鍋爐高溫灰渣的控制培訓(xùn)教程

1、京能集團(tuán)運(yùn)行人員培訓(xùn)教程beih plant course電站鍋爐高溫灰渣的控制control of power plant boiler high temperature ashmajtd no.100.2目錄1、 原煤礦物質(zhì)在加工過程中發(fā)生可能影響鍋爐運(yùn)行的轉(zhuǎn)變32、 初始灰渣層（壁面玷污層）的形成73、 灰渣的形成84、 結(jié)渣積灰的危害125、 灰渣的形成、轉(zhuǎn)變、擴(kuò)展（增厚、流散）和脫落過程146、 影響灰渣黏粘力、塑性強(qiáng)度和結(jié)渣速率的基本物質(zhì)177、 煤灰中幾種氧化物對(duì)灰渣粘度即強(qiáng)度的影響188、 煤中礦物質(zhì)對(duì)煤灰熔融性的影響199、 燒結(jié)時(shí)間的影響2110、 煤灰的結(jié)渣傾向特性常用的

2、判別指數(shù)和判別方法2211、 鍋爐結(jié)構(gòu)特性對(duì)灰渣特性的影響2812、 鍋爐運(yùn)行工況對(duì)灰渣特性的影響3013、 各部位灰渣特征3114、 高溫灰渣的控制33 鍋爐灰渣是由原煤中的礦物質(zhì)在生產(chǎn)過程中經(jīng)過分選、輸送、磨制、分離、熱解、著火、燃燒等階段后的產(chǎn)物，其特性與原態(tài)礦物質(zhì)有很大不同，對(duì)鍋爐產(chǎn)生的磨損、灰渣沉積、腐蝕和玷污作用有著不同的機(jī)理和特征，如圖0-1。圖0- 11、 原煤礦物質(zhì)在加工過程中發(fā)生可能影響鍋爐運(yùn)行的轉(zhuǎn)變1.1 礦物質(zhì)在原煤中的存在形態(tài)1.1.1 煤中礦物質(zhì)的組成：（1） 礦物質(zhì)的分類： 礦物質(zhì)是泛指煤中包含的一切非煤無機(jī)物質(zhì)（如圖1-1）。不同種類的煤含有的礦物質(zhì)在數(shù)量、稱分

3、、組成上不同，就是同一種煤亦有差異，它不僅決定于產(chǎn)地和分布并且在一定程度上還受開采儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)纫蛩氐挠绊憽?煤中礦物質(zhì)按其來源有兩類：“固有礦物質(zhì)”和“外來礦物質(zhì)”。前者為成碳的植物中含有的不可燃部分，量少、分布均勻，一般只占煤重的13%，占總礦物質(zhì)約6%。后者一般是由反映礦區(qū)周圍地質(zhì)面貌的礦物質(zhì)碎粒和片屑組成，它分為：“共成礦物質(zhì)”和“外部礦物質(zhì)”。共成礦物質(zhì)是在成碳過程中與煤在同時(shí)、同地、相同條件下形成，分布較均勻。因與固有礦物質(zhì)具有相似特性，有人把它稱為“化合灰”，一般難以用機(jī)械的方法除去?！巴獠康V物質(zhì)”是在煤硬化后通過隙縫進(jìn)入和開采運(yùn)輸時(shí)混入的礦石、泥沙等雜質(zhì)，分布不均，變化大，用機(jī)械

4、方法可部分除去。這時(shí)各個(gè)煤?？煞謩e出現(xiàn)下列不同成分如表1-1：物質(zhì)種類無礦物質(zhì)煤?jiǎn)我坏V物質(zhì)黃鐵礦石英礦物共生體煤-礦物質(zhì)共生體密度 g/cm21.35.02.72.53.01.52.0熔融溫度115017001200160012001500表 1-1圖 1-1（2） 礦物質(zhì)的組成：1） 酸酐：硅酸酐、硫酸酐、碳酸酐、磷酸酐等； 2） 氧化物：si 、al、 fe 、ca 、mg 、na、 k等物質(zhì)的氧化物； 3） 硫化物：要是fes2。 上述酸酐和金屬氧化物的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成的一系列簡(jiǎn)單和復(fù)雜的鹽，其組成、結(jié)構(gòu)目前還不十分清楚。 1.1.2 煤中礦物質(zhì)的存在形式：大體上呈四大類：頁巖、粘土、硫分和

5、碳酸鹽其他還有一些次要礦物質(zhì)及微量成分，見表1-2。 類別典型礦物質(zhì)頁巖鉀云母 k2o.3al2o3.6sio2.2h2o鈉云母 na2o.3al2o3.6sio2.2h2o粘土 (ca,mg)o.al2o3.5sio2.nh2o高嶺土高嶺土 al2o3.2sio2.2h2o硫化物黃鐵礦，白鐵礦等碳酸鹽方解石，白云石，菱鐵礦，鐵白云石等鹽類礦物質(zhì)nacl，kcl，caso4等氧化物sio2，fe2o3，fe3o4等表 1-21.1.3 礦物質(zhì)中的主要元素及其存在形式：（1） si 、al si 、al主要存在于粘土礦物群中。（2） fe 除主要存在于黃鐵礦（包括白鐵礦）外，另外存在于菱鐵礦（f

6、eco3）、赤鐵礦（fe2o3）、磁鐵礦（fe3o4）中。鐵含量有的可高達(dá)40%以上。 （3） ca主要存在于碳酸鹽類的方解石(caco3)、白云石(caco3 mgco3)中，此外還存在于磷灰石（9cao 32po5 caf2）等中。ca還會(huì)以有機(jī)物的形式結(jié)合在腐殖酸中。 mg除存在于白云石中外，還存在于黑云母（k2o mgo al2o 33sio2 2h2o）等中。 ca的含量在煤中變化較大，一般褐煤中含有較多的ca，有的可達(dá)50%以上。mg在煤中一般很少超過5%。 （4） na、 k 一般含量小于2%左右，但有的可達(dá)5%6%，k主要存在于硅酸鹽中，na大部分以nacl形態(tài)含在有機(jī)化合物中

7、，此外還有一些na和 k的氫氧化物和碳酸鹽。 （5） cl、 p 、s cl在煤中的存在形式至今還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，一般認(rèn)為cl一部分以nacl形式存在，其余的則以離子態(tài)與有機(jī)質(zhì)聯(lián)在一起。煤中的磷多以磷酸鈣的氟化物形態(tài)出現(xiàn)。 硫份部分以有機(jī)物形式存在，但偶爾也會(huì)以硫酸鹽形式出現(xiàn)。后者通常存在于露出地面的風(fēng)化煤中。硫酸鹽里硫的份額極小一般低于0.01%，研究意義不大。有機(jī)硫在整個(gè)煤層中大體是均勻的，很難除去，除非煤的物性發(fā)生重大變化，有機(jī)硫一般占總硫量的2040%左右。其余硫分是以黃鐵礦（包括白鐵礦）形式呈現(xiàn)，煤中硫份一般只占14%。1.2 原煤在磨制等機(jī)械加工過程中的偏析和富集一般煤粉顆粒直徑范

8、圍為01000um，大多2050um的顆粒；煤粒中存在的主要是煤-礦物質(zhì)界面，在研磨、分離、輸送過程中，破裂易于在顆粒內(nèi)的固-固界面上發(fā)生，不僅破壞了煤灰本身原有結(jié)構(gòu)，而且把灰分顆粒中的各礦物質(zhì)分離開，使礦物質(zhì)產(chǎn)生偏析。磨制的煤粉中礦物質(zhì)的分布一般為: （1） 鋁硅酸鹽粘土礦物質(zhì)，磨制后存在于粒徑小于20微米的煤粉顆粒中； （2） 以石英形式存在的sio2和碳酸鹽(集中在中間顆粒，即2075微米范圍內(nèi)的煤粒中; （3） 硫化鐵，主要是fes2，趨向于集中在中間偏低粒徑，即1045微米范圍內(nèi)的煤粒中; （4） 氯化物分布在所有粒徑的煤粒中。 1.3 燃燒過程灰粒粒徑形成和分布規(guī)律 煤粉經(jīng)過燃燒后

