对冲式燃烧锅炉的结焦综合讲解

1、对冲式燃烧锅炉的结焦综合讲解产生结渣的先决条件是呈熔融状态颗粒与壁面的碰撞。煤粉炉内的颗粒随气流运动，气流场 决定气流向壁面的冲刷程度，决定灰粒与壁面碰撞的机率。此外较大尺寸的颗粒容易从转向 气流中分离出来，与壁面碰撞，因此急剧的气流转向与粗的煤粉细度是容易导致结渣 的。低的灰粒熔融温度和高的壁面漏度使灰粒与壁面碰撞之际易呈熔融状态；粗的灰粒也因 分离速度大碰撞壁面前经历的分离时间短，冷却不易而呈熔融状态；不清洁的水冷壁，吸 热能力弱，区域温度高，对灰粒的冷却能力弱，使灰粒在碰撞之际易呈熔融状态。灰的熔融 特性温度是与所处环境气氛相关的，若氧化性气氛则熔融温度高，还原性气氛则低，因此炉 内的过

2、量空气系数也影响到炉内的结渣。所以结渣并不只单纯决定于煤灰特性的，而与许多 因素密切相关，并通过灰粒的熔融特性温度与结焦倾向相连系。4 L（ % a4 F3 k- E2 N# p一、煤粉的结焦倾向特性煤灰并不是一个单一的物质，其熔融特性是随着它的组分而异的。煤灰从固态转变为液 态是一个连续的过程，熔融温度不是一个单值，只能以它处于什么熔融状态下的几个温度值 来表明。一种被广泛接受的方法是以煤灰试样在受热升温过程中，变形到几个特定形态时的 相应温度来表达，如变形温度、软化温度和熔化温度（流动温度）。煤灰的试样是由用煤灰工业分析方法得到的灰，按规定的制备方法制作成的灰锥。因此，由此得出的结果是集无

3、数灰 粒于一体的煤灰熔融愤向的总体特性。这种试验和表达方法是在早期为研究层燃炉的结焦 问题而建立的，实践也证明对于燃烧过程处于煤灰集中状态的层燃过程中的结渣是较充分有 效的，但对于燃烧过程是处于各个煤粉或灰粒分离状态的煤粉炉则并不充分。在层燃炉中， 煤灰分之间相互接触、相互反应的结渣行为决定于（至少在相当程度上）灰分的总体；在煤粉炉中，颗粒间的相互分寓使煤灰的熔融特性或结渣倾向只决定于各单个煤粉颗粒的行为。煤 粉在燃烧过程中会产生一定的离析，各个煤粉颗粒的含灰量及其组分并不相同，使各颗粒灰 分间的反应只限于颗粒之内，其熔融特性也随颗粒而异，难以只用一个总体特性来表达，必 须辅之以一些其它的补充

4、指标。又鉴于煤及其灰分的复杂性、以及与燃烧间的复杂关系，迄 今人们对于结渣行为与煤灰特性之间的关系还所知甚少，因此这些补充指标还带有一定的探 索性，不同指标标被不同的人们所采用，迄今尚未统一。选择其使用较广的介绍如后。（一）煤灰的熔融特性温度煤灰的熔融特性温度也与煤的其他指标情况类同，即在相当的程度上是人为的。虽然目 前在各个不同的国家和地区都是通过实验，灰锥样在升温过程中的形态改变到一定程度时的 温度来表征的，但在测量方法和特征的具体规定中又各有不同。从而说明这些方法都是经验 性的和煤灰熔融特性本身是复杂的。我国的煤灰的熔点温度标准所规定的测定方法要点是： 将煤灰样制成一定尺寸的正三角锥，在

5、一定的气体介质中以一定升温速度加热，观察灰锥在 受热过程中的形态变化；测定它的三个熔融特性温度一一变形温度（DT）、软化温度（sT）和流动温度（FT）。并定义变形温度为灰锥顶部开始变化或弯曲时的温度，软化温度是锥体弯曲到 端部接触底板、灰锥变形到呈球形，或高度等于底长的半球形时的温度。流动温度是指灰锥 熔化呈液体状，或展开成厚度在 1 5mm以下的薄层或锥体逐渐缩小，然后接近消失时的温 度。方法中所说的灰锥是指用煤灰工业分析方法中烧灼成灰的方法所得到的灰；所说的灰锥 是由在上述灰样中捶加10 %的可溶性淀粉，经在模型中挤压成的高20mm，底边长7mm 的正三角锥；一定的气体介质是指弱还原性气氛

