14年10月四值主控培训记录一

1、 运行管理部四值管理文件四值培训记录 2014年10月 4 日 10 时 00 分 培训题目燃煤的结渣和沾污特性主持人谭俊记录人廖子长培训内容：燃料煤中,特别是劣质煤中含有不少灰分,它由粘土,页岩,硫化物,铁和其他金属的氧化物,碳酸盐及氧化物等组成.灰渣由不同温度的烟气携带通过炉膛及对流烟道,在不同的受热面上会引起结渣,沾污,积灰和腐蚀.一、燃煤的结渣机理1定义结渣是指受热面上熔化了的灰沉积物的积聚,它与因受各种力作用迁移到壁面上的某些灰粒的灰分，熔融温度,粘度及壁面温度有关,多发生在锅炉内辐射受热面上。固态排渣煤粉炉中，火焰中心温度可达14001600,在这样高的温度下，燃料燃烧后灰分多呈现

2、熔化或软化状态，随烟气一起运动的灰渣粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却下来,如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙以前已因温度降低而凝固下来，那么它们附着到受热面管壁上时，将形成一层疏松的灰层，运行中通过吹灰很容易将它们除掉,从而保持受热面的清洁。若渣粒以液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上,将形成一层紧密的灰渣层，即为结渣。结渣本身是一复杂的物理化学过程，有自动加剧的特点。2影响结渣的因素（1）燃煤灰分特性煤在燃烧后残存的灰分是由各种矿物成分组成的混合物。它没有固定的由固相转为液相的熔融温度。煤灰在高温灼烧时，某些低熔点组分发生反应形成熔融，并与另外一些组分反应形成复合晶体，此时它们的

3、熔融温度将更低。在一定的温度下，这些组分还会形成熔融温度更低的某种共熔体。这种共熔体有进一步溶解灰中其它高熔融温度物质的能力，从而改变煤灰的成分及其熔融特性。一些氧化物单质、复合物及共熔体的熔融温度如表26所示。图2-6 灰锥的变形和表示熔融性的三个特性温度DT-变形温度，灰锥顶端开始变圆或弯曲时的温度；ST-软化温度，锥顶变至锥底或变成球形或高度等于或小于底长时对应的温度；FT-流动温度，锥体熔化成液体或厚度在1.5mm以下时对应的温度。判断燃煤燃烧过程是否发生结渣的一个重要依据是灰的熔融性。灰的熔融性是指当它受热时,由固体逐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。普遍采用的煤灰熔融温度测定方

4、法，主要为角锥法和柱体法两种。由于角锥法锥体尖端变形容易观测，我国和其他大多数国家都以此法作为标准方法。角锥法的角锥是底边长为7mm的等边三角形，高为20mm。将锥体放入半还原性气体的灰熔点测定仪中，以规定的速率升温，定时观测灰锥，并以灰锥在熔融过程中的3个特性温度指标来表示煤灰的熔融特性，如图2-6所示。灰的熔融性常用灰的变形温度DT，软化温度ST，熔化温度FT来表示，它们是固相共存的三个温度，而不是固相向液相转化的界限温度，仅表示煤灰形态变化过程中的温度间隔。这个温度间隔对锅炉的工作有较大的影响，当温度间隔值在200400时，意味着固相和液相共存的温度区间较宽，煤灰的粘度随温度变化慢，冷却

5、时可在较长时间保持一定粘度，在炉膛中易于结渣，这样的灰渣称为长渣，可用于液态排渣炉。当温度间隔值在100200时为短渣，此灰渣粘度随温度急剧变化，凝固快，适用于固态排渣炉。如灰熔点温度很高(ST1350)，管壁上积灰层和附近烟气的温度很难超过灰的软化温度一般认为此时不会发生结渣,如果灰熔点较低(ST1200),灰粒子很容易达到软化状态,就容易发生结渣。而影响煤灰熔融性的因素是煤灰的化学组成和煤灰周围高温的介质的特性,煤灰的化学组成可分为酸性氧化物(SiO2，Al2O3，TiO2)和碱性氧化物(Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O),酸性氧化物增加灰的粘滞性，不易结渣，而碱性氧化物则提高灰

6、的流动性，易结渣。但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将结合为熔点更低的共晶体。煤灰高温介质的性质常有两种：一是氧化性介质，常发生在燃烧器出口一段距离以及炉膛出口；二是弱还原性介质。由于介质的性质不同，灰渣中的Fe具有不同的形态：氧化介质中铁呈Fe2O3，熔点高。在弱还原性介质中，铁呈FeO状态，导致炉内结渣。（2）炉内空气动力特性炉膛内的烟气温度以及水冷壁附近的温度工况和介质气氛等都与炉内空气动力特性密切相关.正常运行工况,高温的火焰中心应该位于炉膛断面的几何中心处.实际运行中,会由于炉内气流组织不当,造成火焰中心偏移.譬如,前墙布置旋流燃烧器,当气流射程太大时,火焰中心将移向后墙,灰粒子

