14年10月四值主控培訓記錄一

1、 運行管理部四值管理文件四值培訓記錄 2014年10月 4 日 10 時 00 分 培訓題目燃煤的結渣和沾污特性主持人譚俊記錄人廖子長培訓內容：燃料煤中,特別是劣質煤中含有不少灰分,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渣,沾污,積灰和腐蝕.一、燃煤的結渣機理1定義結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,多發(fā)生在鍋爐內輻射受熱面上。固態(tài)排渣煤粉爐中，火焰中心溫度可達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，即為結渣。結渣本身是一復雜的物理化學過程，有自動加劇的特點。2影響結渣的因素（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為液相的熔融溫度。煤灰在高溫灼燒時，某些低熔點組分發(fā)生反應形成熔融，并與另外一些組分反應形成復合晶體，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。這種共熔體有進一步溶解灰中其它高熔融溫度物質的能力，從而改變煤灰的成分及其熔融特性。一些氧化物單質、復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以下時對應的溫度。判斷燃煤燃燒過程是否發(fā)生結渣的一個重要依據(jù)是灰的熔融性?；业娜廴谛允侵府斔軣釙r,由固體逐漸向液體轉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準方法。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個特性溫度指標來表示煤灰的熔融特性，如圖2-6所示。灰的熔融性常用灰的變形溫度DT，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，在爐膛中易于結渣，這樣的灰渣稱為長渣，可用于液態(tài)排渣爐。當溫度間隔值在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為此時不會發(fā)生結渣,如果灰熔點較低(ST1200),灰粒子很容易達到軟化狀態(tài),就容易發(fā)生結渣。而影響煤灰熔融性的因素是煤灰的化學組成和煤灰周圍高溫的介質的特性,煤灰的化學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，不易結渣，而堿性氧化物則提高灰

6、的流動性，易結渣。但煤灰是多種復合化合物的混合物，燃燒時將結合為熔點更低的共晶體。煤灰高溫介質的性質常有兩種：一是氧化性介質，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。由于介質的性質不同，灰渣中的Fe具有不同的形態(tài)：氧化介質中鐵呈Fe2O3，熔點高。在弱還原性介質中，鐵呈FeO狀態(tài)，導致爐內結渣。（2）爐內空氣動力特性爐膛內的煙氣溫度以及水冷壁附近的溫度工況和介質氣氛等都與爐內空氣動力特性密切相關.正常運行工況,高溫的火焰中心應該位于爐膛斷面的幾何中心處.實際運行中,會由于爐內氣流組織不當,造成火焰中心偏移.譬如,前墻布置旋流燃燒器,當氣流射程太大時,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,會使水冷壁附近產生高溫,大量灰粒子沖擊水冷壁受熱面:四角上的燃燒器風粉動量分配不均時,將使實際切圓變形,高溫火焰偏移爐膛中心,引起局部水冷壁結渣.另外,熔渣粒子周圍的氣氛也是影響水冷壁結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生的還原性氣氛,會促使水冷壁結渣,尤其是當燃用含硫較高的煤時.因為在還原性氣氛中,灰中熔點較高的三氧化二鐵被一氧化碳還原成熔點較低的一氧化鐵,而一氧化鐵與二氧化硅等進一步形成熔點更低的共晶體,有時會使灰熔點下降150300,結果增大了結渣的可能性.因此在鍋爐運

8、行當中,保證風粉分配均勻，防止氣流貼壁沖墻，注意燃燒調整保持火焰中心的適當位置,采用合適的過量空氣系數(shù)避免產生還原性氣氛等都是防止結渣的有效措施.（3）爐膛的設計特性容積熱強度及燃燒器區(qū)域壁面熱強度數(shù)值的斷面小都會對結渣產生一定的影響.譬如,q1過大時,由于爐膛容積小,受熱面布置得也少,爐內溫度將會增高。實踐證明，這時易在燃燒器附近的壁面上發(fā)生結渣。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渣。反之,若qa過低,則爐膛斷面過大而高度卻不足,煙氣到達爐膛出口還未得到足夠冷卻,爐膛出口部位受熱面會結渣。（4）鍋爐運行負荷鍋爐負荷