9、形成的飛灰含有各種不同粒徑的灰顆粒，一般粒度均小于200，但大部分是1020。（1） 對(duì)于原生灰分，與煤中有機(jī)物相聯(lián)系的na離子、k離子及其氧化物在高溫下?lián)]發(fā)成氣態(tài)。而與煤有機(jī)體相連的鈣和鎂離子，當(dāng)煤燃燒，煤顆粒表面邊界層中的含氧量足夠低時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致鈣和鎂的揮發(fā)，但是揮發(fā)性的鈣和鎂一旦到達(dá)氧化性氣氛中(含氧量約為3%)便會(huì)迅速氧化生成小于1的小顆粒。揮發(fā)態(tài)的鈉、鈣、鉀一方面在殘留灰粒表面發(fā)生非均相的冷凝，生成低熔點(diǎn)灰粒相；另一方面，也發(fā)生均相成核凝結(jié)，生成0.020.5灰塵微粒。（2） 對(duì)于離散分布在煤中的次生灰分，在煤粒燃燒過程中，隨著碳的消耗，離散的灰粒發(fā)生積聚(核縮過程)。或者，碳燃燒時(shí)

10、發(fā)生破裂，灰粒也跟著破碎，形成不同尺寸的灰粒。（3） 對(duì)于外在灰分，有些灰粒在燃燒過程中熔化，粘接在一起形成較大的灰粒，而有些灰粒隨著碳粒在熔化過程中的爆破，形成尺寸較小的殘留飛灰。圖 1-2 飛灰顆粒典型尺寸分布（4） 由于飛灰在爐內(nèi)的生成機(jī)理不同，使得飛灰顆粒尺寸呈雙峰形分布（如圖1-2），第一個(gè)峰值在1左右，第二個(gè)峰值位于1012。第一個(gè)峰值是由于揮發(fā)性灰的冷凝。第二個(gè)峰值是灰分積聚和碎裂后的殘留飛灰。在絕大多數(shù)情況下，殘留飛灰的尺寸上限為單個(gè)煤顆粒的尺寸，尺寸下限為煤顆粒中單個(gè)灰粒的尺寸。1.4 灰粒向受熱面的輸運(yùn)過程 灰顆粒向受熱面壁面輸運(yùn)是結(jié)渣的重要環(huán)節(jié)，但只有較少顆粒能夠到達(dá)受熱

11、面壁面，絕大部分顆粒會(huì)攜帶其組份離開鍋爐，成為飛灰，只不過是顆粒中的組份在高溫和燃燒條件下發(fā)生了不同程度的燃燒和燒結(jié)?；翌w粒的輸運(yùn)機(jī)理主要有三類：第一類為揮發(fā)性灰的氣相擴(kuò)散；第二類為熱遷移；第三類為慣性遷移(如圖1-3)。（1） 對(duì)于尺寸小于1顆粒和氣相灰分，費(fèi)克擴(kuò)散、小粒子的布朗擴(kuò)散和湍流旋渦擴(kuò)散是重要的輸運(yùn)機(jī)理。（2） 對(duì)于小于10的顆粒，熱遷移是一種重要的輸運(yùn)機(jī)理。熱遷移是由于爐內(nèi)溫度梯度的存在而使小粒子從高溫區(qū)向低溫區(qū)運(yùn)動(dòng)。研究表明熱遷移是造成灰分沉積的重要因素之一。圖1不同尺寸灰渣輸運(yùn)機(jī)理。（3） 對(duì)于大于10的灰粒，慣性力是造成灰粒向水冷壁面輸運(yùn)的重要因素。當(dāng)含灰氣流轉(zhuǎn)向時(shí)，具有較

12、大慣性動(dòng)量的灰粒離開氣流而撞擊到壁面?；伊Ｗ矒舯诿娴母怕嗜Q于灰粒的慣性動(dòng)量、灰粒所受阻力、灰粒在氣流中的位置以及氣流速度。在典型的煤粉鍋爐中，氣流速為10m/s25m/s時(shí)，直徑為510灰粒就有脫離氣流沖擊水冷壁面的可能性。圖 1-3 不同尺寸灰渣運(yùn)輸機(jī)理 單位時(shí)間內(nèi)灰顆粒到達(dá)壁面的數(shù)量與原煤灰份、燃煤量成正比，因此從顆粒與壁面的接觸率上看，負(fù)荷高、灰份大的煤相對(duì)結(jié)渣傾向也大。2、 初始灰渣層（壁面玷污層）的形成 主要是硫酸鈉、硫酸鉀等易氣化礦物質(zhì)的凝結(jié)和極細(xì)飛灰對(duì)受熱面的玷污過程（鍋爐投運(yùn)后，受熱面管子周圍就會(huì)形成白色、很細(xì)的薄灰沉積層），沾污的形成通常經(jīng)歷了以下三個(gè)過程：內(nèi)白層、燒結(jié)內(nèi)層

13、和外部燒結(jié)層：種類反應(yīng)產(chǎn)物沉積機(jī)理捕捉效率含鐵有機(jī)物分解和氧化氧化物微粒熱泳、電泳沉積相當(dāng)高碳酸鹽分解氧化物微粒和大顆粒微粒（5m）熱泳、電泳沉積，大顆粒慣性撞擊低硫化物（主要是fes2）分解和氧化熔融態(tài)的中間硫化物和氧化物顆粒慣性撞擊高硅酸鹽玻璃花熔融富鐵硅酸鹽顆粒慣性撞擊中等表 2-1 煤中含鐵礦物在火焰中的行為（1） 內(nèi)白層的形成。內(nèi)白層的形成主要依靠含硫酸鈉較多的揮發(fā)性灰組分的氣相擴(kuò)散冷凝和微小顆粒的熱遷移及電泳沉積共同作用。這些微小顆粒由范德華力和靜電力保持在管壁上，這些含有低熔點(diǎn)硫酸鈉（熔點(diǎn)1175）的小顆粒與管壁金屬反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物，強(qiáng)化了微小顆粒與壁面的連接。內(nèi)白層具有良好

14、的絕熱性能，它的形成使得管外壁溫度升高。 （2） 內(nèi)白層向燒結(jié)層的過渡階段。內(nèi)白層形成后，揮發(fā)性的灰組分堿金屬鈉鉀鹽在內(nèi)白層上冷凝沉積，同時(shí)較大顆粒在慣性力的作用下沖擊到管壁的內(nèi)白層上，當(dāng)內(nèi)白層溫度升高到一定程度，這些低熔點(diǎn)的堿金屬鹽很容易出現(xiàn)液相并具有一定的粘度，這時(shí)它將捕獲慣性力輸送的灰顆粒，從而時(shí)內(nèi)白層不斷的增厚。 （3） 外部燒結(jié)層的形成。隨著內(nèi)白層的變厚，積灰表面溫度升高到接近煙氣溫度，揮發(fā)性組分將不再得到冷凝，這時(shí)候積灰表面主要是捕獲由慣性力輸運(yùn)的大顆粒。而在持續(xù)高溫的情況下，積灰表面的迎煙側(cè)開始形成連續(xù)的液固黏性基體，它能裹住并粘附灰粒，捕獲所有沖擊到其上的顆粒，并與它們結(jié)合成堅(jiān)

