燃煤飛灰沉積特性的實驗研究.pdf

1、我國煤炭資源地域分布廣，探明儲量大，開采成本低，因此被當作主要燃料廣泛地應用于電力生產(chǎn)當中。電廠鍋爐在實際燃用煤炭時，因煤中堿及堿土金屬類礦物質(zhì)的存在，鍋爐尾部受熱面會出現(xiàn)大面積的積灰結(jié)渣現(xiàn)象，導致?lián)Q熱管傳熱條件惡化，管壁腐蝕，甚至引發(fā)超溫爆管和非計劃停爐，給發(fā)電設備的平穩(wěn)安全運行帶來嚴重威脅。近期發(fā)現(xiàn)的新疆準東煤田，儲量巨大，煤質(zhì)優(yōu)良，但煤中富含鈣鈉的特性使其在實際燃燒過程中出現(xiàn)嚴重的灰污問題，大大限制了該煤種的大規(guī)模廣泛利用。因此，

2、研究燃煤飛灰的沉積特性對于保證發(fā)電設備穩(wěn)定運行以及實現(xiàn)準東煤的大規(guī)模利用具有重要意義。
　　本文選擇了三種性質(zhì)差異顯著的典型煤灰：遼寧調(diào)兵山電廠循環(huán)流化床鍋爐外置式換熱器中床料灰、內(nèi)蒙古通遼電廠霍林河褐煤飛灰以及新疆五彩灣煤礦準東煤灰。本文重點考察了煙氣流速、換熱管表面溫度、灰顆粒的粒徑分布等宏觀參數(shù)對煤灰沉積特性的影響，獲得了積灰過程“分階段、變速率”進行的基本規(guī)律；考慮到準東煤中堿金屬賦存形態(tài)及含量與燃燒溫度之間的關(guān)系，開展了

3、制灰溫度對五彩灣準東煤灰沉積特性影響的試驗，獲得了有價值的認識和結(jié)論。
　　首先，本文完成了對熱態(tài)飛灰沉積試驗臺的可視化改造，建立了積灰圖像分析的基本方法，為實現(xiàn)積灰全程的實時觀察奠定了良好的硬件基礎。鍋爐受熱面附近的高溫高污環(huán)境給原位觀察煤灰沉積的發(fā)生機制帶來了嚴重困難，試驗臺的可視化改造工作十分必要。本文對積灰采樣頭和爐膛支管的位置進行了合理搭配，制造了無阻礙的視野通路，利用自行設計的耐高溫觀察視窗，借助自動調(diào)焦的攝錄一體化視

4、頻采樣系統(tǒng)，將灰粒沉積過程的細節(jié)信息全面詳實的予以記錄。本文將生物學分析軟件Image Pro Plus成功應用于煤灰沉積圖像中灰層厚度的測量，在此基礎上獲得了表征飛灰沉積特性的“灰層生長速率曲線”。
　　其次，開展了調(diào)兵山灰和通遼褐煤飛灰在不同煙氣流速、不同探針表面溫度下的灰沉積特性試驗；對調(diào)兵山電廠床料灰開展了不同粒徑范圍下的積灰特性試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)增大煙氣流速將對煤灰沉積產(chǎn)生抑制作用；而提高探針表面溫度，積灰層生

5、長速率加快。這可能是因為高速氣流具有較強的沖刷作用，而灰粒在高溫表面容易吸熱軟化，增強了粘附性。粒徑影響的試驗發(fā)現(xiàn)，同一灰樣不同粒徑下的灰顆粒，其化學成分及相對含量不同，這導致了粗灰和細灰的沉積傾向差異。試驗結(jié)果表明細灰易沉積且先沉積，形成的粗糙初始沉積層極大改善了后續(xù)灰粒的附著環(huán)境，本文稱上述效應為“積灰面一次粗糙化”。
　　最后，進行了五彩灣準東煤在不同探針表面溫度、不同煙氣流速以及不同制灰溫度下的工況試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，五彩灣準

6、東煤灰在較高的探針表面溫度下具有更快的灰層生長速率，而減小模擬煙氣流速也有利于積灰層的生長發(fā)展，這與調(diào)兵山灰及通遼褐煤飛灰試驗結(jié)果一致，對其原因的分析也相似。在不同制灰溫度下，發(fā)現(xiàn)所得灰樣的粒徑和成分含量差異顯著，800℃所制灰樣粒徑遠大于500℃及650℃下的情況；中溫和低溫灰的粒徑分布差異較小，650℃時灰粒粒度最細。對灰中堿金屬含量變化情況進行檢測，發(fā)現(xiàn)隨著制灰溫度的升高，Na元素含量下降，而Ca元素含量上升；Mg、Al、K等元素

7、含量變化趨勢不單調(diào)。推測原因為Na在高溫下以氣態(tài)化合物形式揮發(fā)，而CaCO3在高溫下發(fā)生分解反應釋放出了CO2，上述高溫反應的進行引起了各元素相對含量的升降。積灰特性試驗表明，準東煤高溫灰的沉積趨勢顯著強于兩種低溫灰，而500℃及650℃下煤灰的沉積特性曲線接近，積灰趨勢較低。圖像分析中還發(fā)現(xiàn)，準東煤灰的沉積層在生長過程中，其邊界始終保持凹凸不平的狀態(tài)，與調(diào)兵山及通遼褐煤電廠灰平滑的灰層邊線差別明顯。推測原因為準東煤灰中富含Na、Ca等