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技术文章
灰熔融性对电力生产影响
点击次数：59 发布时间：2023/3/15 17:49:54
煤灰是由各种矿成分组成的混合物，它并没有确定的由固相转为液相的熔融温度。因此，煤灰的熔融过程要经历一个较宽的温度区间。煤中矿物成分经高温灼烧，大部分被氧化与分解。反应后产物的性质和含量决定着煤灰熔融温度的水平。在煤灰的某些组分开始熔融时，会与另一些组分之间发生反应生成复合晶体，复合晶体的熔融温度大多较低。在一定温度下，这些组分还会形成熔融温度更低的某种共熔体。这种熔融状态的共熔体有进一步熔解煤灰中其他高熔融温度矿物质的能力，从而改变煤灰的成分及其熔融特性。上述煤灰熔融过程的特点，决定了煤灰实际熔融温度范围要比组成它的纯净氧化物单质的熔融温度低得多。
多种成分的混合物没有明显的由固相转化为液相的熔点，而是从个别组分开始熔融，直到全部组分完全熔融，要经过一个较宽的温度区域。
由于煤灰没有明显的熔点温度，因而它的熔融特性常用角锥体试验法测得。我国煤灰的熔融温度大都比较高，ST*高可超过1500℃，*低一般也在1000℃以上，大多数在1200~1500℃。
各种煤灰的熔点与煤灰成分有关，不同的成分具有不同的熔点，有的难熔，有的易熔。灰分中含有熔点高的物质越多(主要是SiO2Al2O3), 灰熔点就越高;反之，含有熔点的低的物质越多(主要是Na2O、CaO 和Fe2O3), 则灰熔点就越低。所以，灰成分是决定灰熔点高低的基本因素。但是，当灰的各种成分结合在一起时，由于互相间的化学作用，又会使熔点改变。有的虽然本身在是难熔物质，但在高温加热和局部挥发后，反而会起到降低熔点的作用。
另外，煤灰的熔点又随周围介质因素的改变而改变。例如，当有CO、H2等还原性气体存在时，灰熔点会降低。因为这种气体会使灰中高熔点的Fe2O3还原生成低熔点的FeO。因此，锅炉各部分的气体成分不同，各部位的灰渣成分也不同。实际测定证明：顺炉烟流通方向，越往锅炉后部，灰渣的熔化温度越高，而易熔化的化全物却大多聚结在锅炉的高温部分受热面上。
煤灰的另一个特性，即熔化状态时的粘度，单位为Pa.s。煤灰粘度表明灰渣在熔化状态时的流动特性。测定煤灰的粘度，了解煤灰的粘度—温度特性，对确定液态排渣炉的出口温度关系很大。熔融温度相同的煤灰，因它们的粘温特性不同，在同一温度下的灰渣流动性就有很大差别。液态排渣炉要求煤灰的粘度范围为5.0~10.0Pa.s，*高不超过25.0Pa.s, 以保*顺利排渣。
(一)各种燃烧方式对灰熔点的要求
层状燃烧方式对煤的灰熔点的要求不高。这是因为燃烧是在炉排上进行的，所以炉膛中心温度低，烟气中灰渣在靠近燃烧着的层下面呈熔化状态，但是由于自下而上的空气在对渣层起着冷却作用，所以靠近炉排的灰渣是凝固的，不致于粘在炉排上。
悬浮燃烧方式的热强度高，因此炉膛温度比层状燃烧高，一般230t/h及以上的高压大容量锅炉的炉膛中心温度多在1500℃以上。在这样高的温度下，煤灰大多为软化或流体状态。而由于水冷壁的冷却作用，从燃烧中心向外，越靠近水冷壁温度越低，软化的或呈流体的灰渣又转变为固态的灰粒，但是，仍有部分灰粒保持软化状态，碰到受热面时就粘在上面，形成结渣。因此，固态排渣大容量高压锅炉对煤的灰熔点要求较高。运行经验表明，煤灰的ST<1350℃就有可能造成炉膛结渣，妨碍锅炉的连续安全运行。
液态排炉燃烧室内的温度很高，一般设计在1500~1800℃, 高于灰渣的FT，即使在低负荷时也高于FT。但是，为了安全可靠，尤其是为了在低负荷也能保*顺利排渣，往往只选用灰熔点偏低的煤。
煤灰的熔融特性对锅炉的设计和运行有很大的影响，为了避免高温对流管束的粘污和结渣，通常需要控制炉膛出口的烟气温度比煤灰的DT低50~100℃。而煤灰的FT与液态排渣的设计有关，液态排渣炉底灰渣池温度，也该高于FT，才能保*顺利排渣。
(二)锅炉的结渣
灰的熔融性是一个比较复杂的物理、化学特性。锅炉结渣更是一个相当复杂的物理、化学过程，这个过程到现在还没有足够的、正确的解释和完整的理论。
如上所述。煤灰的ST<1350℃就有可能造成锅炉结渣。但是，炉内结渣与否，从煤质特性来说，也不仅仅与灰熔点有关，还与煤的发热量和灰分含量的大小有关，发热量低的煤燃烧时，炉内温度水平较低，这时即使煤的软化温度较低，也不一定会严重结渣。一般说来，ST<1350℃的煤，如果Qnet,ar<12.5kJ/kg, 就不结渣。因此，从锅炉燃烧来说，煤灰熔融性也不是一个独立的参数，而必须与该煤种的发热量结合一起来判别。一般说来，燃用发热量高的煤种须特别注意该煤种的灰熔点。而如果燃用低发热量的煤，即使灰熔点低一些也不致形成结渣。
锅炉结渣除煤质特性外，还与其他诸多原因有关。如燃烧过程中的空气量不足，煤粉与空气的混合不良，煤粉和空气分布不均匀造成火焰偏斜;未燃尽的煤粉颗粒粘到受热面上继续燃烧;炉膛负荷增大;以及锅炉设计不正确，炉膛容积过小;安装检修质量不好;或吹灰清渣不及时等等。因此，要防止结渣，先要合理调配煤种。但是，运行操作、调整试验、安装检修等方面的措施，共同配合，预防和消除结渣。
原创作者：鹤壁市科达仪器仪表有限公司
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