15、實(shí)牢靠的積灰。 對(duì)具有潛在結(jié)渣傾向的煤，初始沉積層主要由揮發(fā)性灰冷凝而形成，具有較低熔點(diǎn)的堿金屬和堿土金屬硫酸鹽，呈液態(tài)容易捕捉飛灰。對(duì)潛在結(jié)渣傾向小的煤，初始沉積層有一部分是由小顆粒的熱遷移而產(chǎn)生，對(duì)慣性撞擊灰的捕獲能力較小。由于從工程和運(yùn)行控制角度考慮，很難防止初始沉積層的形成，不過好在初始沉積層的厚度較薄，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行不構(gòu)成影響。因此，造成爐內(nèi)結(jié)渣迅速增加，并對(duì)鍋爐安全運(yùn)行構(gòu)成威脅的主要因素是慣性沉積。3、 灰渣的形成3.1 灰渣的分類按灰渣粘聚的緊密程度由弱到強(qiáng)可分為七種，見表3-1：渣型代號(hào)灰渣特征附著灰g無粘聚特征，灰粒呈松散堆積狀微粘聚渣f外形上有粘聚特性，容易切割，切割下的

16、灰呈疏松塊狀弱粘聚渣e灰渣粘聚特性加強(qiáng)，容易切割，但有一定的硬度粘聚渣d灰渣粘聚在一起，較硬，切刮困難，但仍然可以從渣探針上切割下來強(qiáng)粘聚渣c(diǎn)粘聚灰渣更硬，無法從渣探針上切割下來，渣棒為不規(guī)則的粘聚硬渣粘熔渣b灰渣有熔融與半熔渣粘聚起來，無法切割熔融渣a灰渣全熔，渣棒為流渣覆蓋，有渣泡形成表 3-13.2 灰渣的燒結(jié)原理（1） 燒結(jié)的宏觀定義：在高溫下（不高于熔點(diǎn)），礦物質(zhì)固體顆?；蝾w粒團(tuán)的相互粘接、鍵聯(lián)，晶粒長(zhǎng)大，空隙(氣孔)和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為具有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體，這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。微觀定義：固態(tài)中分子（或原子）間存在互相吸引，通過加

17、熱使質(zhì)點(diǎn)獲得足夠的能量進(jìn)行遷移和傳質(zhì)，使粉末體產(chǎn)生顆粒黏結(jié)，產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過程稱為燒結(jié)。燒結(jié)溫度ts與其熔點(diǎn)tm之間關(guān)系的一般規(guī)律：金屬粉末ts（0.30.4）tm；無機(jī)鹽類ts0.57tm；硅酸鹽類ts（0.80.9）tm。（2） 傳質(zhì)在燒結(jié)初期或較低溫度下以表面擴(kuò)散為主：對(duì)擴(kuò)散傳質(zhì)，延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間并不能達(dá)到致密化。溫度升高，加快燒結(jié)。溫度起決定性作用。（3） 傳質(zhì)在燒結(jié)中期或灰渣層中部，含有一定比例的液相成份，為具有活潑液相傳質(zhì)過程：1） 溶解-沉淀傳質(zhì)：較小顆粒在顆粒接觸點(diǎn)處溶解，通過液相傳質(zhì)在較大顆?；蝾w粒的自由表面上沉積，最終使晶粒長(zhǎng)大和渣層致密化。影響因素：顆粒原始粒

18、度越小、粉末特性 ：溶解度越潤(rùn)濕、液相數(shù)量越大、燒結(jié)溫度越大，粘度越低，傳質(zhì)越快。2） 顆粒重排：顆粒在毛細(xì)管力作用下，通過粘性流動(dòng)或在一些顆粒間接觸點(diǎn)上由于局部應(yīng)力的作用而進(jìn)行的重新排列，使顆粒堆積的更加緊密。影響因素：液相數(shù)量；固-液二面角；固液潤(rùn)濕性。 （4） 在燒結(jié)后期或灰渣層上部主要是流動(dòng)傳質(zhì)，黏度越小、物料的粒度越細(xì)，燒結(jié)得越快。顆粒尺寸從10m1m，燒結(jié)速率 10倍。粘度 是控制燒結(jié)率的重要因素，受溫度影響大，t，燒結(jié)率。如：t變化100，約變化1000倍。表明黏度越小，物料的粒度越細(xì)，燒結(jié)得越快。1） 粘性流動(dòng)：在高溫下，依靠液體粘性流動(dòng)而致密化是大多數(shù)硅酸鹽材料燒結(jié)的主要傳質(zhì)

19、過程。2） 塑性流動(dòng)：在燒結(jié)過程中，當(dāng)液相含量很少時(shí)，燒結(jié)物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在高溫和表面張力作用下，超過屈服值f后，流動(dòng)速率才與作用的剪切應(yīng)力成正比。3.3、灰渣沉積過程的主要特點(diǎn)（1） 電站鍋爐爐內(nèi)中心溫度約為15001700，煤粒燃燒時(shí)其本身溫度要比爐內(nèi)溫度高200300，因而煤灰在爐膛中心幾乎全部為液態(tài)。在液態(tài)灰顆粒受慣性作用而向水冷壁運(yùn)動(dòng)過程中，如果灰顆粒運(yùn)動(dòng)速度快，受到的冷卻效果差，熔融的灰顆粒就很容易粘附，使渣層迅速積聚長(zhǎng)大。（2） 灰顆粒的聚合力：顆粒以固相作為主體和骨架，點(diǎn)狀液相成份為粘連點(diǎn)和傳質(zhì)通道，通過傳質(zhì)在兩個(gè)顆粒（團(tuán)）的液相接觸面形成新的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。灰顆粒整體的變形溫度dt和熔

20、化溫度ft差值越大，其內(nèi)部各組份融化出現(xiàn)液相的溫度差距就越大，液固兩相結(jié)構(gòu)存在的溫度范圍也就越大，其內(nèi)部粘度、結(jié)合力就越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)外呈現(xiàn)的粘合力也就越大。（3） 由于各灰渣顆粒組份的不均勻性、各礦物質(zhì)顆粒在燃燒過程的相對(duì)獨(dú)立性以及灰渣在氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)中分布的不均勻性，組份不同的煤灰顆粒在燃燒過程中的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物也會(huì)有較大差別；大部分顆粒并不會(huì)與壁面或渣層接觸，能夠與壁面接觸、接觸后能夠粘附、粘附后能夠存在至灰渣沉積層加劇階段的顆粒概率隨爐內(nèi)工況不同而不斷發(fā)生變化。例如有的慣性顆?？赡苤皇菍?duì)灰渣顆粒進(jìn)行沖擊后就自動(dòng)離開；有的灰顆粒到達(dá)受熱面時(shí)可能直接附著在壁面上，也可能疊加在先

21、生灰渣顆粒上（這種行為比例比粘附壁面比例更大），只是增加了渣層重量和被外界力量擾動(dòng)的體積，沒有對(duì)壁面的粘附起到推動(dòng)和加劇作用；有的還可能與其它顆粒發(fā)生凝聚現(xiàn)象，不但內(nèi)部結(jié)構(gòu)力增強(qiáng)，體積也相對(duì)縮小，變得致密堅(jiān)固。因此對(duì)灰顆粒的結(jié)渣傾向分析，不能完全按原煤的均勻組份進(jìn)行分析。1） 富含低熔點(diǎn)組份的顆粒在熱擴(kuò)散過程中有趨近受熱面的特征，這一點(diǎn)對(duì)分析評(píng)價(jià)灰渣初始沉積和發(fā)展速率有重要意義。低溫粘接面上形成的灰渣成份（如水冷壁管壁上的結(jié)渣）總是偏離原煤礦物質(zhì)平均成份。2） 與煙氣接觸的熱表面熔融狀態(tài)存在的溫度環(huán)境越高、時(shí)間越長(zhǎng)，其組份越均勻并趨近于煤灰礦物質(zhì)的平均組份，這對(duì)分析熔融渣發(fā)展趨勢(shì)和評(píng)價(jià)其高溫流

