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鍋爐結(jié)渣的因素有哪些？

鍋爐結(jié)渣不僅影響機組的經(jīng)濟滿發(fā)，而且嚴重威脅安全運行。
與鍋爐結(jié)渣有關(guān)的因素
結(jié)渣是復雜的物理和化學過程，國內(nèi)外學者已做了大量研究，初步揭示了其形成的機理及與煤灰性質(zhì)的關(guān)系，制定了若干用以判斷煤灰結(jié)渣性的指數(shù)，同時揭示了鍋爐設計和運行對結(jié)渣的影響。 1.1 灰與渣的特性
煤灰的結(jié)渣性同灰的化學成分、灰渣的物理特性有關(guān)。現(xiàn)選擇其中一些主要的指標詳述如下。
1. 灰的熔化溫度
灰熔溫度同灰的成分有關(guān)，灰中的酸性氧化物，如SiO2，Al2O3和TiO2等都是聚合物的構(gòu)成者，因此會提高灰的熔化溫度；堿性氧化物則相反，如CaO，MgO和Na2O等都是聚合物的破壞者，會降低灰的熔化溫度。但這種解釋對含有大量堿性物的灰來說不適用，所謂“褐煤型灰”就會有大量CaO和MgO，其量比Fe2O3多得多，這些灰中的SiO2、Fe2O3、Na2O和K2O都會降低軟化溫度，而Al2O3、CaO和MgO卻提高軟化溫度。美國對國內(nèi)一些特定煤種，依據(jù)大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)已建立了精確的灰熔溫度與灰化學成分之間的關(guān)系，這樣，根據(jù)灰中的堿性組分就可以確定灰熔點。
至于灰中鐵的作用，要視其氧化狀態(tài)而定，三價鐵是聚合物的構(gòu)成者，提高灰熔溫度；二價鐵則是聚合物的破壞者，降低灰熔溫度。
灰的熔化溫度在氧化氛圍與還原氛圍中是不同的，兩者的差異是隨著灰中CaO和MgO成分的增加而變小。
2. 渣的粘度
焦渣的粘度隨溫度而變化，溫度升高，粘度變小，超過某一臨界值時，焦渣便成液相，可在水冷壁表面形成一薄層而自由流動，焦渣粘度溫度曲線是預示煤粉爐結(jié)渣傾向的重要指標。研究表明，焦渣粘度與煤灰化學成分有關(guān)，當煙煤焦渣溫度超過其臨界粘度相對應的溫度Tcv后，焦渣粘度就與灰分中的硅比SiO2/（SiO2+ Fe2O3+ CaO+ MgO）有一定的關(guān)系。英國根據(jù)（SiO2/ Al2O3）、Fe2O3、CaO、MgO來確定與臨界粘度相對應的溫度。
從臨界粘度（約10~20Pa·s到約104
Pa·s范圍內(nèi)的焦渣呈塑性狀態(tài)液固兩相混合），可根據(jù)其所對應的溫度區(qū)域考慮吹灰器的型式和位置。
3. 灰的燒結(jié)性
B＆W利用燒結(jié)試驗來衡量煙煤的結(jié)渣傾向。試驗在一個專門的實驗性燃燒室內(nèi)進行，被試煤在其中懸浮燃燒以模擬煤粉爐工況，然后將燒出的灰壓進一個直徑17mm、高19mm的圓筒內(nèi)，再將壓出的灰塊置于1.03MPa和704～1093℃下在空氣中加熱15個小時，然后慢慢冷卻。該燒結(jié)灰塊的燒結(jié)溫度、破碎強度與結(jié)渣傾向密切相關(guān)，B＆W把這作為評價煤的主要指標之一。易結(jié)渣的煤在927℃以下燒結(jié)強度高達27.58MPa，而不易結(jié)渣的煤在927～1093℃范圍內(nèi)的燒結(jié)強度低于6.9 MPa。
4. 幾個反映結(jié)渣傾向的導出因子
美國CE和B＆W等鍋爐制造廠都各自研究和導出一些顯示結(jié)渣和積灰特性的指標，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)渣的指標列于附表中。CE公司在評價結(jié)渣傾向時除了采用灰熔點外，還采用：
（1）堿酸比
如前所述，煤灰中堿性組分與灰熔點之間的關(guān)系呈拋物線形，堿酸比在0.4～0.7（大約30%～40%標準含量的堿性物）時最易結(jié)渣。
（2）硅鋁比
當以堿酸比作為判斷結(jié)渣性指標時，還需注意硅鋁比。在堿酸比低的情況下，如硅鋁比高，鋁將發(fā)揮溶劑作用而降低T250。T250是對應于粘度為250P（泊）時的灰渣溫度，一般說，灰渣粘度低于250P時，流動性就很好。硅鋁比小于1.7不結(jié)渣，大于2.8將結(jié)渣。
