改为每4小时全面吹灰一次，且每天进行吹灰器定检,取得了比较明显的效果。
4.2减少高硫焦使用
4.2.1原料搭配使用
根据烟气环保参数及时分析石油焦的灰分、硫分含量,联系碳素分场进行高硫分和低硫分原料的搭配使用,做好预防工作。
4. 2. 2启窑点火方式改为天然气，大大降低启动初期烟气中石油焦硫分含量，效果极其显著。
4.3设备改造
因我公司余热锅炉省煤器为鳍片结构，积灰积焦较为严重，2014年经电科院论证后试将1号炉省煤器改为光管式后积灰积焦程度大大降低，1号炉引风机单耗大幅下降，效果非常明显。
4. 4停炉采取高压冲洗
对锅炉受热面积焦较为严重部位，利用停炉机会，进行人工高压水冲洗，效果也非常显著。
5.结语
随着我国环保力度加大，部分碳素企业停产，阳极成品资源紧缺，导致电解铝阳极碳块价格飞速升高。为此,摸索一套适合电解铝阳极炭块生产使用高硫石油焦经验具有重要的意义。对于石油焦煅烧过程中,给余热锅炉造成的影响,主要采取两种方法解决:停炉人工高压水清理的方法,工作原理简单,不需要大量投入,但劳动强度大,且作业环境恶劣；采用可行吹灰方法和石油焦合理搭配，运行调整便利，效果显著，是余热锅炉除焦首选措施。
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作者简介：张微（出生年 1983.02.07.--至今），男,汉族，助理工程师，籍贯：吉林梨树，本科，热能与动力工程。
论文作者:张微
论文发表刊物:《知识－力量》2017年12月下
论文发表时间:2018/4/10
标签：结焦论文; 锅炉论文; 烟气论文; 石油焦论文; 余热论文; 管壁论文; 高温论文; 《知识－力量》2017年12月下论文;