6、。加热炉内的气氛为还原性或氧化性， 决定于进行规定的要求。 研结果所达成的共识是， 如果煤灰的颗粒很小， 且混合是十分均匀的，贝熔融特性温度就只与灰渣的组分有关，与灰渣的来源无关。软化温度与组成灰的各种氧 化物的相平衡图密切，或者说可以通过相平衡图得出它的软化温度值。但在建立二者关系的 计算式上役有什么进展，于结论是在实验室用化学用品配制成的灰的试验结果得出的，而存 在于实际煤灰分中一些微量元素，对于灰的熔融特性温度却具有相当的影响，使用常规灰组 分分析方法得出结果来预测这一温度时，所得的结果并不足够确切。再加以灰渣的熔融温度 测定，如同前述并不十分复杂，使寻求其间的关系并不十分迫切。其后许多

7、研究工作者了解 到煤各组分间在高温条件下会相互反应并生成多种低熔点温度化台物这一现象之后，开始认 识到不能单纯通过各单项灰组分相图的方法来预测灰的熔点温度。以转向着手建立多种煤灰 组分的单项指标，并使它们与在炉内的结渣横向建立关系。o |. X a4 t5 q8 0 h4 J(二)一些与煤灰结渣横向相关的单项指标煤灰的组分随煤种或产地有相当的差别，尤其是在排除si0与AL203对比时，对于极大部分煤种来说，SI及A1203是煤灰分的最主要组成，且相对的变化并不大，虽然在煤的成 煤过程中，以及其后的采集运输中混入或夹杂进去的砂、石类的外来物料。从处于分离状态 的纯sO及A1203而言，都具有很高

8、的熔点温度，在炉内的温度下不致呈熔融状。对煤灰 熔融特性的影响表现为与其它组成物间的反应。一些单项指标基本上是据此提出的。1 .碱酸比(B / A)碱酸比的定义和值可按下式决定，各组分的值来自灰组分分析。B/A与结渣倾向间的关系可理解为，如果煤灰组分中，碱酸二类组分中一项含量很高，而另一项很小，亦即B / A的值很大，或者很小，那么可生成的低熔点复合盐量就少，这一煤种的灰熔点温度就高，结 渣的惯向性也小，反之也大。但是由于钾、钠在较低的温度下会升华或分解，铁的熔点温度 也不高，且实际上多以分离状态的黄铁矿形式存在于煤中，因此当这三者在煤灰中有一定含 量时，B/A值对结渣惯向的预计正确性就受到影

9、响，使B/A值成为一种可以预计结渣倾向，而又不是唯此就能作出预计的指标。B/A值只决定于煤灰中碱酸二类氧化物的总量比，没有顾及各种碱性组分的助熔”方面的差别。所谓助熔是指组成物质降低混合物熔点温度的能力， 诸如在耐火材料中，微量的铁会使耐火材料的可使用温度有很大的下降。另一可以说明的问 题是：如某种煤灰的铝和铁的含量较大，另一种煤灰的硅和钙的含量较大，二种灰可以具有 相同的B/A值，但实践表明了它们的熔融特性却有很大的差别。但也应该说明，对于大多 数的烟煤煤种，钾、钠含量均小，因此B/A值仍不失为一个很有用的指标。对于B/A处于0 . 4-0 . 7的煤种，其灰熔点总是低的，结渣性总是强的；而

10、小于此值的则多是弱的结 渣性能。 (r5 $ 0 N) Q% g5 J8 ?' K( a2 .硅铝比 硅铝比也是表达煤灰熔融特性的指标之一。硅和铝的氧化物都属酸性，也都具有很高的熔点 温度，但由于硅比有与碱性组分的反应性能，因此二种碱酸比相同的灰，硅铝比高的那一种 总具有较低的熔点温度。硅铝比的定义为Si02 / A120)。一般煤灰的硅铝比常在 0. 4 8范围。硅铝比对煤灰熔融特性的影响颇为复杂，实验室的试验结果表明硅铝比在1 . 7-2 . 8范围时，对熔融温度的影响不大，但在比值小于1 . 7时，煤灰的软化温度和流动温度都迅速增高；比值大于2. 8后，流动温度迅速下降。不论比值