22、動(dòng)特性和粘度特性有重大意義。如衛(wèi)燃帶和火焰直接沖刷形成的灰渣。3） 處于兩相狀態(tài)的顆粒在相變過程中，各組份重組結(jié)合，新結(jié)構(gòu)的能級(jí)與反應(yīng)溫度、反應(yīng)界面決定的能量級(jí)比較一致，有向同一結(jié)構(gòu)形式發(fā)展的趨勢(shì)，在降溫冷卻過程中呈現(xiàn)出新結(jié)晶結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)降低的趨勢(shì)。4） 單一顆粒呈現(xiàn)機(jī)械混合物相變溫度區(qū)寬的特點(diǎn)，各組份特性差別越大，相變區(qū)越寬；組份不同，相變的開始和結(jié)束溫度差距就大，灰渣的流動(dòng)性能相對(duì)。5） 液相成份有對(duì)有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的組織體產(chǎn)生浸潤(rùn)的作用，使以液相成份結(jié)晶重組的構(gòu)架范圍有向其它顆?；蝾w粒團(tuán)、壁面結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的趨勢(shì)，成為顆粒黏結(jié)并進(jìn)一步凝聚、互溶的的基點(diǎn)。（4） 灰渣沉積層生成和發(fā)展的基本條件是：灰渣顆

23、?；蚧以鼒F(tuán)、層以及與壁面初次相互接觸時(shí)，其接觸面有一定的液相成份，呈現(xiàn)出足夠的黏性和塑性，并且這一粘接力大于其自重、氣流擾動(dòng)和其它灰顆粒的慣性沖擊。1）灰渣層或團(tuán)、顆粒冷表面：作為原始直接與壁面接觸粘連的，因被其本身高的熱阻把其與高溫?zé)煔飧綦x，處于被低溫受熱面吸熱冷卻狀態(tài)，不能維持高溫，液相成份逐步降低的表面。冷表面與壁面的結(jié)合力是決定灰渣層能否進(jìn)一步增厚的的主要因素，其主要由液相基點(diǎn)、接觸面和傳質(zhì)速度決定。l 冷卻速度：冷表面與受熱面之間的熱阻，受熱面的壁溫，其中是否存在繼續(xù)燃燒放熱的可燃物，如s、h、c等；在火焰偏斜、未燃盡熔融顆粒直接沖刷粘附，以及衛(wèi)燃帶以及超溫管壁上，會(huì)發(fā)生冷卻速度降速

24、慢甚至升溫的情況；屏式受熱面壁溫超溫。l 與壁面或其它固定物進(jìn)行傳質(zhì)，形成新的結(jié)合方式的速度：如高溫腐蝕，這種情況往往與火焰直接沖刷和管壁超溫同時(shí)發(fā)生。l 再結(jié)晶生成熔點(diǎn)更低的復(fù)合結(jié)晶結(jié)構(gòu)：最終結(jié)晶結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)的極限溫度是壁面溫度，還原性氣氛、低價(jià)fe等的濃度等，這決定于煤種的熔融特性和壁面反應(yīng)氣氛。l 冷表面的粗糙度和垂直方向的支持力，如衛(wèi)燃帶、燃燒器水冷套讓管區(qū)、屏式受熱面水平結(jié)構(gòu)、冷灰斗斜坡、高溫腐蝕區(qū)等?；鹧嬷苯記_刷往往同時(shí)具備了灰顆粒粘附力增強(qiáng)的幾個(gè)因素：高溫環(huán)境、還原性氣氛、高溫腐蝕、各種礦物質(zhì)的富集，因此結(jié)渣嚴(yán)重往往是必然現(xiàn)象。如果在熱阻較小的受熱面上產(chǎn)生了嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象，必然也同時(shí)意

25、味著，火焰推遲至受熱面上燃燒而并非處于降溫階段。燃煤成份嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，含結(jié)渣傾向嚴(yán)重的組份的顆粒有較大比例處于煙氣切圓外層，結(jié)渣速率大于灰渣脫落速率，新的粘接性顆粒更多的是直接粘附在壁面后，然后與附近顆粒連接成片，為原有的頻臨脫落的顆粒提供了新的連接力量。衛(wèi)燃帶具備了表面粗糙、溫度高、火焰成份擴(kuò)散距離小的條件，因此也屬于結(jié)渣敏感區(qū)。2）灰渣層或團(tuán)、顆粒熱表面：一般情況下，粘附在受熱面上的慣性顆粒的熱表面能否持續(xù)呈現(xiàn)一定程度的熔融性和粘度，是捕捉其它慣性顆粒并維持塑性狀態(tài)而不發(fā)生流渣和斷裂，促使灰渣沉積層繼續(xù)沿增厚的關(guān)鍵。當(dāng)其處于完全熔融狀態(tài)，固相成份很少時(shí)，就會(huì)達(dá)到牛頓流體狀態(tài)，而成為流渣。

26、l 灰渣層熱表面的灰顆粒能否呈可以流動(dòng)（非浸潤(rùn)）的熔融狀態(tài)，是結(jié)渣由粘聚渣向粘熔渣轉(zhuǎn)變的基本條件。 l 液態(tài)熔渣作為多種組分的復(fù)合熔體，熱表面下的灰渣層在降溫過程中隨著固相結(jié)晶的析出，將發(fā)生一系列液、固兩相反應(yīng)，形成復(fù)合晶體，同時(shí)沿降溫進(jìn)程還會(huì)逐漸生成玻璃相，整個(gè)過程機(jī)理是很復(fù)雜的。這種液、固兩相熔體通常稱為塑性流體，其粘度為熔體的塑性粘度。 l 臨界粘度和臨界粘度溫度。熔渣由真實(shí)液態(tài)過渡到塑性狀態(tài)，往往在粘度曲線上產(chǎn)生明顯的折變，這是由于在折變點(diǎn)的溫度下，熔體突然有大量晶體析出的緣故。通常把這一折變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的粘度一一絕對(duì)粘度區(qū)域和塑性粘度區(qū)域的準(zhǔn)分界點(diǎn)叫做這種熔渣的臨界粘度，而其對(duì)應(yīng)的溫度叫做

27、臨界粘度溫度或簡(jiǎn)稱臨界溫度。 l 灰渣對(duì)壁面的結(jié)合力是決定非熔融渣厚度的關(guān)鍵因素，而完全熔融渣作為牛頓流體，其厚度則主要由其臨界粘度和溫度決定。3）灰渣層或團(tuán)、顆粒中間層：由于灰渣層本身的高熱阻，一個(gè)灰渣層從厚度方向上，由冷表面至熱表面，溫度大梯度升高，液相成份比例逐步增加，對(duì)于處于相對(duì)疏松粘聚狀態(tài)的沉積層結(jié)構(gòu)，其粘合力是逐步增加的；而對(duì)處于融聚狀態(tài)的沉積層結(jié)構(gòu)，其塑性粘度和強(qiáng)度逐步降低，是符合塑性流體特征的兩相結(jié)構(gòu)。 因此一個(gè)沉積層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由其各層形成時(shí)的結(jié)構(gòu)決定的，后期的傳質(zhì)過程有加強(qiáng)的作用，當(dāng)傳質(zhì)結(jié)束或緩慢時(shí)，其結(jié)構(gòu)是相對(duì)穩(wěn)定的。4）灰渣強(qiáng)度：顆粒與顆粒之間的結(jié)合力（灰渣強(qiáng)度），

