积灰和结渣是在烟气侧发生的两种互不相同但又有联系的现象。

结渣是指由高温烟气夹带的熔化或部分熔化的乳性颗粒碰撞在炉墙或受热面上，黏结形成灰渣层。

积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上沉积，可分为高温积灰和低温积灰两种。积灰使传热量减少，烟气流动阻力增大，严重时锅炉出力被迫降低；积灰还会引起受热面金属腐蚀。因此，将管束积灰减少到最低量，经常保持受热面清洁，是锅炉设计、运行的重要任务。

（一）炉膛的积灰和结渣

1.炉膛积灰、结渣主要产生原因与特点

通常炉膛水冷壁的积灰和结渣大致可有四种类型：

（1）机械沉积。由于水冷壁表面粗糙和各种引力的作用，使细粒飞灰堆积而形成疏松的灰污层，机械沉积物易于用吹灰器清除。

（2）黏结沉积物。由于灰中碱金属氧化物在高温烟气中升华，遇冷凝结在水冷壁上，或由于灰层中灰粒相互产生化学作用而生成低熔点化合物形成黏性沉积物，由于其黏结强度不大，能部分被吹灰清除。

（3）烧结性积灰。高温升华后凝结在水冷壁上的碱金属氧化物与烟气中的三氧化硫、氧化铝、氧化铁等发生化合反应，形成各种硫酸盐。或者是煤燃烧时释放出来的钠和钾与烟气中的三氧化硫反应生成气态的硫酸钠和硫酸钾，扩散及凝结在温度较低的管壁上。上述积灰被长时间高温烧结形成密实的积灰层，具有较高的机械强度，较难清除。

（4）熔渣层。积灰层表面温度较高且粗糙，熔化灰粒极易在上面黏结，而不像碰撞在温度较低的水冷壁管时凝固下落。黏结灰层由于得不到冷却，表面是熔化状态，更易不断黏结灰粒，使灰渣层变厚，流度更高，直至表面熔化成液态渣流走，达到平衡为止。

在锅炉运行中以上四种类型的积灰和结渣过程是交叉进行的，但并不一定四种类型同时存在，主要与煤种、炉内气氛及燃烧工况有关。将结在水冷壁上的灰渣切片可以看到最里一层是极薄的细灰，紧接着是一层黏结得很紧密并带有熔化现象的灰白色渣层，最外层才是较疏松的灰渣。

2.炉膛水冷壁积灰、结渣对锅炉运行的影响

我国动力用煤的质量偏差，含灰量与含硫量都较高。一般电站锅炉燃用煤种又多变，所以经常会发生炉内水冷壁积灰或结渣现象。水冷壁积灰或结渣严重时，直接影响锅炉的安全与经济运行。

（1）积灰和结渣会降低水冷壁的传热能力。灰渣的导热系数极低，一般仅为0.017～0.035W/（m·℃），约为钢的1/2000。即使很薄的灰渣层也具有很大的热阻，使水冷壁的吸热能力大为降低，锅炉出力受到影响。同时使得火焰中心后移，炉膛出口烟温升高。若不及时清除灰渣，为满足出力而增加投煤量，将使炉内温度水平提高，使得水冷壁更易结渣及炉膛出口烟温更进一步升高，形成恶性循环。

（2）由于炉膛出口烟温升高，易使飞灰黏结在屏式和对流过热器上造成积灰和结渣，有可能使过热器传热温差增加，出口汽温偏高，引起过热器管壁超温。

（3）水冷壁积灰和结渣会加剧过热器和再热器的吸热不均匀。水冷壁结渣的不规则将导致炉内温度场偏差增加，致使烟道内温度场不均，使过热器和再热器吸热不均匀加剧，有可能使管壁超温引起爆管事故。

（4）形成高温腐蚀。积灰后的水冷壁管受到灰渣和烟气复杂的化学反应，发生高温腐蚀，使管壁减薄。高温腐蚀速度可达每年8～2.6mm。如燃用高硫煤，腐蚀区受火焰直接冲刷时，有时可达每年5mm以上，高温腐蚀将引起水冷壁爆管事故。

