14年10月四值主控培訓(xùn)記錄一

1、 運(yùn)行管理部四值管理文件四值培訓(xùn)記錄 2014年10月 4 日 10 時 00 分 培訓(xùn)題目燃煤的結(jié)渣和沾污特性主持人譚俊記錄人廖子長培訓(xùn)內(nèi)容：燃料煤中,特別是劣質(zhì)煤中含有不少灰分,它由粘土,頁巖,硫化物,鐵和其他金屬的氧化物,碳酸鹽及氧化物等組成.灰渣由不同溫度的煙氣攜帶通過爐膛及對流煙道,在不同的受熱面上會引起結(jié)渣,沾污,積灰和腐蝕.一、燃煤的結(jié)渣機(jī)理1定義結(jié)渣是指受熱面上熔化了的灰沉積物的積聚,它與因受各種力作用遷移到壁面上的某些灰粒的灰分，熔融溫度,粘度及壁面溫度有關(guān),多發(fā)生在鍋爐內(nèi)輻射受熱面上。固態(tài)排渣煤粉爐中，火焰中心溫度可達(dá)14001600,在這樣高的溫度下，燃料燃燒后灰分多呈現(xiàn)

2、熔化或軟化狀態(tài)，隨煙氣一起運(yùn)動的灰渣粒,由于爐膛水冷壁受熱面的吸熱而同煙氣一起被冷卻下來,如果液態(tài)的渣粒在接近水冷壁或爐墻以前已因溫度降低而凝固下來，那么它們附著到受熱面管壁上時，將形成一層疏松的灰層，運(yùn)行中通過吹灰很容易將它們除掉,從而保持受熱面的清潔。若渣粒以液體或半液體粘附受熱面管壁或爐墻上,將形成一層緊密的灰渣層，即為結(jié)渣。結(jié)渣本身是一復(fù)雜的物理化學(xué)過程，有自動加劇的特點(diǎn)。2影響結(jié)渣的因素（1）燃煤灰分特性煤在燃燒后殘存的灰分是由各種礦物成分組成的混合物。它沒有固定的由固相轉(zhuǎn)為液相的熔融溫度。煤灰在高溫灼燒時，某些低熔點(diǎn)組分發(fā)生反應(yīng)形成熔融，并與另外一些組分反應(yīng)形成復(fù)合晶體，此時它們的

3、熔融溫度將更低。在一定的溫度下，這些組分還會形成熔融溫度更低的某種共熔體。這種共熔體有進(jìn)一步溶解灰中其它高熔融溫度物質(zhì)的能力，從而改變煤灰的成分及其熔融特性。一些氧化物單質(zhì)、復(fù)合物及共熔體的熔融溫度如表26所示。圖2-6 灰錐的變形和表示熔融性的三個特性溫度DT-變形溫度，灰錐頂端開始變圓或彎曲時的溫度；ST-軟化溫度，錐頂變至錐底或變成球形或高度等于或小于底長時對應(yīng)的溫度；FT-流動溫度，錐體熔化成液體或厚度在1.5mm以下時對應(yīng)的溫度。判斷燃煤燃燒過程是否發(fā)生結(jié)渣的一個重要依據(jù)是灰的熔融性?；业娜廴谛允侵府?dāng)它受熱時,由固體逐漸向液體轉(zhuǎn)化沒有明顯的界限溫度的特性。普遍采用的煤灰熔融溫度測定方

4、法，主要為角錐法和柱體法兩種。由于角錐法錐體尖端變形容易觀測，我國和其他大多數(shù)國家都以此法作為標(biāo)準(zhǔn)方法。角錐法的角錐是底邊長為7mm的等邊三角形，高為20mm。將錐體放入半還原性氣體的灰熔點(diǎn)測定儀中，以規(guī)定的速率升溫，定時觀測灰錐，并以灰錐在熔融過程中的3個特性溫度指標(biāo)來表示煤灰的熔融特性，如圖2-6所示?；业娜廴谛猿Ｓ没业淖冃螠囟菵T，軟化溫度ST，熔化溫度FT來表示，它們是固相共存的三個溫度，而不是固相向液相轉(zhuǎn)化的界限溫度，僅表示煤灰形態(tài)變化過程中的溫度間隔。這個溫度間隔對鍋爐的工作有較大的影響，當(dāng)溫度間隔值在200400時，意味著固相和液相共存的溫度區(qū)間較寬，煤灰的粘度隨溫度變化慢，冷卻

