對沖式燃燒鍋爐的結(jié)焦綜合講解

1、對沖式燃燒鍋爐的結(jié)焦綜合講解產(chǎn)生結(jié)渣的先決條件是呈熔融狀態(tài)顆粒與壁面的碰撞。煤粉爐內(nèi)的顆粒隨氣流運(yùn)動，氣流場 決定氣流向壁面的沖刷程度，決定灰粒與壁面碰撞的機(jī)率。此外較大尺寸的顆粒容易從轉(zhuǎn)向 氣流中分離出來，與壁面碰撞，因此急劇的氣流轉(zhuǎn)向與粗的煤粉細(xì)度是容易導(dǎo)致結(jié)渣 的。低的灰粒熔融溫度和高的壁面漏度使灰粒與壁面碰撞之際易呈熔融狀態(tài)；粗的灰粒也因 分離速度大碰撞壁面前經(jīng)歷的分離時間短，冷卻不易而呈熔融狀態(tài)；不清潔的水冷壁，吸 熱能力弱，區(qū)域溫度高，對灰粒的冷卻能力弱，使灰粒在碰撞之際易呈熔融狀態(tài)?；业娜廴?特性溫度是與所處環(huán)境氣氛相關(guān)的，若氧化性氣氛則熔融溫度高，還原性氣氛則低，因此爐 內(nèi)的過

2、量空氣系數(shù)也影響到爐內(nèi)的結(jié)渣。所以結(jié)渣并不只單純決定于煤灰特性的，而與許多 因素密切相關(guān)，并通過灰粒的熔融特性溫度與結(jié)焦傾向相連系。4 L（ % a4 F3 k- E2 N# p一、煤粉的結(jié)焦傾向特性煤灰并不是一個單一的物質(zhì)，其熔融特性是隨著它的組分而異的。煤灰從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?態(tài)是一個連續(xù)的過程，熔融溫度不是一個單值，只能以它處于什么熔融狀態(tài)下的幾個溫度值 來表明。一種被廣泛接受的方法是以煤灰試樣在受熱升溫過程中，變形到幾個特定形態(tài)時的 相應(yīng)溫度來表達(dá)，如變形溫度、軟化溫度和熔化溫度（流動溫度）。煤灰的試樣是由用煤灰工業(yè)分析方法得到的灰，按規(guī)定的制備方法制作成的灰錐。因此，由此得出的結(jié)果是集無

3、數(shù)灰 粒于一體的煤灰熔融憤向的總體特性。這種試驗(yàn)和表達(dá)方法是在早期為研究層燃爐的結(jié)焦 問題而建立的，實(shí)踐也證明對于燃燒過程處于煤灰集中狀態(tài)的層燃過程中的結(jié)渣是較充分有 效的，但對于燃燒過程是處于各個煤粉或灰粒分離狀態(tài)的煤粉爐則并不充分。在層燃爐中， 煤灰分之間相互接觸、相互反應(yīng)的結(jié)渣行為決定于（至少在相當(dāng)程度上）灰分的總體；在煤粉爐中，顆粒間的相互分寓使煤灰的熔融特性或結(jié)渣傾向只決定于各單個煤粉顆粒的行為。煤 粉在燃燒過程中會產(chǎn)生一定的離析，各個煤粉顆粒的含灰量及其組分并不相同，使各顆?；?分間的反應(yīng)只限于顆粒之內(nèi)，其熔融特性也隨顆粒而異，難以只用一個總體特性來表達(dá)，必 須輔之以一些其它的補(bǔ)充

