夏季低負荷運行時生物質鍋爐尾部受熱面積灰嚴重問題解析

在生物質鍋爐的運行周期中，夏季低負荷工況常被視為 “隱形殺手”。當外界氣溫攀升至 30℃以上，企業為匹配生產節奏或降低能耗，往往將鍋爐負荷調至設計值的 50% 以下，此時尾部受熱面（省煤器、空氣預熱器等）的積灰問題會驟然凸顯。這種看似緩慢積累的灰層，不僅會導致鍋爐熱效率下降 5%-8%，更可能引發管束腐蝕、煙氣阻力激增等連鎖故障，成為制約生物質能源高效利用的關鍵瓶頸。

一、積灰嚴重的底層邏輯

夏季低負荷運行時，尾部受熱面積灰的加劇是 “溫度場失衡 - 流速場紊亂 - 灰分特性異變” 三重作用的結果。

從溫度維度看，低負荷運行使爐膛燃燒強度減弱，煙氣在尾部受熱面區域的溫度較設計值降低 40-60℃（常降至 300℃以下）。這一溫度區間恰好處于生物質灰分的 “黏結窗口”—— 當灰分溫度低于變形溫度（DT）卻高于露點溫度時，灰粒表面會形成黏性液膜，如同給飛灰附上 “膠水”，使其更易吸附在管壁表面。夏季環境溫度高，鍋爐散熱效率下降，進一步延長了煙氣在低溫區的滯留時間，為黏結灰的形成提供了充足條件。

流速場的變化同樣關鍵。設計工況下，尾部煙道煙氣流速約為 12-18m/s，足以將大部分細灰顆粒帶走；而低負荷時流速降至 6-8m/s，遠低于灰粒的臨界攜帶速度（約 10m/s）。加之夏季車間通風加強，可能導致爐膛負壓波動，使煙氣流速忽快忽慢，形成局部渦流區 —— 在省煤器彎頭、空氣預熱器管束間隙等部位，渦流會使灰粒因離心力附著在管壁，形成 “渦流沉積帶”。某生物質熱電廠的實測數據顯示，低負荷時尾部受熱面的灰沉積速率是滿負荷時的 2.3 倍，其中渦流區的積灰厚度可達其他區域的 3 倍。

生物質燃料的灰分特性在此工況下也會發生異變。夏季多雨導致燃料含水率上升（常超過 20%），燃燒時易產生更多未燃盡碳顆粒（焦渣），這類顆粒表面多孔、吸附性強，進入尾部煙道后會成為積灰的 “核心載體”。同時，低負荷燃燒不充分使煙氣中飛灰的粒徑分布向細顆粒（＜10μm）偏移，這類細灰具有更強的擴散性，能繞過氣流阻力直接黏附在管壁，形成難以清除的 “致密灰層”。

二、積灰帶來的連鎖危害

尾部受熱面的積灰絕非簡單的 “傳熱阻礙”，其危害具有隱蔽性和累積性特點。

最直接的影響是熱效率驟降。1mm 厚的灰層（導熱系數約 0.15W/(m?K)）會使傳熱熱阻增加 5-8 倍，導致排煙溫度升高 15-25℃。按一臺 10t/h 生物質鍋爐計算，僅此一項每日多耗燃料 1.2 噸，年額外成本超 10 萬元。某紡織廠的運行記錄顯示，夏季低負荷運行 30 天后，鍋爐熱效率從 86% 降至 79%，蒸汽產量無法滿足染整工序需求。

更嚴重的是積灰引發的腐蝕問題。灰層下方易形成 “缺氧微環境”，生物質灰分中的 KCl、Na?SO?等成分會在潮濕條件下發生水解，產生 HCl、H?SO?等酸性物質，導致管壁發生 “灰下腐蝕”。這種腐蝕速率可達 0.3mm / 年，遠高于正常工況下的 0.05mm / 年，嚴重時 6 個月就需更換管束。

此外，積灰過多會使尾部煙道阻力增加 300-500Pa，迫使引風機超負荷運行，電流上升 10%-15%，不僅耗電量增加，還可能因風壓不足導致爐膛正壓，引發噴火、冒煙等安全隱患。

三、系統性解決策略

破解夏季低負荷積灰難題，需構建 “預防 - 監測 - 清除” 三位一體的治理體系，結合工況特點精準施策。

運行參數優化是基礎。通過調整一二次風配比，在低負荷時保持爐膛出口煙溫不低于 350℃，避開灰分黏結窗口。某企業采用 “分段送風” 技術：將一次風率從設計值的 60% 降至 45%，同時提高二次風風速至 35m/s，增強氣流擾動，使尾部煙溫穩定在 380℃左右，積灰速率降低 40%。此外，控制燃料含水率在 15%-18%，通過烘干設備去除多余水分，減少細灰生成。

清灰方式升級需針對性選擇。對于松散灰，可采用 “脈沖吹灰 + 聲波清灰” 聯合方式：每日早班啟動壓縮空氣脈沖吹灰（壓力 0.6-0.8MPa），重點清理省煤器；中班開啟聲波清灰器（頻率 150-200Hz），清除空氣預熱器的細灰。對于黏結灰，需定期采用 “蒸汽吹灰 + 機械振打”：每周一次用 3.5MPa 飽和蒸汽吹掃，配合振打裝置（振幅 5-8mm）打破灰層結構。某生物質電站的實踐表明，優化清灰周期后，尾部受熱面積灰厚度控制在 0.5mm 以內，排煙溫度穩定在 150℃以下。

設備結構改造提供長效保障。在尾部受熱面加裝 “導流板”，優化煙氣流場，消除渦流區；將省煤器管束間距從 30mm 增至 40mm，降低灰粒碰撞概率。對于新建鍋爐，可選用 “膜式壁省煤器”，其光滑的鰭片結構減少了積灰附著點，清灰效率提升 25%。

在線監測技術是智慧化手段。在尾部受熱面安裝紅外測溫儀和差壓變送器，實時監測排煙溫度與煙道阻力變化。當排煙溫度較基準值升高 10℃或阻力增加 200Pa 時，自動啟動清灰程序。某項目引入 AI 圖像識別技術，通過攝像頭捕捉受熱面灰層厚度，結合大數據分析預測積灰趨勢，使清灰次數從每日 3 次降至 1 次，既保證效果又減少能耗。

夏季低負荷運行時的尾部受熱面積灰問題，本質是鍋爐設計工況與實際運行條件不匹配的產物。只有充分認識灰分特性與工況參數的關聯規律，從燃料預處理、運行調控、設備改造等多維度發力，才能將積灰危害控制在最低限度。這不僅能提升生物質鍋爐的經濟性和安全性，更能為夏季能源保供提供可靠保障，推動生物質能源在 “雙碳” 目標下發揮更大價值。