（5）影响锅炉的经济性。水冷壁积灰、结渣后，各段受热面烟温相应提高，使排烟热损失增加。有统计资料表明水冷壁积灰造成排烟温度升高，会使锅炉效率降低1%～2.5%。

由此可见，炉内水冷壁积灰结渣是影响锅炉安全与经济运行所不容忽视的问题。

（二）过热器和再热器的积灰和结渣

1.过热器和再热器的积灰、结渣原因

高温过热器与再热器布置在烟温高于700～800℃的烟道内，管子的外表面积灰由内层、外层两部分组成。内层灰密实，与管子黏结牢固，不容易清除；外层灰松散，容易清除。

低熔点灰在炉膛内高温烟气区已成为气态，随烟气流向烟道。由于高温过热器和再热器区域的烟温较高，低熔点灰若不接触温度较低的受热面则不会凝固，若接触到温度较低的受热面就会凝固在受热面上，形成黏性灰层。灰层形成后，表面温度随灰层厚度的增加而增加。此后，一些中、高熔点灰粒也被黏附在黏性灰层中。这种积灰在高温烟气中三氧化硫气体的长期作用下，形成白色的硫酸盐密实灰层，这个过程称为烧结。随着灰层厚度的增加，其外表面温度继续升高。低熔点灰的黏结结束。但是中熔灰和高熔灰在密实灰层表面还进行着动态沉积，形成松散而且多孔的外灰层。

内灰层的坚实程度称为烧结强度。烧结强度越大的灰层越难清除。烧结强度与温度、灰中Na2O、K2O的含量及烧结时间等因素有关。炉内过量空气系数、燃烧方式和炉膛结渣程度等都会影响进入对流烟道的烟气温度，从而影响灰层的烧结强度。烧结强度随着时间的增长而增大，时间越长，灰层越结实，所以，积灰必须及时清除。(www.daowen.com)

此外，对于灰分中氧化钙（CaO）含量大于40%的燃煤，开始沉积在管子外表的是松散灰层，但当烟气中存在三氧化硫气体时，在高温（烟气温度大于600～700℃）长期作用下，也会烧结成坚实的灰层。图611所示为管子表面积灰烧结状况的一个例子。

图611　管子表面积灰烧结

2.过热器与再热器积灰和结渣的特点及影响

布置在炉膛上部和水平烟道中的屏式和对流式过热器或再热器受热面上的积灰通常属高温烧结性积灰。正常运行时该处烟温为700～1100℃，已低于灰的开始变形温度（DT），不会产生熔渣黏结。但是，在此温度下，燃烧过程中升华的钠、钾等碱金属氧化物尚呈气态，遇到温度稍低的过热器或再热器即凝结在管壁上，形成白色薄灰层。冷凝在管壁上的碱金属氧化物与烟气中的三氧化硫反应生成硫酸盐，然后与飞灰中的氧化铁、氧化铝等反应生成复合硫酸盐。复合硫酸盐在500～800℃范围内呈熔融状，会黏结飞灰并继续形成黏结物，使灰层迅速增厚。当燃料中硫及碱金属含量较高时易在高温过热器或再热器发生较严重积灰，该熔融灰渣层会被高温烧结，形成有较高机械强度的密实积灰层。烟温越高，烧结时间越长，灰渣的强度越高，越难清除，因此，及时对过热器和再热器进行吹灰相当重要。

过热器与再热器积灰层中含有熔点较低的硫酸盐，将产生熔融硫酸盐型高温腐蚀。由于高温过热器和再热器的管壁温度高，高温腐蚀速度快，容易引起爆管，这也是过热器爆管事故比例较高的原因之一。

过热器或再热器积灰结渣后，管排间阻力增加，烟气流速减小。而在未积灰或沾污较少处烟气流速增大，传热增强。再加上被沾污管的传热能力下降，造成管排间的吸热不均匀，从而产生较大热偏差，引起过热器出口处管壁超温。