5、時可在較長時間保持一定粘度，在爐膛中易于結(jié)渣，這樣的灰渣稱為長渣，可用于液態(tài)排渣爐。當(dāng)溫度間隔值在100200時為短渣，此灰渣粘度隨溫度急劇變化，凝固快，適用于固態(tài)排渣爐。如灰熔點(diǎn)溫度很高(ST1350)，管壁上積灰層和附近煙氣的溫度很難超過灰的軟化溫度一般認(rèn)為此時不會發(fā)生結(jié)渣,如果灰熔點(diǎn)較低(ST1200),灰粒子很容易達(dá)到軟化狀態(tài),就容易發(fā)生結(jié)渣。而影響煤灰熔融性的因素是煤灰的化學(xué)組成和煤灰周圍高溫的介質(zhì)的特性,煤灰的化學(xué)組成可分為酸性氧化物(SiO2，Al2O3，TiO2)和堿性氧化物(Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O),酸性氧化物增加灰的粘滯性，不易結(jié)渣，而堿性氧化物則提高灰

6、的流動性，易結(jié)渣。但煤灰是多種復(fù)合化合物的混合物，燃燒時將結(jié)合為熔點(diǎn)更低的共晶體。煤灰高溫介質(zhì)的性質(zhì)常有兩種：一是氧化性介質(zhì)，常發(fā)生在燃燒器出口一段距離以及爐膛出口；二是弱還原性介質(zhì)。由于介質(zhì)的性質(zhì)不同，灰渣中的Fe具有不同的形態(tài)：氧化介質(zhì)中鐵呈Fe2O3，熔點(diǎn)高。在弱還原性介質(zhì)中，鐵呈FeO狀態(tài)，導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)渣。（2）爐內(nèi)空氣動力特性爐膛內(nèi)的煙氣溫度以及水冷壁附近的溫度工況和介質(zhì)氣氛等都與爐內(nèi)空氣動力特性密切相關(guān).正常運(yùn)行工況,高溫的火焰中心應(yīng)該位于爐膛斷面的幾何中心處.實(shí)際運(yùn)行中,會由于爐內(nèi)氣流組織不當(dāng),造成火焰中心偏移.譬如,前墻布置旋流燃燒器,當(dāng)氣流射程太大時,火焰中心將移向后墻,灰粒子

7、在沒有得到足夠冷卻之前就可能粘附在后墻水冷壁上.又如,直流燃燒器切向燃燒室中,煤粉火炬貼壁沖墻時,會使水冷壁附近產(chǎn)生高溫,大量灰粒子沖擊水冷壁受熱面:四角上的燃燒器風(fēng)粉動量分配不均時,將使實(shí)際切圓變形,高溫火焰偏移爐膛中心,引起局部水冷壁結(jié)渣.另外,熔渣粒子周圍的氣氛也是影響水冷壁結(jié)渣的一個很重要因素。粗煤粉或高煤粉的火焰撞擊在水冷壁所產(chǎn)生的還原性氣氛,會促使水冷壁結(jié)渣,尤其是當(dāng)燃用含硫較高的煤時.因?yàn)樵谶€原性氣氛中,灰中熔點(diǎn)較高的三氧化二鐵被一氧化碳還原成熔點(diǎn)較低的一氧化鐵,而一氧化鐵與二氧化硅等進(jìn)一步形成熔點(diǎn)更低的共晶體,有時會使灰熔點(diǎn)下降150300,結(jié)果增大了結(jié)渣的可能性.因此在鍋爐運(yùn)