28、主要由顆粒與顆粒以及顆粒團(tuán)之間的結(jié)合方式?jīng)Q定，在發(fā)生熔融狀態(tài)時(shí)各顆粒連接處組份可能發(fā)生化學(xué)和結(jié)晶反應(yīng)，生成粘度發(fā)生變化的新結(jié)構(gòu)，其粘度和強(qiáng)度比原顆粒團(tuán)大大提高，但其熔點(diǎn)可能降低，液固兩相中液相比例增加，因此會(huì)有灰渣層整體強(qiáng)度和速度同時(shí)提高的現(xiàn)象。l 松散、顆粒獨(dú)立存在、無黏粘基點(diǎn)的附著灰強(qiáng)度主要取決于其顆粒度、孔隙率和吸附能力。l 比較松散、多孔的黏粘性灰渣強(qiáng)度主要取決于粘連基點(diǎn)密度、均勻度、粘連點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)晶重組程度，這與顆粒及顆粒團(tuán)大小即相互之間的接觸面、冷卻結(jié)晶時(shí)的液相比例以及液相浸潤(rùn)速度和時(shí)間有關(guān)，低熔點(diǎn)成份越多、浸潤(rùn)范圍越大，以結(jié)晶體連接的范圍越大，結(jié)合力也就越大；浸潤(rùn)范圍取決于

29、顆粒（團(tuán)）之間接觸面的毛細(xì)孔率、液相比例和浸潤(rùn)時(shí)間，冷卻速度越快浸潤(rùn)范圍就會(huì)越??；有效的毛細(xì)孔率主要是由顆粒度和液相的浸潤(rùn)能力決定的，這都與顆粒（團(tuán)）的形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著液相比例的增加，浸潤(rùn)范圍的擴(kuò)展，灰渣的黏粘性逐步加強(qiáng)。一般情況下，低熔點(diǎn)成份越多、燃燒溫度越高，顆粒的黏粘性越強(qiáng)，最后形成的灰渣強(qiáng)度也就越大。5）灰渣沉積速率： 煤灰顆粒到達(dá)壁面時(shí)有一定的黏粘力和塑性，是結(jié)渣的基本條件；灰渣層冷表面的冷卻速度、灰渣溫度、相同空間具有黏粘力的灰渣的濃度，是決定灰渣層能否繼續(xù)團(tuán)聚的基本條件，即冷表面在尚未失去自身黏粘力或來自受熱面結(jié)構(gòu)的結(jié)合力時(shí)，新的熱渣與之交疊并提供了與受熱面結(jié)構(gòu)的結(jié)合力，其團(tuán)聚

30、后與受熱面結(jié)構(gòu)總的結(jié)合力大于由氣流擾動(dòng)和重力產(chǎn)生的脫離力，團(tuán)聚現(xiàn)象才能繼續(xù)發(fā)生。 高溫腐蝕斑點(diǎn)、澆注料以及各處斜坡、水平管等是增加灰渣層與壁面附加結(jié)合力、使灰渣層熱表面的灰顆粒能否呈可以流動(dòng)（非浸潤(rùn)）的熔融狀態(tài)，使粘聚渣向粘熔渣轉(zhuǎn)變的基本條件；灰渣的變形溫度dt和熔化溫度ft差值同向決定灰渣厚度。4、 結(jié)渣積灰的危害 （1） 降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力。熱阻大，一般污染數(shù)小時(shí)后水冷壁傳熱能力會(huì)降低30%60%。結(jié)渣引起爐內(nèi)火焰中心后移，爐膛出口煙溫升高，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低1%2%（如圖4-1）。鍋爐中對(duì)流換熱系數(shù)比較和常見物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)比較見表4-1項(xiàng)目對(duì)流換熱系數(shù)（w/m2。k）導(dǎo)熱系

31、數(shù)（w/m。k）介質(zhì)汽水側(cè)煙氣側(cè)金屬氧化物沉積物數(shù)值1.11.71042020040100.033表 4-1（2） 灰渣引起其沉積部位受熱面管材沾污和腐蝕，并造成后部受熱面超溫。 （3） 噴燃器出口結(jié)渣會(huì)影響煤粉氣流正常噴射，甚至噴口被焦渣堵住。另外，焦渣易引起氣流偏移，形成局部高溫，燒壞噴燃器。 圖 4-1（4） 出現(xiàn)積灰結(jié)渣的惡性循環(huán)。水冷壁管在沾污的過程中，由于沾污層熱阻很大，灰層表面的溫度不斷提高，當(dāng)局部熱負(fù)荷過大，爐內(nèi)空氣動(dòng)力組織不良、火炬中心貼墻及灰熔點(diǎn)較低時(shí)，都會(huì)使積灰結(jié)渣過程迅速增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響鍋爐的正常運(yùn)行。即使是正常運(yùn)行的鍋爐，由于沾污，水冷壁管溫亦大大高于飽和水溫度。對(duì)一般

32、鍋爐，光管水冷壁灰污層溫度只比火炬溫度低250400，因此為下一步積灰、結(jié)渣加劇提供了高溫條件。當(dāng)運(yùn)行不正常、操作不當(dāng)、煤質(zhì)變劣等條件出現(xiàn)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生積灰、結(jié)渣惡性循環(huán)。 （5） 產(chǎn)生高溫腐蝕。沾污后的水冷壁管受到灰和煙氣復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高溫腐蝕，管壁厚度由外壁向內(nèi)壁減薄。鍋爐壓力越高，就越容易產(chǎn)生高溫腐蝕。從發(fā)生高溫腐蝕的部位來看，大多在布置噴燃器高度的區(qū)域內(nèi)。國(guó)內(nèi)某些腐蝕嚴(yán)重的電廠，其水冷壁管年腐蝕量達(dá)0.822.srnrn。國(guó)外燃用無煙煤的液態(tài)排渣300mw機(jī)組也經(jīng)常出現(xiàn)高溫腐蝕，最大的腐蝕速度高達(dá)1，8zmnlla。 （6）燃燒室上部大塊渣掉落時(shí)，會(huì)砸壞水冷壁管和冷灰斗，有可

33、能使冷灰斗出口發(fā)生堵塞，造成爐膛滅火、氫爆，甚至人身傷亡。 （7）在傳熱減弱的情況下，為維持鍋爐出力需要更多燃料，使引、送風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，因此引起電耗增加。另外，由于通風(fēng)設(shè)備的容量有限，加之結(jié)渣時(shí)易發(fā)生煙氣通道阻塞，可能會(huì)造成引風(fēng)量不足，燃燒不完全。5、 灰渣的形成、轉(zhuǎn)變、擴(kuò)展（增厚、流散）和脫落過程 因?yàn)闋t內(nèi)溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和氣流動(dòng)力場(chǎng)的正常梯度分布，煤灰顆粒群中富含危險(xiǎn)低熔點(diǎn)（接近受熱面壁溫：清潔的水冷壁、屏式受熱面外壁溫度一般都分別在500、700以下，水冷壁灰污層溫度比火炬溫度低250400）組份，在壁面附近溫度下處于液固兩相狀態(tài)而具有黏粘性的顆粒所占比例很低，而且其也只是一少部分能夠到達(dá)

34、受熱面壁面并沉積下來（但不一定能夠穩(wěn)定存在），因此絕大部分顆粒沒有在黏結(jié)狀態(tài)下接觸壁面的機(jī)會(huì)，煤粉燃燒鍋爐燃燒后的絕大部分顆粒在通過輻射發(fā)熱和與煙氣的熱交換降溫冷卻后后，飛出爐膛出口，成為飛灰。 只有在煤質(zhì)與鍋爐設(shè)計(jì)爐膛參數(shù)異常偏離或火焰嚴(yán)重偏斜、爐膛溫度過高等情況下，慣性沖撞到壁面的、組份液相比例大的煤灰顆粒單體數(shù)量明顯增加，且不能在受熱面上快速冷卻脫落，就被后續(xù)到來的顆粒覆蓋，在其附近環(huán)境溫度升高或其本身繼續(xù)燃燒放熱的影響下，使其能夠較長(zhǎng)時(shí)間保持粘黏狀態(tài)，最終造成煤灰顆粒結(jié)渣速度和強(qiáng)度明顯升高的情況下，才會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的灰渣沉積現(xiàn)象。 隨著爐膛溫度的降低和鍋爐運(yùn)行參數(shù)的降低，積聚在水冷壁表