过热器或再热器积灰后吸热能力下降，会造成出口汽温下降和出口烟气温度上升，导致锅炉排烟温度上升，从而使机组的热经济性降低。

（三）尾部受热面积灰

当携带飞灰颗粒的烟气流过锅炉尾部受热面时，其中一部分飞灰将沉积在受热面上，形成积灰。由于灰的传热系数很小，一旦积灰，将增大受热面传热热阻，使传热恶化，造成排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉热效率降低。此外，积灰还会增加烟道阻力，增大风机的电耗，降低锅炉出力，严重时会堵塞烟气通道，被迫停机清灰。

1.积灰产生原因与机理

锅炉尾部受热面的积灰可分为松散性积灰和低温黏结性积灰两种类型。在烟气温度低于600～700℃的尾部烟道中，由于烟气中碱金属氧化物的蒸汽已经凝结，因此不会发生高温烧结性积灰。除了在空气预热器区域可能发生低温黏结性积灰外，其余大多为松散性积灰。

烟气中的飞灰颗粒一般都小于200μm，大多数为10～30μm。当携带飞灰的烟气横向冲刷受热面管子时，在管子的背风面会产生旋涡区，小于30μm的细小颗粒易被卷入旋涡区，依靠分子引力或静电引力吸附在背风面的管壁上。飞灰的颗粒越小，其分子引力或静电引力相对越大，越容易吸附在管子的表面上。但实际上，极微小的灰粒会随着烟气的流线运动，在管子表面的积灰很少；中等粒径的灰粒由于惯性作用，直接接触管子，是积灰的主体；而较大的灰粒则不易沉积，相反，大灰粒的撞击作用反而会减轻积灰。实践也证明，受热面上的积灰主要是10～30μm的灰粒群。因此，开始时受热面的积灰很快，随后逐渐减慢，当灰粒的沉积与被大颗粒冲刷掉的灰量相平衡时，积灰就不再增加，即受热面的积灰过程是一动态平衡过程。

2.影响积灰的因素

（1）烟气流速。松散积灰的程度与烟气流速有很大关系，如图612所示。烟气流速越高，灰粒的冲刷作用越大，在背风面沉积的灰越少，迎风面则基本不出现积灰。当烟气流速较低时，背风面积灰较多，且在迎风面也会出现积灰。

图612　不同烟气流速下管表面的松散积灰

（2）飞灰颗粒的大小。积灰程度与烟气流中飞灰粒度的分散度有较大关系，烟气流中含粗灰少而细灰多时，则因粗灰的冲刷作用减弱而使积灰较为严重。如在液态排渣锅炉中，由于飞灰中细灰多，粗灰少，积灰就较严重；燃油锅炉中，积灰也较严重；对于燃气锅炉，也会有积灰，但程度较轻。烟气中大颗粒飞灰较多时，飞灰对管壁的冲刷作用大，则积灰减轻；反之，烟气中较细的灰粒多，则积灰加重。液态排渣煤粉炉比固态排渣煤粉炉的积灰严重。

（3）管束的结构特性和布置方式。受热面的积灰程度与管束的布置方式和结构特性有关。管径较小时，管子背面的旋涡区小、积灰轻；反之，积灰较多。带肋片的管子，由于肋片间间隙较小，故积灰较多。错列布置的管束背风面冲刷较强，积灰就较轻；而顺列布置的管束背风面受冲刷较少，则积灰较多。错列管束的纵向相对节距越大，灰层厚度也越厚。水平管与倾斜管的积灰比垂直管严重。

3.减轻积灰的措施

为防止和减轻受热面积灰，在结构、布置及运行上可采取以下措施：

（1）受热面管束采用合理的结构。如减小管径、采用错列布置、减小节距等，以增强烟气气流的冲刷和扰动，减轻积灰。

（2）控制烟气流速。一般将烟气流速控制在8～10m/s，烟气流速过大，则磨损严重。

（3）定期吹灰。在锅炉的尾部受热面区域，都装有吹灰器，运行中应按规程规定对受热面进行定期吹灰。