4、指標(biāo)。又鑒于煤及其灰分的復(fù)雜性、以及與燃燒間的復(fù)雜關(guān)系，迄 今人們對于結(jié)渣行為與煤灰特性之間的關(guān)系還所知甚少，因此這些補(bǔ)充指標(biāo)還帶有一定的探 索性，不同指標(biāo)標(biāo)被不同的人們所采用，迄今尚未統(tǒng)一。選擇其使用較廣的介紹如后。（一）煤灰的熔融特性溫度煤灰的熔融特性溫度也與煤的其他指標(biāo)情況類同，即在相當(dāng)?shù)某潭壬鲜侨藶榈?。雖然目 前在各個不同的國家和地區(qū)都是通過實(shí)驗(yàn)，灰錐樣在升溫過程中的形態(tài)改變到一定程度時的 溫度來表征的，但在測量方法和特征的具體規(guī)定中又各有不同。從而說明這些方法都是經(jīng)驗(yàn) 性的和煤灰熔融特性本身是復(fù)雜的。我國的煤灰的熔點(diǎn)溫度標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測定方法要點(diǎn)是： 將煤灰樣制成一定尺寸的正三角錐，在

5、一定的氣體介質(zhì)中以一定升溫速度加熱，觀察灰錐在 受熱過程中的形態(tài)變化；測定它的三個熔融特性溫度一一變形溫度（DT）、軟化溫度（sT）和流動溫度（FT）。并定義變形溫度為灰錐頂部開始變化或彎曲時的溫度，軟化溫度是錐體彎曲到 端部接觸底板、灰錐變形到呈球形，或高度等于底長的半球形時的溫度。流動溫度是指灰錐 熔化呈液體狀，或展開成厚度在 1 5mm以下的薄層或錐體逐漸縮小，然后接近消失時的溫 度。方法中所說的灰錐是指用煤灰工業(yè)分析方法中燒灼成灰的方法所得到的灰；所說的灰錐 是由在上述灰樣中捶加10 %的可溶性淀粉，經(jīng)在模型中擠壓成的高20mm，底邊長7mm 的正三角錐；一定的氣體介質(zhì)是指弱還原性氣氛

6、。加熱爐內(nèi)的氣氛為還原性或氧化性， 決定于進(jìn)行規(guī)定的要求。 研結(jié)果所達(dá)成的共識是， 如果煤灰的顆粒很小， 且混合是十分均勻的，貝熔融特性溫度就只與灰渣的組分有關(guān)，與灰渣的來源無關(guān)。軟化溫度與組成灰的各種氧 化物的相平衡圖密切，或者說可以通過相平衡圖得出它的軟化溫度值。但在建立二者關(guān)系的 計(jì)算式上役有什么進(jìn)展，于結(jié)論是在實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)用品配制成的灰的試驗(yàn)結(jié)果得出的，而存 在于實(shí)際煤灰分中一些微量元素，對于灰的熔融特性溫度卻具有相當(dāng)?shù)挠绊?，使用常?guī)灰組 分分析方法得出結(jié)果來預(yù)測這一溫度時，所得的結(jié)果并不足夠確切。再加以灰渣的熔融溫度 測定，如同前述并不十分復(fù)雜，使尋求其間的關(guān)系并不十分迫切。其后許多

7、研究工作者了解 到煤各組分間在高溫條件下會相互反應(yīng)并生成多種低熔點(diǎn)溫度化臺物這一現(xiàn)象之后，開始認(rèn) 識到不能單純通過各單項(xiàng)灰組分相圖的方法來預(yù)測灰的熔點(diǎn)溫度。以轉(zhuǎn)向著手建立多種煤灰 組分的單項(xiàng)指標(biāo)，并使它們與在爐內(nèi)的結(jié)渣橫向建立關(guān)系。o |. X a4 t5 q8 0 h4 J(二)一些與煤灰結(jié)渣橫向相關(guān)的單項(xiàng)指標(biāo)煤灰的組分隨煤種或產(chǎn)地有相當(dāng)?shù)牟顒e，尤其是在排除si0與AL203對比時，對于極大部分煤種來說，SI及A1203是煤灰分的最主要組成，且相對的變化并不大，雖然在煤的成 煤過程中，以及其后的采集運(yùn)輸中混入或夾雜進(jìn)去的砂、石類的外來物料。從處于分離狀態(tài) 的純sO及A1203而言，都具有很高