35、面的灰渣由于溫度下降導(dǎo)致其由高負(fù)荷下的熔融狀態(tài)向固態(tài)化方向轉(zhuǎn)變，并且對(duì)水冷壁的附著力也大大下降，從而在某種特定情況下發(fā)生掉焦。5.1 產(chǎn)生玷污層并非產(chǎn)生灰渣沉積的決定因素：受熱面壁面溫度的升高，增加了顆粒粘性粘接產(chǎn)生灰渣沉積的幾率，此時(shí)撞擊在受熱面上的粘性灰粒只有一少部分被粘接并形成少量的疏松、多孔、容易脫落的灰層，在被快速冷卻后，與壁面的結(jié)合力降低，可能會(huì)因各種因素(如重力、氣流剪切力、灰粒撞擊等)的作用而脫落，成為落渣，落入冷灰斗。也可能因沉積物內(nèi)部燒結(jié)及捕捉表面的存在等而繼續(xù)粘附。5.2 灰渣初始沉積層的形成：爐管上灰沉積物迅速聚結(jié)的基本條件是存在一個(gè)粘性表面，粘性表面一般由硫酸鈉、硫酸

36、鈣或鈉、鈣與硫酸鹽的共晶體等物質(zhì)組成的液固兩相結(jié)構(gòu)。粘性沉積物的液相會(huì)對(duì)對(duì)金屬或耐火材料具有潤(rùn)濕作用，并且灰成分一般也能相互潤(rùn)濕，這樣由于粘附作用而形成初始沉積層。 此時(shí)為微粘聚渣向粘聚渣發(fā)展的階段。 5.3 一次沉積層的形成：隨著初始沉積層的加厚，煙溫升高，沉積速率加快，沉積物與沉積物之間以及沉積物與受熱面之間粘接強(qiáng)度增加，沉積層表面溫度升高，直至沉積到沉積層的熔融或半熔融顆?；静辉侔l(fā)生凝固而形成粘性流體層，即捕捉表面。此時(shí)為粘聚渣向粘融渣發(fā)展的階段。 粘聚性、粘融性灰渣層厚度是由其冷表面與壁面的結(jié)合力決定的，一般來說灰渣初始層塑性粘度越小，厚度越大，結(jié)合面溫度、粗糙度、腐蝕程度越大，厚度

37、越大。 5.4 二次沉積層的形成：捕捉表面形成后，無論灰粒的粘度、速度及碰撞角度如何，只要接觸到沉積層的顆粒一般均會(huì)被捕捉，使沉積層快速增加，被捕捉的固體顆粒溶解在沉積面上，使熔點(diǎn)或粘度升高，從而發(fā)生凝固而又形成新的捕捉表面，直到沉積表面溫度達(dá)到重力作用下的極限粘度值時(shí)的溫度，使沉積層的形成不再加厚而使撞擊上的灰粒沿管壁表面向下流動(dòng)。 此時(shí)為粘融渣向熔融渣發(fā)展的階段。因?yàn)榇藭r(shí)幾乎各種組份不同的顆粒幾乎都有進(jìn)入熱表面層的可能，因此穩(wěn)定的熔融渣層厚度的主要影響因素，是入爐煤的全部礦物質(zhì)的平均組份所決定的臨界粘度、爐膛溫度和結(jié)渣面的傾斜角，高熔點(diǎn)組份起著提高流體粘度、降低其流動(dòng)性的作用。總體認(rèn)為灰渣

38、中sio2、a12o3增加粘度，而堿金屬減少粘度。鐵、鎂也是減少粘度的成分。鈣在一定范圍內(nèi)變化時(shí)減少粘度，當(dāng)大于某一值后，增加鈣會(huì)不會(huì)再產(chǎn)生影響。5.5 灰渣顆粒與壁面接觸面（冷表面）的結(jié)合力主要決定于壁面的粗糙程度、顆粒黏著力（不同于灰渣內(nèi)部粘度，其主要反應(yīng)灰渣液固兩相狀態(tài)下的液相比例和塑性變形能力），這兩個(gè)因子越大，相同量的顆粒與壁面的接觸面積也越大，二者的結(jié)合力也就越大；當(dāng)發(fā)生管壁灰渣腐蝕時(shí)，灰渣組份與管壁內(nèi)部材料組織的結(jié)合方式產(chǎn)生了復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)合強(qiáng)度會(huì)大幅增加。5.6 穩(wěn)定的熔融灰渣層（厚度和內(nèi)部組份結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化）從厚度方向上各層結(jié)構(gòu)不同，液相比例、晶體組份比例和各顆粒之

39、間及顆粒團(tuán)間的結(jié)構(gòu)形式，也就是其塑性和強(qiáng)度（粘度），決定于其所處的溫度水平和內(nèi)部組份的熔點(diǎn) ：（1）最外層的沉積層：熔融狀態(tài)的液相比例最高，塑性、對(duì)外粘附力即捕獲能力最大，溫度高于臨界粘度溫度，故而粘度較低，強(qiáng)度低，處于牛頓流體狀態(tài)，沉積層的增加不再向厚度方向發(fā)展，而使撞擊上的灰粒沿管壁表面向下流動(dòng)。由于溫度接近火焰溫度，除熔點(diǎn)很高的石英石、a12o3外大部分組份處于熔融狀態(tài)。（2）最內(nèi)層的沉積層：1）溫度遠(yuǎn)低于初期形成溫度和外層溫度，液相比例最?。?）因?yàn)閮?nèi)層初期形成時(shí)原生組份的低熔點(diǎn)機(jī)理和微粘結(jié)灰渣結(jié)構(gòu)相對(duì)松散、多孔的結(jié)構(gòu)，以及外層高溫度、低熔點(diǎn)成份以液相狀態(tài)的浸潤(rùn)擴(kuò)散作用，故其所含低熔點(diǎn)

40、成份比例最大，同時(shí)由于低熔點(diǎn)成份的結(jié)晶放熱，致使對(duì)原熔點(diǎn)較高的顆粒固體組份產(chǎn)生復(fù)合結(jié)晶作用，形成的復(fù)合結(jié)晶體熔點(diǎn)相對(duì)降低，因此整個(gè)灰渣層的熔點(diǎn)最低；3）有明顯的低熔點(diǎn)成份由外部加入，促進(jìn)原有高熔點(diǎn)成份生成低熔點(diǎn)結(jié)構(gòu)的自我浸潤(rùn)作用，以維持其液相成份和對(duì)壁面的附著力。松散灰渣顆粒的結(jié)合由空隙率較大的宏觀黏結(jié)狀態(tài)向結(jié)晶熔合致密的大孔洞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，外部液相的浸潤(rùn)通道逐漸封閉減少；4）其最終的穩(wěn)定狀態(tài)由附著壁面溫度和煤種成份決定，煤種低熔點(diǎn)成份越多，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)也就越多、顆粒結(jié)合越致密，強(qiáng)度也就越大。5）壁面溫度決定于冷表面下的管壁溫度、玷污層（衛(wèi)然帶）的熱阻和熱表面上的灰渣層厚度，灰渣層厚度越大，壁面

41、溫度越低，液相比例越少，對(duì)壁面的結(jié)合力也就越低，最后在附著力漸低和單位結(jié)合面灰渣層重量漸增的共同作用下，灰渣層從內(nèi)層與附著層的結(jié)合面處解體。（3）中間灰渣層結(jié)構(gòu)是內(nèi)層向外層漸變的過渡層，液相比例同步漸增。5.7 穩(wěn)定的熔融灰渣層（厚度和內(nèi)部組份結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化），流渣流過溫度較低的壁面或灰渣層時(shí)（流渣或爬渣），必然發(fā)生冷凝現(xiàn)象，形成結(jié)合力更強(qiáng)的新的冷表面（如圖5-1）：（1） 流過原有灰渣層時(shí)，由于其在流動(dòng)冷卻過程中會(huì)侵入原有粘結(jié)性渣層多孔的中間層，因此原渣層和新的流渣層被連接在一起，出現(xiàn)粘熔渣或新型的、致密性、結(jié)合力更強(qiáng)的初始層。新舊渣層成為一個(gè)整體，其冷表面結(jié)合力得到大大提高，可維持的渣層總