7、在没有得到足够冷却之前就可能粘附在后墙水冷壁上.又如,直流燃烧器切向燃烧室中,煤粉火炬贴壁冲墙时,会使水冷壁附近产生高温,大量灰粒子冲击水冷壁受热面:四角上的燃烧器风粉动量分配不均时,将使实际切圆变形,高温火焰偏移炉膛中心,引起局部水冷壁结渣.另外,熔渣粒子周围的气氛也是影响水冷壁结渣的一个很重要因素。粗煤粉或高煤粉的火焰撞击在水冷壁所产生的还原性气氛,会促使水冷壁结渣,尤其是当燃用含硫较高的煤时.因为在还原性气氛中,灰中熔点较高的三氧化二铁被一氧化碳还原成熔点较低的一氧化铁,而一氧化铁与二氧化硅等进一步形成熔点更低的共晶体,有时会使灰熔点下降150300,结果增大了结渣的可能性.因此在锅炉运

8、行当中,保证风粉分配均匀，防止气流贴壁冲墙，注意燃烧调整保持火焰中心的适当位置,采用合适的过量空气系数避免产生还原性气氛等都是防止结渣的有效措施.（3）炉膛的设计特性容积热强度及燃烧器区域壁面热强度数值的断面小都会对结渣产生一定的影响.譬如,q1过大时,由于炉膛容积小,受热面布置得也少,炉内温度将会增高。实践证明，这时易在燃烧器附近的壁面上发生结渣。若温度过高，由于燃烧器释放的热量没有足够的受热面吸收，致使燃烧器布置区局部温度过高，也容易引起燃烧器附近水冷壁结渣。反之,若qa过低,则炉膛断面过大而高度却不足,烟气到达炉膛出口还未得到足够冷却,炉膛出口部位受热面会结渣。（4）锅炉运行负荷锅炉负荷

9、升高时,炉内温度也相应升高,结渣的可能性也就增大。3结渣的危害结渣造成的危害是相当严重的。受热面结渣以后，会使传热减弱，吸热量减少。为保证锅炉的出力只得送进更多的燃料和空气，因而降低了锅炉运行的经济性；受热面结渣会导致炉膛出口烟温升高和过热蒸汽超温，这时为维持正常汽温，运行中要限制锅炉负荷；而燃烧器喷口结渣，则直接影响气流的正常流动状态和炉内燃烧过程；由于结渣往往是不均匀的，因而结渣会对自然循环锅炉的水循环安全性和强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响；炉膛出口对流管束上结渣可能堵塞部分烟气通道，引起过热器偏差；另外，炉膛上部积结的渣块掉落时，还可能砸坏冷灰斗的水冷壁，甚至堵塞排渣口而使锅炉无

10、法继续进行。总之,结渣不但增加了锅炉运行和检修工作量，严重是锅炉安全经济性，还可能迫使锅炉降低负荷运行，甚至被迫停炉。二、煤灰的结渣和积灰特性在煤灰锅炉的燃烧过程中，炉内灰沉积一般可分为结渣和沾污（积灰）两种类型。结渣是指软化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要受热面上生成的熔渣层；沾污则指煤灰中挥发物质在受热面表面凝结并继续粘结灰粒形成的沉积灰层。结渣和沾污虽然形成机理不同，但它们之间是互相影响的。当沾污层厚度达一定值时，表面温度上升，使之逐步转化为液态渣层。由于炉内吸热量下降，炉膛出口烟温上升，使过热器和再热器沾污加重。因此，利用煤灰的常规分析指标，如灰的化学成分、烧结、熔融和粘度特性构成结渣和

11、积灰的判别准则是非常重要的。（一）煤灰结渣性的常规判别准则1煤灰成分结渣指数由于煤灰中各组成成分熔点不同，铁和钙起增强结渣的作用。在还原性气氛中，熔融的铁促进结渣的早期形成；在氧化性气氛中，钙可显著降低硅酸盐玻璃体的粘度。而钾是促进玻璃体形成的助溶剂，当褐煤灰中K2O含量大于1%时，结渣性较严重。当K2O含量小于0.2%时，次烟煤灰的结渣性较轻。硅一般可减轻结渣性。但硅含量过高时会产生无定型玻璃质，反而使结渣性增强。而Al2O3含量增加可减轻结渣性。因此，煤灰中酸性成分SiO2，Al2O3，TiO2比碱性成分Fe2O3，CaO，MgONa2O，K2O的熔点高,故常用碱酸比来作为结渣倾向的判别指

12、数。即式中 A煤灰中酸性成分含量；B煤灰中碱性成分含量对于固态排渣煤粉炉，当B/A=0.40.7时，为结渣煤；当B/A=0.10.4时，为轻微结渣煤；当B/A0.1时，为不结渣煤。从防止结渣要求来看，则B/A0.5为宜。对于液态排渣炉和旋风炉，B/A1.18时，有自由SiO2存在并可能与CaO，MgO，FeO形成共晶体，使煤灰的熔化温度下降，有可能出现结渣。硅比SR最初用于评价旋风炉中灰渣的流动特性，也与煤灰中氧化铁含量一起作为判别故固态排渣煤粉炉结渣倾向的指标。即研究表明，较大的硅比意味着灰渣有较高的粘度。当SR 72时不易发生结渣，当SR （CaO+MgO）的煤，Fe2O3/CaO3.0时