9、升高時,爐內溫度也相應升高,結渣的可能性也就增大。3結渣的危害結渣造成的危害是相當嚴重的。受熱面結渣以后，會使傳熱減弱，吸熱量減少。為保證鍋爐的出力只得送進更多的燃料和空氣，因而降低了鍋爐運行的經濟性；受熱面結渣會導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，運行中要限制鍋爐負荷；而燃燒器噴口結渣，則直接影響氣流的正常流動狀態(tài)和爐內燃燒過程；由于結渣往往是不均勻的，因而結渣會對自然循環(huán)鍋爐的水循環(huán)安全性和強制循環(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)進行。總之,結渣不但增加了鍋爐運行和檢修工作量，嚴重是鍋爐安全經濟性，還可能迫使鍋爐降低負荷運行，甚至被迫停爐。二、煤灰的結渣和積灰特性在煤灰鍋爐的燃燒過程中，爐內灰沉積一般可分為結渣和沾污（積灰）兩種類型。結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)物質在受熱面表面凝結并繼續(xù)粘結灰粒形成的沉積灰層。結渣和沾污雖然形成機理不同，但它們之間是互相影響的。當沾污層厚度達一定值時，表面溫度上升，使之逐步轉化為液態(tài)渣層。由于爐內吸熱量下降，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，如灰的化學成分、燒結、熔融和粘度特性構成結渣和

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

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B/A=0.40.7時，為結渣煤；當B/A=0.10.4時，為輕微結渣煤；當B/A0.1時，為不結渣煤。從防止結渣要求來看，則B/A0.5為宜。對于液態(tài)排渣爐和旋風爐，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)結渣。硅比SR最初用于評價旋風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)排渣煤粉爐結渣傾向的指標。即研究表明，較大的硅比意味著灰渣有較高的粘度。當SR 72時不易發(fā)生結渣，當SR （CaO+MgO）的煤，F(xiàn)e2O3/CaO3.0時

13、為結渣煤。所以鐵鈣比越大，結渣的可能性也越大。2煤灰熔融結渣指數(shù)煤灰熔融特性溫度最初用于層燃爐判別灰渣粘結性指標，現(xiàn)沿用于固態(tài)排渣煤粉爐用于判別結渣傾向。當灰粒處于變形溫度時，具有輕微粘結性，一般只會在受熱面上形成疏松的干灰沉積。當灰粒處于軟化溫度時，將出現(xiàn)大量結渣；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渣的判別界線。當軟化溫度小于1260時為嚴重結渣煤；當軟化溫度在12601390之間時，為中等結渣煤；當軟化溫度大于1390時，為輕微結渣煤。美國常用結渣指標Rt和RS作為爐膛結渣的判別指標。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，為嚴重結渣煤。對褐煤型煤灰用下式計算結渣指數(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Rt 1343時，為不結渣煤；Rt =11491343時，為中等結渣煤；Rt 1149時，為嚴重結渣煤。3煤灰粘度結渣指數(shù)煤灰粘度最初用來表示液態(tài)排渣爐或旋風爐內低粘度灰渣的流動特性，近年來也用于判別固態(tài)排渣煤粉爐的結渣特性。研究表明，當灰渣粘

15、度在501000Pas或2000Pas時，結渣的可能性較大或嚴重結渣。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。運行中供氧和燃燒工況正常時不結渣的煤，在燃燒工況不佳而出現(xiàn)弱還原性氣氛時，可能會出現(xiàn)結渣現(xiàn)象。采用煤灰粘度結渣指數(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，結渣指數(shù)RV值越高，結渣的可能性越嚴重。煤灰粘度結渣指數(shù)分級界限如表2-5所示。表2-5 煤灰粘度結渣指數(shù)的分級界限結渣指數(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嚴重8嚴重由表可知，在沾污程度相同的條件下，褐煤型灰需要的含鈉量要高些。應指出的是，表中煙煤型灰的分級界限較為保守，實際運行中許

18、多煙煤灰中Na2O含量為1.0%2.5%時，爐內沾污仍很輕微。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數(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嚴重2煤灰和飛灰燒結強度煤灰和飛灰燒結強度是一種直觀的沾污判別指標，美國B&W公司以飛灰燒結強度作為判別粘污準則的分級界限，如表29所示。表29 飛灰燒結強度的分級界限沾污類型燒結強度（MPa）輕