8、行當(dāng)中,保證風(fēng)粉分配均勻，防止氣流貼壁沖墻，注意燃燒調(diào)整保持火焰中心的適當(dāng)位置,采用合適的過量空氣系數(shù)避免產(chǎn)生還原性氣氛等都是防止結(jié)渣的有效措施.（3）爐膛的設(shè)計特性容積熱強(qiáng)度及燃燒器區(qū)域壁面熱強(qiáng)度數(shù)值的斷面小都會對結(jié)渣產(chǎn)生一定的影響.譬如,q1過大時,由于爐膛容積小,受熱面布置得也少,爐內(nèi)溫度將會增高。實(shí)踐證明，這時易在燃燒器附近的壁面上發(fā)生結(jié)渣。若溫度過高，由于燃燒器釋放的熱量沒有足夠的受熱面吸收，致使燃燒器布置區(qū)局部溫度過高，也容易引起燃燒器附近水冷壁結(jié)渣。反之,若qa過低,則爐膛斷面過大而高度卻不足,煙氣到達(dá)爐膛出口還未得到足夠冷卻,爐膛出口部位受熱面會結(jié)渣。（4）鍋爐運(yùn)行負(fù)荷鍋爐負(fù)荷

9、升高時,爐內(nèi)溫度也相應(yīng)升高,結(jié)渣的可能性也就增大。3結(jié)渣的危害結(jié)渣造成的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。受熱面結(jié)渣以后，會使傳熱減弱，吸熱量減少。為保證鍋爐的出力只得送進(jìn)更多的燃料和空氣，因而降低了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；受熱面結(jié)渣會導(dǎo)致爐膛出口煙溫升高和過熱蒸汽超溫，這時為維持正常汽溫，運(yùn)行中要限制鍋爐負(fù)荷；而燃燒器噴口結(jié)渣，則直接影響氣流的正常流動狀態(tài)和爐內(nèi)燃燒過程；由于結(jié)渣往往是不均勻的，因而結(jié)渣會對自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性和強(qiáng)制循環(huán)鍋爐水冷壁的熱偏差帶來不利影響；爐膛出口對流管束上結(jié)渣可能堵塞部分煙氣通道，引起過熱器偏差；另外，爐膛上部積結(jié)的渣塊掉落時，還可能砸壞冷灰斗的水冷壁，甚至堵塞排渣口而使鍋爐無

10、法繼續(xù)進(jìn)行?？傊?結(jié)渣不但增加了鍋爐運(yùn)行和檢修工作量，嚴(yán)重是鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性，還可能迫使鍋爐降低負(fù)荷運(yùn)行，甚至被迫停爐。二、煤灰的結(jié)渣和積灰特性在煤灰鍋爐的燃燒過程中，爐內(nèi)灰沉積一般可分為結(jié)渣和沾污（積灰）兩種類型。結(jié)渣是指軟化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要受熱面上生成的熔渣層；沾污則指煤灰中揮發(fā)物質(zhì)在受熱面表面凝結(jié)并繼續(xù)粘結(jié)灰粒形成的沉積灰層。結(jié)渣和沾污雖然形成機(jī)理不同，但它們之間是互相影響的。當(dāng)沾污層厚度達(dá)一定值時，表面溫度上升，使之逐步轉(zhuǎn)化為液態(tài)渣層。由于爐內(nèi)吸熱量下降，爐膛出口煙溫上升，使過熱器和再熱器沾污加重。因此，利用煤灰的常規(guī)分析指標(biāo)，如灰的化學(xué)成分、燒結(jié)、熔融和粘度特性構(gòu)成結(jié)渣和

11、積灰的判別準(zhǔn)則是非常重要的。（一）煤灰結(jié)渣性的常規(guī)判別準(zhǔn)則1煤灰成分結(jié)渣指數(shù)由于煤灰中各組成成分熔點(diǎn)不同，鐵和鈣起增強(qiáng)結(jié)渣的作用。在還原性氣氛中，熔融的鐵促進(jìn)結(jié)渣的早期形成；在氧化性氣氛中，鈣可顯著降低硅酸鹽玻璃體的粘度。而鉀是促進(jìn)玻璃體形成的助溶劑，當(dāng)褐煤灰中K2O含量大于1%時，結(jié)渣性較嚴(yán)重。當(dāng)K2O含量小于0.2%時，次煙煤灰的結(jié)渣性較輕。硅一般可減輕結(jié)渣性。但硅含量過高時會產(chǎn)生無定型玻璃質(zhì)，反而使結(jié)渣性增強(qiáng)。而Al2O3含量增加可減輕結(jié)渣性。因此，煤灰中酸性成分SiO2，Al2O3，TiO2比堿性成分Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O的熔點(diǎn)高,故常用堿酸比來作為結(jié)渣傾向的判別指