11、如何变化，对始变形温度均基本上没有 影响。 4 ' r# ?% % q'人3 .铁钙比 # c* k, g) V) q# AJ铁钙比定义为Fe203 /CaO。实践结果表明，发生于煤燃烧过程中的许多麻烦，多由灰分中 的铁氧化物所造成。含铁量高的煤种，具有高的结渣倾向，井与铁在煤中的存在形式关系密 切。分布均匀的煤种所可能导致的麻烦比分布不均匀的为大。这是由于以分离状态存在于煤 灰中的含铁灰分（黄铁矿），较容易在采用中速磨煤机的石于煤排出系统中得到分离，更因常 以单质颗粒的形态存在，少有与其它组分反应的机会。铁钙比是对前述碱酸比没有涉及助熔 作用的一个补充指标。4 .当量 Fca

12、03 和 Fe 的百分含量（FP） ） n5 r4 N9 ） W! 6 x3 m这个指标表明了煤灰中铁的氧化程度。鉴于煤灰分中的铁，在较强的氧化性气氛下，主 要生成Pq03，而在较强的还原性气氛下，主要以FeO或以Pe的状态存在。虽然在煤炭工业分析灰分中都属于 FqO，但h和FeO要比FzOs具有更强的助熔作用，从而影响到熔 融特性温度。此它们既是一个与煤灰特性相关，更是一个与炉内燃烧过程相关的指标，显然 其值越小结渣倾向也愈大。在炉内气氛属还原性，Fq09还原成FeO，使FP减小，结渣倾向增大，易产生结渣的原因也与此有关。7 p C8 i/ C7 A. _* L0 A" 05 .碱

13、金属总量（Na2O+K2O）如同前述钠和钾同属煤灰分中的碱金属。钠和钾在不高的温度下会升华，也会与灰中的其 它组分反应生成低熔点温度的化合物。因此，碱金属在煤灰中的含量会影响到煤灰的熔融温 度。熔融温度随碱金属总量的增大而降低，结渣倾向增大。因碱金属升华后，凝结下来的细 粒黏附性强，积灰倾向也随之剧增。从而这是一个与结渣及积灰倾向都相关的指标值。7 9 G#E4 p2 4 i' N. p在以下还可以看到一些类似的指标，它们都不是直接与煤灰的组分有关，而是以几个特征温度来建立与炉内结渣程度或横向性的联系。实际的情况表明在不同的场合引用这类单项指 标，对结渣进行预测的正确程度并不相同，换言

14、之，没有一个或一组单项指标能对所有场合 都作出正确的预测，反之也都有一定的正确机理。可能是迄今人们还对煤灰的特性缺乏认识， 对结渣与煤灰特性间的关系还尚欠研究。煤灰分在煤中的存在，在燃烧过程中的变化历程， 形成灰的物理特性等迄今的了解还是电略的，不少结论是推理性的。颗粒在炉内的运动还未 能作出确切的描述，或者说即有也是由大量简化假定后的结论，温度的情况更是如此。由于 炉内的结渣是不均匀的，更缺乏规律性，对于炉内结渣程度只能用低、中、高、严重作抽象 描述，更难定量分析。3 S$ m4 G9 B3 I# f2 J关于煤灰对结渣倾向性的影响，迄今也存在二种不同的认识，无关的和呈正比的。由于结渣本身是一个十分复杂的过程，煤灰分特性只表明它对结渣的倾向。也如同前述，这些指标 值都是基于由煤灰工业分析方法得出的，从而仍然是不同煤种煤灰的总体指标。在煤粉炉中，结渣是以单灰粒的形式参加结渣层中去的，灰粒与灰粒会具有不同的组分和特性。因此近期 有关结渣、积灰与煤灰特性间关系的讨论，已经涉及到灰分在煤粉颗粒间的偏析和灰的选择 性沉积进一步与锅炉的设计和运行参数相联系。二、受热面的结渣受热面的结渣可以产生于水冷壁上，也可以产生于靠近炉膛出口区域的屏式过热器。水 冷壁受热面的结