（3）鐵鈣比
此比值在0.3～3.0范圍內(nèi)會影響灰渣的共熔特性，使灰熔點降低，結(jié)渣傾向增加趨向1時會嚴重結(jié)渣；小于0.3或大于3.0都不結(jié)渣。
（4）2.0重液中的鐵
CE采用在比重為2.9重液中沉積下的煤灰鐵含量作為衡量黃鐵礦的多少。黃鐵礦在燃燒過程中不起反應而離析出來，形成焦渣結(jié)在靠近燃燒器的爐膛下部水冷壁上。
（5）單位發(fā)熱量的煤灰量
每百萬英鎊熱單位的煤灰量被用來估量可能生成的渣和積灰的數(shù)量（當然還要依據(jù)灰的結(jié)渣和積灰特性）。
B＆W用另一些指標來估計結(jié)渣傾向。
根據(jù)灰渣粘度導出的結(jié)渣指數(shù)RSV
RSV
=T250(氧化)-T1000（還原）/（97.5*FS）
式中T250(氧化)——氧化氛圍下灰渣粘度25Pa·s所對應的溫度 T1000（還原）——還原氛圍下灰渣粘度1000Pa·s所對應的溫度
FS——一個相關(guān)系數(shù)，其數(shù)值范圍為1～11，取決于灰渣粘度/溫度曲線上對應于200Pa·s的溫度（氧化與還原氛圍的中間值）
RSV由0.5變化到3.0，相對應的結(jié)渣傾向由中等到嚴重。
（2）依據(jù)灰熔化溫度導出的結(jié)渣指數(shù)Rsf Rsf=（MaxHT+4*MinID）/5
式中MaxHT——氧化或還原氛圍下較高的半球形溫度 MinID——氧化或還原氛圍下較低的開始變形溫度
Rsf是一個加權(quán)平均溫度，以1份氧化或還原氛圍下的最大半球形溫度和4份氧化或還原氛圍下的最小開始變形溫度來平均。Rsf低于1149℃預示嚴重結(jié)渣；Rsf在1232～1343℃范圍內(nèi)預示中等結(jié)渣傾向。
（3）由灰的化學成分導出的結(jié)渣指數(shù)Rsb
Rsb=（CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O）*S%（干燥基）/（SiO2+ Al2O3+ TiO2 ）
Rsb指數(shù)主要用于煙煤型灰，即灰中Fe2O3的含量大大高于CaO和MgO含量，Rsb植的范圍從0.6以下（代表輕度結(jié)渣趨勢）到2.6以上（代表嚴重結(jié)渣趨勢）。
設計因素
美國電力研究協(xié)會（EPRI）曾對燃用各種不同因素煤種的鍋爐作了調(diào)查，結(jié)論是結(jié)渣和積灰不僅與煤灰性質(zhì)有關(guān)，而且同鍋爐設計密切相關(guān)，主要是爐膛熱強度（包括爐膛容積熱強度和斷面熱強度）、煤粉在爐膛內(nèi)逗留的時間、燃燒器結(jié)構(gòu)型式以及受熱面的布置等。同一煤種，在某臺鍋爐上燃燒會嚴重結(jié)渣，而在另一臺設計不同的鍋爐上可能根本不結(jié)渣。同時，鍋爐設計在改善灰沉積物方面也起著重要的作用。
運行因素
鍋爐結(jié)渣積灰與鍋爐負荷、煙氣溫度、煤粉細度、過剩空氣量等有關(guān)。結(jié)渣、積灰隨鍋爐負荷及煙氣溫度的增加而增加。
煤粉細度對爐膛結(jié)渣的影響說法不一，其一，提高煤粉細度將使燃燒區(qū)域溫度升高，從而加劇結(jié)渣，我國125MW機組的運行實踐也表明，煤粉過細著火快，燃燒器區(qū)域易結(jié)渣。而在一臺600MW機組上進行的試驗結(jié)構(gòu)卻相反，其結(jié)論是粗煤粉將加重結(jié)渣。筆者認為煤粉細度應視煤種與具體的鍋爐結(jié)構(gòu)而定，過細不僅增加制粉電耗，而且會提高燃燒器區(qū)域熱負荷而可能引起結(jié)渣；過粗不僅不利于著火和煤粒的燃盡，而且易造成爐膛上部和過熱器部位結(jié)渣。所以應通過試驗確定合理的煤粉細度。
較大的燃燒過?？諝饽軠p少結(jié)渣與積灰，這是由于爐膛內(nèi)還原區(qū)范圍縮小以及爐膛出口溫
度降低。在600MW機組上的試驗顯示，增加過?？諝?，同時將燃燒器正向傾斜，水冷壁和大屏上的沉積物明顯減少。

上一條：[防止結(jié)渣與積灰的措施]
下一條：[燃煤鍋爐布袋除塵器清灰系統(tǒng)的設計]

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