12、數(shù)。即式中 A煤灰中酸性成分含量；B煤灰中堿性成分含量對于固態(tài)排渣煤粉爐，當(dāng)B/A=0.40.7時，為結(jié)渣煤；當(dāng)B/A=0.10.4時，為輕微結(jié)渣煤；當(dāng)B/A0.1時，為不結(jié)渣煤。從防止結(jié)渣要求來看，則B/A0.5為宜。對于液態(tài)排渣爐和旋風(fēng)爐，B/A1.18時，有自由SiO2存在并可能與CaO，MgO，F(xiàn)eO形成共晶體，使煤灰的熔化溫度下降，有可能出現(xiàn)結(jié)渣。硅比SR最初用于評價旋風(fēng)爐中灰渣的流動特性，也與煤灰中氧化鐵含量一起作為判別故固態(tài)排渣煤粉爐結(jié)渣傾向的指標(biāo)。即研究表明，較大的硅比意味著灰渣有較高的粘度。當(dāng)SR 72時不易發(fā)生結(jié)渣，當(dāng)SR （CaO+MgO）的煤，F(xiàn)e2O3/CaO3.0時

13、為結(jié)渣煤。所以鐵鈣比越大，結(jié)渣的可能性也越大。2煤灰熔融結(jié)渣指數(shù)煤灰熔融特性溫度最初用于層燃爐判別灰渣粘結(jié)性指標(biāo)，現(xiàn)沿用于固態(tài)排渣煤粉爐用于判別結(jié)渣傾向。當(dāng)灰粒處于變形溫度時，具有輕微粘結(jié)性，一般只會在受熱面上形成疏松的干灰沉積。當(dāng)灰粒處于軟化溫度時，將出現(xiàn)大量結(jié)渣；而在流動溫度下，則灰渣沿粘附壁面流動或滴落。因而，可用軟化溫度做是否結(jié)渣的判別界線。當(dāng)軟化溫度小于1260時為嚴(yán)重結(jié)渣煤；當(dāng)軟化溫度在12601390之間時，為中等結(jié)渣煤；當(dāng)軟化溫度大于1390時，為輕微結(jié)渣煤。美國常用結(jié)渣指標(biāo)Rt和RS作為爐膛結(jié)渣的判別指標(biāo)。若煤灰中Fe2O3/（CaO+MgO）1，則稱其為煙煤型灰，而Fe2O

14、3/（CaO+MgO）20%，則稱其為褐煤型煤灰，不同類型煤灰其結(jié)渣指數(shù)計算方法是不相同的。對煙煤型煤灰用下式計算：式中Sd干燥基硫分，%RS的分級界限為：RS 2.6時，為嚴(yán)重結(jié)渣煤。對褐煤型煤灰用下式計算結(jié)渣指數(shù)Rt，即式中 STmax在氧化性氣氛和還原性氣氛兩種測量值中較高的軟化溫度；DTmax在氧化性氣氛和還原性氣氛兩種測量值中較低的變形溫度。當(dāng)Rt 1343時，為不結(jié)渣煤；Rt =11491343時，為中等結(jié)渣煤；Rt 1149時，為嚴(yán)重結(jié)渣煤。3煤灰粘度結(jié)渣指數(shù)煤灰粘度最初用來表示液態(tài)排渣爐或旋風(fēng)爐內(nèi)低粘度灰渣的流動特性，近年來也用于判別固態(tài)排渣煤粉爐的結(jié)渣特性。研究表明，當(dāng)灰渣粘