13、为结渣煤。所以铁钙比越大，结渣的可能性也越大。2煤灰熔融结渣指数煤灰熔融特性温度最初用于层燃炉判别灰渣粘结性指标，现沿用于固态排渣煤粉炉用于判别结渣倾向。当灰粒处于变形温度时，具有轻微粘结性，一般只会在受热面上形成疏松的干灰沉积。当灰粒处于软化温度时，将出现大量结渣；而在流动温度下，则灰渣沿粘附壁面流动或滴落。因而，可用软化温度做是否结渣的判别界线。当软化温度小于1260时为严重结渣煤；当软化温度在12601390之间时，为中等结渣煤；当软化温度大于1390时，为轻微结渣煤。美国常用结渣指标Rt和RS作为炉膛结渣的判别指标。若煤灰中Fe2O3/（CaO+MgO）1，则称其为烟煤型灰，而Fe2O

14、3/（CaO+MgO）20%，则称其为褐煤型煤灰，不同类型煤灰其结渣指数计算方法是不相同的。对烟煤型煤灰用下式计算：式中Sd干燥基硫分，%RS的分级界限为：RS 2.6时，为严重结渣煤。对褐煤型煤灰用下式计算结渣指数Rt，即式中 STmax在氧化性气氛和还原性气氛两种测量值中较高的软化温度；DTmax在氧化性气氛和还原性气氛两种测量值中较低的变形温度。当Rt 1343时，为不结渣煤；Rt =11491343时，为中等结渣煤；Rt 1149时，为严重结渣煤。3煤灰粘度结渣指数煤灰粘度最初用来表示液态排渣炉或旋风炉内低粘度灰渣的流动特性，近年来也用于判别固态排渣煤粉炉的结渣特性。研究表明，当灰渣粘

15、度在501000Pas或2000Pas时，结渣的可能性较大或严重结渣。某些煤其煤灰的熔融特性相近，但粘度有一定的差别。特别在炉内气氛不同时，煤灰的粘度将有所不同，即还原性气氛时煤灰的粘度比氧化性气氛时要低。运行中供氧和燃烧工况正常时不结渣的煤，在燃烧工况不佳而出现弱还原性气氛时，可能会出现结渣现象。采用煤灰粘度结渣指数可表示粘度物性曲线所处的温度水平，即式中 T25氧化气氛中，煤灰粘度为25Pas时的温度：K； T1000还原性气氛中，灰粘度为1000Pas时的温度：K. 系数，按定性温度Tfs查表2-4确定。表2-4 依Tfs确定fs值Tfs1900200021002200230024002

16、5002600270028002900fs1.01.31.62.02.63.34.15.26.68.311.0定性温度Tfs按下式计算：式中 T200（氧化），T200（还原）分别为氧化气氛、还原气氛，灰粘度为2000Pas时的温度，K。由上式可知，灰粘度曲线所处的温度范围越大，温度水平越低，结渣指数RV值越高，结渣的可能性越严重。煤灰粘度结渣指数分级界限如表2-5所示。表2-5 煤灰粘度结渣指数的分级界限结渣指数RV渣型（CaO+MgO+ Na2O + K2O）或SiO2（Fe2O3+CaO+MgO+ Na2O + K2O）则称为烟煤型灰，并呈酸性。表2-6 煤的钠和氯作为沾污判别指标的分级

17、界限 美国西部非烟煤，Na2O美国烟煤，Cl锅炉沾污程度煤中含量（%）灰中含量（%）煤中含量（%）0.32.50.54.00.5严重如果Fe2O3（CaO+MgO+ Na2O + K2O）或SiO2（Fe2O3+CaO+MgO+ Na2O + K2O）则称为褐煤型灰并呈碱性。两种灰中钠含量作为沾污判别指标的分级界限如表27所示。表27 煤灰钠含量作为沾污判别指标的分级界限烟煤型灰褐煤型灰灰中Na2O含量（%）锅炉沾污程度灰中Na2O含量（%）锅炉沾污程度0.5低2.5严重8严重由表可知，在沾污程度相同的条件下，褐煤型灰需要的含钠量要高些。应指出的是，表中烟煤型灰的分级界限较为保守，实际运行中许

18、多烟煤灰中Na2O含量为1.0%2.5%时，炉内沾污仍很轻微。煤灰对高温受热面的沾污可用沾污指数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数，%；（Na2O）ws煤灰中水溶性钠含量，%。煤灰成分沾污指数的分级界限如表28所示。此表适用于烟煤型灰沾污性的判别，对褐煤型灰，表中 Fy不适用，而Fy可能会适用。表28 煤灰成分沾污指数Fy和 Fy的分级界限Fy Fy锅炉沾污程度0.21.00.7严重2煤灰和飞灰烧结强度煤灰和飞灰烧结强度是一种直观的沾污判别指标，美国B&W公司以飞灰烧结强度作为判别粘污准则的分级界限，如表29所示。表29 飞灰烧结强度的分级界限沾污类型烧结强度（MPa）轻