8、的熔點(diǎn)溫度，在爐內(nèi)的溫度下不致呈熔融狀。對煤灰 熔融特性的影響表現(xiàn)為與其它組成物間的反應(yīng)。一些單項(xiàng)指標(biāo)基本上是據(jù)此提出的。1 .堿酸比(B / A)堿酸比的定義和值可按下式?jīng)Q定，各組分的值來自灰組分分析。B/A與結(jié)渣傾向間的關(guān)系可理解為，如果煤灰組分中，堿酸二類組分中一項(xiàng)含量很高，而另一項(xiàng)很小，亦即B / A的值很大，或者很小，那么可生成的低熔點(diǎn)復(fù)合鹽量就少，這一煤種的灰熔點(diǎn)溫度就高，結(jié) 渣的慣向性也小，反之也大。但是由于鉀、鈉在較低的溫度下會升華或分解，鐵的熔點(diǎn)溫度 也不高，且實(shí)際上多以分離狀態(tài)的黃鐵礦形式存在于煤中，因此當(dāng)這三者在煤灰中有一定含 量時，B/A值對結(jié)渣慣向的預(yù)計(jì)正確性就受到影

9、響，使B/A值成為一種可以預(yù)計(jì)結(jié)渣傾向，而又不是唯此就能作出預(yù)計(jì)的指標(biāo)。B/A值只決定于煤灰中堿酸二類氧化物的總量比，沒有顧及各種堿性組分的助熔”方面的差別。所謂助熔是指組成物質(zhì)降低混合物熔點(diǎn)溫度的能力， 諸如在耐火材料中，微量的鐵會使耐火材料的可使用溫度有很大的下降。另一可以說明的問 題是：如某種煤灰的鋁和鐵的含量較大，另一種煤灰的硅和鈣的含量較大，二種灰可以具有 相同的B/A值，但實(shí)踐表明了它們的熔融特性卻有很大的差別。但也應(yīng)該說明，對于大多 數(shù)的煙煤煤種，鉀、鈉含量均小，因此B/A值仍不失為一個很有用的指標(biāo)。對于B/A處于0 . 4-0 . 7的煤種，其灰熔點(diǎn)總是低的，結(jié)渣性總是強(qiáng)的；而

10、小于此值的則多是弱的結(jié) 渣性能。 (r5 $ 0 N) Q% g5 J8 ?' K( a2 .硅鋁比 硅鋁比也是表達(dá)煤灰熔融特性的指標(biāo)之一。硅和鋁的氧化物都屬酸性，也都具有很高的熔點(diǎn) 溫度，但由于硅比有與堿性組分的反應(yīng)性能，因此二種堿酸比相同的灰，硅鋁比高的那一種 總具有較低的熔點(diǎn)溫度。硅鋁比的定義為Si02 / A120)。一般煤灰的硅鋁比常在 0. 4 8范圍。硅鋁比對煤灰熔融特性的影響頗為復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果表明硅鋁比在1 . 7-2 . 8范圍時，對熔融溫度的影響不大，但在比值小于1 . 7時，煤灰的軟化溫度和流動溫度都迅速增高；比值大于2. 8后，流動溫度迅速下降。不論比值

11、如何變化，對始變形溫度均基本上沒有 影響。 4 ' r# ?% % q'人3 .鐵鈣比 # c* k, g) V) q# AJ鐵鈣比定義為Fe203 /CaO。實(shí)踐結(jié)果表明，發(fā)生于煤燃燒過程中的許多麻煩，多由灰分中 的鐵氧化物所造成。含鐵量高的煤種，具有高的結(jié)渣傾向，井與鐵在煤中的存在形式關(guān)系密 切。分布均勻的煤種所可能導(dǎo)致的麻煩比分布不均勻的為大。這是由于以分離狀態(tài)存在于煤 灰中的含鐵灰分（黃鐵礦），較容易在采用中速磨煤機(jī)的石于煤排出系統(tǒng)中得到分離，更因常 以單質(zhì)顆粒的形態(tài)存在，少有與其它組分反應(yīng)的機(jī)會。鐵鈣比是對前述堿酸比沒有涉及助熔 作用的一個補(bǔ)充指標(biāo)。4 .當(dāng)量 Fca