42、量快速增加，出現(xiàn)致密的流渣沉積層逐步成為主體并不斷擴(kuò)展的粘熔渣現(xiàn)象。同時(shí)在原生渣層空隙被完全堵塞時(shí)，不斷增厚的冷渣層與壁面的結(jié)合力也不再增加；因此在一定的煙氣溫度環(huán)境、一定的灰渣成份、一定厚度的渣層下，由于冷渣層的不斷加厚，其冷表面溫度趨近于管內(nèi)工質(zhì)溫度，結(jié)合力不斷下降，部分冷表面脫離壁面、呈懸掛狀態(tài)，如周圍熔渣不能及時(shí)侵入，這一間隙會(huì)不斷擴(kuò)展，連成整體的渣層與壁面總的接觸面積和結(jié)合力就會(huì)不斷下降。直至發(fā)生大面積垮焦現(xiàn)象。（2） 流過無渣層的清潔低溫壁面時(shí)，快速冷凝，形成相對(duì)單一的熔渣層，其特點(diǎn)是：內(nèi)層呈晶體或玻璃體形式，結(jié)構(gòu)比較單一，致密度和塑性粘度最大；當(dāng)流渣流過的壁面溫度隨爐膛溫度和壁面

43、溫度逐步降低時(shí)，因其塑性粘度增加、流動(dòng)性變差，厚度逐步增加，從而形成向爐膛中心方向厚度漸大的坡面，達(dá)到一定程度時(shí)，流渣就會(huì)脫離熱渣面直接落入下方的冷灰斗，造成連續(xù)落焦的現(xiàn)象。（3） 流渣的擴(kuò)展會(huì)造成所到之處乃至全爐膛溫度的升高，致使結(jié)渣量總體增加，流渣范圍和速度增加，渣體與壁面的結(jié)合力增加，使其不易脫落但厚度卻進(jìn)一步降低，大部分灰渣以較薄的流態(tài)形式擴(kuò)展，且不易清除；此時(shí)會(huì)因爐膛出口煙溫快速升高、過再熱器超溫、負(fù)荷無法維持而被迫停運(yùn)。圖 5-16、 影響灰渣黏粘力、塑性強(qiáng)度和結(jié)渣速率的基本物質(zhì)6.1 粘聚渣的聚合力一般來自硫酸鈉、硫酸鈣或鈉、鈣與硫酸鹽的共晶體等低熔點(diǎn)的粘性基質(zhì)。在爐內(nèi)，硫酸鈉是

44、同煤中有機(jī)體一體的nacl，與來自黃鐵礦或有機(jī)硫中的硫化合而成的，它能獨(dú)立存在于1100以上的高溫?zé)煔庵?，但其凝結(jié)時(shí)最終會(huì)被管壁或固相的灰顆粒吸附于表面。這些物質(zhì)在灰渣中的數(shù)量非常少，而且熔點(diǎn)也不相同，隨著溫度的升高，液相成份比例也增加，對(duì)外來顆粒的吸附能力即黏粘力也相應(yīng)增加；在初始沉積層中，灰渣顆?？傮w呈現(xiàn)在變形狀態(tài)以下，但隨其熔融或半熔融態(tài)成份的增加，液相成份及其攜帶物質(zhì)對(duì)其它灰渣成分、金屬或耐火材料的浸潤(rùn)和結(jié)合作用逐步加強(qiáng)；固相作為主體和骨架，極少的點(diǎn)狀液相成份為粘連點(diǎn)，固液兩相組成具有粘性和塑性的粘聚渣。高溫粘結(jié)性積灰按初始沉積物富集的成分不同，可分為堿金屬化合物型沾污、鈣化物型沾污兩

45、種。6.1.1 在堿金屬化合物型沾污的形成過程中，起主要作用的是na2so4，它常構(gòu)成灰沉積物中的液相組分。凝結(jié)后的na2so4吸收煙氣中的so3，并與受熱面上及沉積物中的fe2o3進(jìn)一步反應(yīng)，生成堿金屬?gòu)?fù)合硫酸鹽如na3fe(so4)3，其熔點(diǎn)很低，只有600左右，而高溫對(duì)流受熱面的壁溫或水冷壁澆注料溫度可達(dá)650一 700，因此生成的堿金屬?gòu)?fù)合硫酸鹽可處于熔融態(tài)，并作為一種粘性基質(zhì)，一方面捕捉飛灰顆粒，另一方面又為飛灰之間的快速燒結(jié)提供了條件。6.1.2 在鈣化物型沾污中，粘性基質(zhì)的存在同樣是沾污產(chǎn)生、形成的關(guān)鍵所在。對(duì)高氯煤，鈣化物型沾污的起因是鈣以cacl2形式凝結(jié)在受熱面上。cacl

46、2熔點(diǎn)不高，僅780，當(dāng)沉積到表面溫度較高的管壁時(shí)，可能仍處于粘稠狀，從而起到粘性基質(zhì)的作用。cacl2與nacl有類似的性質(zhì)，燃燒時(shí)也能升華并冷凝在管壁上，再與so3反應(yīng)生成caso4粘結(jié)劑。此外，在積灰結(jié)渣沉積物中的鋁酸鈣caa12o4、硅酸鈣casio3、鈣長(zhǎng)石caa12si2o6、黃長(zhǎng)石ca2a12sio7和鈣鐵橄欖石cafesio4等化合物，這些化合物在沾污結(jié)渣形成過程中的作用不如cac12和caso4大，但對(duì)灰沉積物的發(fā)展卻起著重要作用。6.1.3 s元素在沾污和結(jié)渣的形成過程中的作用起著關(guān)鍵作用，原煤中的硫元素在高溫下轉(zhuǎn)化成so2，與其它多種物質(zhì)反應(yīng)生成硫酸鹽等低熔點(diǎn)共熔物。 6

47、.1.4 鐵的選擇性沉積和富集也是結(jié)渣產(chǎn)生的根本原因之一。在結(jié)渣的形成過程中黃鐵礦起控制作用。如圖6-1，在高溫火焰中，黃鐵礦首先氧化成磁黃鐵礦和so2，該反應(yīng)是在燃燒區(qū)發(fā)生的最重要的礦物反應(yīng)之一，反應(yīng)產(chǎn)物fes熔化成球形，由于它具有較低的阻力系數(shù)和較大的密度，因此在本身的動(dòng)量推動(dòng)下到達(dá)爐墻上，與己經(jīng)沾積在爐墻上的積灰沾污在一起，fes在以后的反應(yīng)中易與sio2、cao、na2o等其它物質(zhì)生成低熔點(diǎn)化合物或共熔體(如fesio3)，加上密度大，阻力小，慣性大，很容易穿過氣流而到達(dá)管壁。 關(guān)于鐵的低溫共熔體，見表6-1共熔體熔點(diǎn)cao-fe2o31205cao-feo1133ca-sio2143

48、6na2s-fes640fes-feo940al2o3sio2+2feosio2+sio2100011002feosio2+feo11752feosio2+sio21180caofeo+caoal2o31200caofeosio2+caocasio31093cao-feo-sio2-mgo1047sio2-al2o3-fe2o31073表 6-1圖 6-1 硫鐵礦爐內(nèi)反應(yīng)歷程示意圖7、 煤灰中幾種氧化物對(duì)灰渣粘度即強(qiáng)度的影響入爐全部煤灰的平均成分對(duì)灰渣粘度的影響十分復(fù)雜。總體認(rèn)為灰渣中sio2、a12o3增加粘度，而堿金屬減少粘度。鐵、鎂也是減少粘度的成分。鈣在一定范圍內(nèi)變化時(shí)減少粘度，當(dāng)大于