15、度在501000Pas或2000Pas時，結(jié)渣的可能性較大或嚴(yán)重結(jié)渣。某些煤其煤灰的熔融特性相近，但粘度有一定的差別。特別在爐內(nèi)氣氛不同時，煤灰的粘度將有所不同，即還原性氣氛時煤灰的粘度比氧化性氣氛時要低。運(yùn)行中供氧和燃燒工況正常時不結(jié)渣的煤，在燃燒工況不佳而出現(xiàn)弱還原性氣氛時，可能會出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。采用煤灰粘度結(jié)渣指數(shù)可表示粘度物性曲線所處的溫度水平，即式中 T25氧化氣氛中，煤灰粘度為25Pas時的溫度：K； T1000還原性氣氛中，灰粘度為1000Pas時的溫度：K. 系數(shù)，按定性溫度Tfs查表2-4確定。表2-4 依Tfs確定fs值Tfs1900200021002200230024002

16、5002600270028002900fs1.01.31.62.02.63.34.15.26.68.311.0定性溫度Tfs按下式計算：式中 T200（氧化），T200（還原）分別為氧化氣氛、還原氣氛，灰粘度為2000Pas時的溫度，K。由上式可知，灰粘度曲線所處的溫度范圍越大，溫度水平越低，結(jié)渣指數(shù)RV值越高，結(jié)渣的可能性越嚴(yán)重。煤灰粘度結(jié)渣指數(shù)分級界限如表2-5所示。表2-5 煤灰粘度結(jié)渣指數(shù)的分級界限結(jié)渣指數(shù)RV渣型（CaO+MgO+ Na2O + K2O）或SiO2（Fe2O3+CaO+MgO+ Na2O + K2O）則稱為煙煤型灰，并呈酸性。表2-6 煤的鈉和氯作為沾污判別指標(biāo)的分級

17、界限 美國西部非煙煤，Na2O美國煙煤，Cl鍋爐沾污程度煤中含量（%）灰中含量（%）煤中含量（%）0.32.50.54.00.5嚴(yán)重如果Fe2O3（CaO+MgO+ Na2O + K2O）或SiO2（Fe2O3+CaO+MgO+ Na2O + K2O）則稱為褐煤型灰并呈堿性。兩種灰中鈉含量作為沾污判別指標(biāo)的分級界限如表27所示。表27 煤灰鈉含量作為沾污判別指標(biāo)的分級界限煙煤型灰褐煤型灰灰中Na2O含量（%）鍋爐沾污程度灰中Na2O含量（%）鍋爐沾污程度0.5低2.5嚴(yán)重8嚴(yán)重由表可知，在沾污程度相同的條件下，褐煤型灰需要的含鈉量要高些。應(yīng)指出的是，表中煙煤型灰的分級界限較為保守，實(shí)際運(yùn)行中許

18、多煙煤灰中Na2O含量為1.0%2.5%時，爐內(nèi)沾污仍很輕微。煤灰對高溫受熱面的沾污可用沾污指數(shù)Rf和Rf表示。即和 Fy = B* (Na2O)ws)/A式中 Na2O煤灰中Na2O成分的干燥基重量百分?jǐn)?shù)，%；（Na2O）ws煤灰中水溶性鈉含量，%。煤灰成分沾污指數(shù)的分級界限如表28所示。此表適用于煙煤型灰沾污性的判別，對褐煤型灰，表中 Fy不適用，而Fy可能會適用。表28 煤灰成分沾污指數(shù)Fy和 Fy的分級界限Fy Fy鍋爐沾污程度0.21.00.7嚴(yán)重2煤灰和飛灰燒結(jié)強(qiáng)度煤灰和飛灰燒結(jié)強(qiáng)度是一種直觀的沾污判別指標(biāo)，美國B&W公司以飛灰燒結(jié)強(qiáng)度作為判別粘污準(zhǔn)則的分級界限，如表29所示。表29 飛灰燒結(jié)強(qiáng)度的分級界限沾污類型燒結(jié)強(qiáng)度（MPa）輕