12、03 和 Fe 的百分含量（FP） ） n5 r4 N9 ） W! 6 x3 m這個指標(biāo)表明了煤灰中鐵的氧化程度。鑒于煤灰分中的鐵，在較強(qiáng)的氧化性氣氛下，主 要生成Pq03，而在較強(qiáng)的還原性氣氛下，主要以FeO或以Pe的狀態(tài)存在。雖然在煤炭工業(yè)分析灰分中都屬于 FqO，但h和FeO要比FzOs具有更強(qiáng)的助熔作用，從而影響到熔 融特性溫度。此它們既是一個與煤灰特性相關(guān)，更是一個與爐內(nèi)燃燒過程相關(guān)的指標(biāo)，顯然 其值越小結(jié)渣傾向也愈大。在爐內(nèi)氣氛屬還原性，F(xiàn)q09還原成FeO，使FP減小，結(jié)渣傾向增大，易產(chǎn)生結(jié)渣的原因也與此有關(guān)。7 p C8 i/ C7 A. _* L0 A" 05 .堿

13、金屬總量（Na2O+K2O）如同前述鈉和鉀同屬煤灰分中的堿金屬。鈉和鉀在不高的溫度下會升華，也會與灰中的其 它組分反應(yīng)生成低熔點(diǎn)溫度的化合物。因此，堿金屬在煤灰中的含量會影響到煤灰的熔融溫 度。熔融溫度隨堿金屬總量的增大而降低，結(jié)渣傾向增大。因堿金屬升華后，凝結(jié)下來的細(xì) 粒黏附性強(qiáng)，積灰傾向也隨之劇增。從而這是一個與結(jié)渣及積灰傾向都相關(guān)的指標(biāo)值。7 9 G#E4 p2 4 i' N. p在以下還可以看到一些類似的指標(biāo)，它們都不是直接與煤灰的組分有關(guān)，而是以幾個特征溫度來建立與爐內(nèi)結(jié)渣程度或橫向性的聯(lián)系。實(shí)際的情況表明在不同的場合引用這類單項(xiàng)指 標(biāo)，對結(jié)渣進(jìn)行預(yù)測的正確程度并不相同，換言

14、之，沒有一個或一組單項(xiàng)指標(biāo)能對所有場合 都作出正確的預(yù)測，反之也都有一定的正確機(jī)理?？赡苁瞧袢藗冞€對煤灰的特性缺乏認(rèn)識， 對結(jié)渣與煤灰特性間的關(guān)系還尚欠研究。煤灰分在煤中的存在，在燃燒過程中的變化歷程， 形成灰的物理特性等迄今的了解還是電略的，不少結(jié)論是推理性的。顆粒在爐內(nèi)的運(yùn)動還未 能作出確切的描述，或者說即有也是由大量簡化假定后的結(jié)論，溫度的情況更是如此。由于 爐內(nèi)的結(jié)渣是不均勻的，更缺乏規(guī)律性，對于爐內(nèi)結(jié)渣程度只能用低、中、高、嚴(yán)重作抽象 描述，更難定量分析。3 S$ m4 G9 B3 I# f2 J關(guān)于煤灰對結(jié)渣傾向性的影響，迄今也存在二種不同的認(rèn)識，無關(guān)的和呈正比的。由于結(jié)渣本身是一個十分復(fù)雜的過程，煤灰分特性只表明它對結(jié)渣的傾向。也如同前述，這些指標(biāo) 值都是基于由煤灰工業(yè)分析方法得出的，從而仍然是不同煤種煤灰的總體指標(biāo)。在煤粉爐中，結(jié)渣是以單灰粒的形式參加結(jié)渣層中去的，灰粒與灰粒會具有不同的組分和特性。因此近期 有關(guān)結(jié)渣、積灰與煤灰特性間關(guān)系的討論，已經(jīng)涉及到灰分在煤粉顆粒間的偏析和灰的選擇 性沉積進(jìn)一步與鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)相聯(lián)系。二、受熱面的結(jié)渣受熱面的結(jié)渣可以產(chǎn)生于水冷壁上，也可以產(chǎn)生于靠近爐膛出口區(qū)域的屏式過熱器。水 冷壁受熱面的結(jié)