49、某一值后，增加鈣會(huì)不會(huì)再產(chǎn)生影響。煤灰可看作是以硅酸鹽為基體組成的，硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)主要取決于形成硅酸鹽熔體的條件。sio2具有最小的氧硅比(o/si=2)，使得sio2具有很大粘度。在硅酸鹽熔體中，a13+以4和6兩種配位形式存在。a13+以a1o4進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，a1o4有多余負(fù)電荷，而a1o6可保持電中性。故a12o3增加，粘度增加。 8、 煤中礦物質(zhì)對(duì)煤灰熔融性的影響 煤灰的熔融性取決于煤內(nèi)的無機(jī)礦物組成，礦物組成與化學(xué)成分密切相關(guān)。影響煤灰熔融性的成份主要有：sio2， a12o3， fe2o3， cao， mgo， tio2， na2o， k2o等8種成份。8.1 按其自身的特性，si

50、o2， a12o3， tio2等3種物質(zhì)屬于酸性氧化物，其熔點(diǎn)一般都比較高，亦稱難熔氧化物；fe2o3， cao， mgo， na2o， k2o等5種物質(zhì)屬于堿性氧化物，其熔點(diǎn)一般較低，亦稱易熔氧化物。圖 8-1 我國(guó)主要煤種的sio2含量與灰熔融特性的關(guān)系8.2 sio2是煤灰的主要成分，含量最高一般可達(dá)30%70%12。sio2大于20%的煤灰，其軟化溫度幾乎全部在1350以下;而sio2大于70%的少數(shù)煤灰，其軟化最低的也在1300以上;當(dāng)sio2大于75%時(shí)，軟化溫度均大于1350，其中絕大部分大于1400 ;當(dāng)sio2大于80%以上，軟化溫度均大于1500。sio2含量大于65%以后

51、，煤灰的st溫度隨著si02含量的增高而增高。而sio2在30%-60%之間的煤灰，其st既有低至1100以下的，也有高達(dá)1500以上的。煤灰中sio2含量增加，生成無定型玻璃體sio2多，灰渣軟化提早，并易與金屬氧化物反應(yīng)生成熔點(diǎn)低的化合物和共晶體。同時(shí)sio2對(duì)熔融溫度的影響還跟煤灰中其它物質(zhì)的含量有關(guān)：當(dāng)fe2o3， cao質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，sio2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，熔融溫度降低；當(dāng)a12o3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，sio2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加熔融溫度升高（如圖8-1）。 8.3 煤灰中a12o3含量一般在10%40%之間。煤灰的軟化溫度總趨勢(shì)是隨著灰中a12o3含量的增高而逐漸增高的。如a12o3含量在35%以

52、上的灰，其軟化溫度最低也在1350以上；a12o3超過40%時(shí)，軟化溫度一般都大于1400。煤中a12o3越高，越能阻礙熔體變形和起著支持作用的骨架作用，a12o3增加，軟化溫度增加趨勢(shì)十分明顯，通常認(rèn)為a12o3是增高軟化溫度和流動(dòng)溫度的主要成分，如圖8-2。圖 8-2 al2o3與st的關(guān)系8.4 煤灰中fe2o3的含量可在1%以下和40%以上之間變化。煤灰中fe2o3含量大于25%時(shí)，煤灰的st最大也不超過1400。fe2o3 大于35%時(shí)，st最大也在1250以下。fe2o3大于16%時(shí)，st均達(dá)不到1500。但fe2o3含量低于15%的煤灰，其st從最低的1100以下到最高的大于15

53、00均有。鐵的氧化物的熔點(diǎn)低，且常出現(xiàn)離子勢(shì)較小的feo，feo對(duì)灰熔點(diǎn)的影響比三價(jià)鐵大，是生成低熔點(diǎn)共熔體的重要組成。因此，宏觀上從整個(gè)煤灰成分和組成來看，通?？梢哉J(rèn)為隨fe2o3增加，灰熔點(diǎn)下降，結(jié)渣加重。8.5 cao在煤灰中含量變化較大，煤灰中的cao含量大部分在10%以下，少部分在10%20%之間。cao大于30%的僅占極少數(shù)。在軟化溫度大于1500的煤灰中，cao含量均不超過10%，而cao含量大于15%的煤灰，其軟化溫度均在1400以下。cao含量大于20%的煤灰，則軟化溫度更均低至1350以下。極少數(shù)cao含量大于40%的煤灰，軟化溫度則有增高的趨勢(shì)，這是由于煤灰中cao含量過

54、高時(shí)，cao多以單體形態(tài)存在，煤灰的st也就增高。而且cao對(duì)灰熔點(diǎn)熔融特性的影響還同sio2， a12o3有關(guān)。8.6 用(sio2+a12o3 ) /cao判定，此比值為1.62.13時(shí)，灰熔點(diǎn)最低；大于或小于這個(gè)比值范圍時(shí)，灰熔點(diǎn)升高。8.7 用sio2/a12o3判定，當(dāng)sio2/a12o33時(shí)，cao為20%25%，灰熔點(diǎn)最低。cao在某一值內(nèi)增加，結(jié)渣傾向增加；而在這一值后增加，可減輕結(jié)渣。由于大多數(shù)煤灰中的cao在30%以下，所以一般把cao作為一種降低煤灰熔點(diǎn)的成分看待，而忽略其升高煤灰熔點(diǎn)的特性。 8.8 堿金屬在煤灰中的含量一般不超過3%，因?yàn)樵诟邷叵聣A金屬化合物易于揮發(fā)，

55、使熔融灰中堿金屬含量減少，但其影響卻非常重要，它對(duì)煤灰熔融性的作用如同催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)，再者堿金屬是造成汽側(cè)高溫沾污和腐蝕的主要因素，也對(duì)爐膛結(jié)渣起不良作用。na2o和k2o的含量越高灰渣的st就越低，酸性灰渣中一般每添加1%的堿金屬氧化物，可使軟化溫度平均下降17.7，流動(dòng)溫度下降15.6。因此，對(duì)鍋爐燃燒后的煤灰來說，堿金屬含量增加，灰熔點(diǎn)總是降低的。 8.9 mgo在我國(guó)的煤灰中含量大部分在3%以下。最高也不超過13% 。mgo含量低于3%的煤灰軟化溫度從1100以下至1500以上的均有。而mgo大于4%的煤灰，其軟化溫度則有隨mgo含量的增高而增高的趨勢(shì)。如軟化溫度小于1200的煤灰，

56、其mgo含量幾乎都在8%以下，而mg含量大于8%的煤灰，則軟化溫度又增高至1200以上。mgo對(duì)煤灰熔點(diǎn)的影響是：當(dāng)mg0含量（3%17%）時(shí)，mgo含量的增高使煤灰熔點(diǎn)降低；反之隨mgo含量的減少而升高。mgo作用一般與cao相當(dāng)。mg2+的離子勢(shì)比ca2+大，而與fe2+相近。因此，mgo對(duì)灰熔融溫度的影響可能更和feo相近。但由于mgo一般含量較小，因此對(duì)煤灰熔融特性影響不會(huì)太大。 8.10 從礦物組分的方面來看，通常，硅酸鹽礦物含量高的煤灰，熔融溫度較高；如果硅酸鹽含量少，而硫酸鹽和氧化物礦物含量高，則煤灰熔融溫度較低。煤灰中的耐熔礦物是石英、偏高嶺石、莫來石和金紅石，而常見的助熔礦物是石膏、酸性斜長(zhǎng)石、硅酸鈣和赤鐵礦。9、 燒結(jié)時(shí)間的影響相同的的燒結(jié)溫度下，不同的燒結(jié)