煤炭灰熔融性對(duì)生產(chǎn)影響
發(fā)布時(shí)間：
2025-04-02
煤灰是由各種礦成分組成的混合物，它并沒(méi)有確定的由固相轉(zhuǎn)為液相的熔融溫度。因此，煤灰的熔融過(guò)程要經(jīng)歷一個(gè)較寬的溫度區(qū)間。煤中礦物成分經(jīng)高溫灼燒，大部分被氧化與分解。反應(yīng)后產(chǎn)物的性質(zhì)和含量決定著煤灰熔融溫度的水平。在煤灰的某些組分開(kāi)始熔融時(shí)，會(huì)與另一些組分之間發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)合晶體，復(fù)合晶體的熔融溫度大多較低。在一定溫度下，這些組分還會(huì)形成熔融溫度更低的某種共熔體。這種熔融狀態(tài)的共熔體有進(jìn)一步熔解煤灰中其他高熔融溫度礦物質(zhì)的能力，從而改變煤灰的成分及其熔融特性。上述煤灰熔融過(guò)程的特點(diǎn)，決定了煤灰實(shí)際熔融溫度范圍要比組成它的純凈氧化物單質(zhì)的熔融溫度低得多。
多種成分的混合物沒(méi)有明顯的由固相轉(zhuǎn)化為液相的熔點(diǎn)，而是從個(gè)別組分開(kāi)始熔融，直到全部組分完全熔融，要經(jīng)過(guò)一個(gè)較寬的溫度區(qū)域。
由于煤灰沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)溫度，因而它的熔融特性常用角錐體試驗(yàn)法測(cè)得。我國(guó)煤灰的熔融溫度大都比較高，ST最高可超過(guò)1500℃，最低一般也在1000℃以上，大多數(shù)在1200~1500℃。
各種煤灰的熔點(diǎn)與煤灰成分有關(guān)，不同的成分具有不同的熔點(diǎn)，有的難熔，有的易熔?；曳种泻腥埸c(diǎn)高的物質(zhì)越多(主要是SiO2Al2O3), 灰熔點(diǎn)就越高;反之，含有熔點(diǎn)的低的物質(zhì)越多(主要是Na2O、CaO 和Fe2O3), 則灰熔點(diǎn)就越低。所以，灰成分是決定灰熔點(diǎn)高低的基本因素。但是，當(dāng)灰的各種成分結(jié)合在一起時(shí)，由于互相間的化學(xué)作用，又會(huì)使熔點(diǎn)改變。有的雖然本身在是難熔物質(zhì)，但在高溫加熱和局部揮發(fā)后，反而會(huì)起到降低熔點(diǎn)的作用。
另外，煤灰的熔點(diǎn)又隨周?chē)橘|(zhì)因素的改變而改變。例如，當(dāng)有CO、H2等還原性氣體存在時(shí)，灰熔點(diǎn)會(huì)降低。因?yàn)檫@種氣體會(huì)使灰中高熔點(diǎn)的Fe2O3還原生成低熔點(diǎn)的FeO。因此，鍋爐各部分的氣體成分不同，各部位的灰渣成分也不同。實(shí)際測(cè)定證明：順爐煙流通方向，越往鍋爐后部，灰渣的熔化溫度越高，而易熔化的化全物卻大多聚結(jié)在鍋爐的高溫部分受熱面上。
煤灰的另一個(gè)特性，即熔化狀態(tài)時(shí)的粘度，單位為Pa.s。煤灰粘度表明灰渣在熔化狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)特性。測(cè)定煤灰的粘度，了解煤灰的粘度—溫度特性，對(duì)確定液態(tài)排渣爐的出口溫度關(guān)系很大。熔融溫度相同的煤灰，因它們的粘溫特性不同，在同一溫度下的灰渣流動(dòng)性就有很大差別。液態(tài)排渣爐要求煤灰的粘度范圍為5.0~10.0Pa.s，最高不超過(guò)25.0Pa.s, 以保證順利排渣。
(一)各種燃燒方式對(duì)灰熔點(diǎn)的要求
層狀燃燒方式對(duì)煤的灰熔點(diǎn)的要求不高。這是因?yàn)槿紵窃跔t排上進(jìn)行的，所以爐膛中心溫度低，煙氣中灰渣在靠近燃燒著的層下面呈熔化狀態(tài)，但是由于自下而上的空氣在對(duì)渣層起著冷卻作用，所以靠近爐排的灰渣是凝固的，不致于粘在爐排上。
懸浮燃燒方式的熱強(qiáng)度高，因此爐膛溫度比層狀燃燒高，一般230t/h及以上的高壓大容量鍋爐的爐膛中心溫度多在1500℃以上。在這樣高的溫度下，煤灰大多為軟化或流體狀態(tài)。而由于水冷壁的冷卻作用，從燃燒中心向外，越靠近水冷壁溫度越低，軟化的或呈流體的灰渣又轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的灰粒，但是，仍有部分灰粒保持軟化狀態(tài)，碰到受熱面時(shí)就粘在上面，形成結(jié)渣。因此，固態(tài)排渣大容量高壓鍋爐對(duì)煤的灰熔點(diǎn)要求較高。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，煤灰的ST<1350℃就有可能造成爐膛結(jié)渣，妨礙鍋爐的連續(xù)安全運(yùn)行。
液態(tài)排爐燃燒室內(nèi)的溫度很高，一般設(shè)計(jì)在1500~1800℃, 高于灰渣的FT，即使在低負(fù)荷時(shí)也高于FT。但是，為了安全可靠，尤其是為了在低負(fù)荷也能保證順利排渣，往往只選用灰熔點(diǎn)偏低的煤。
煤灰的熔融特性對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有很大的影響，為了避免高溫對(duì)流管束的粘污和結(jié)渣，通常需要控制爐膛出口的煙氣溫度比煤灰的DT低50~100℃。而煤灰的FT與液態(tài)排渣的設(shè)計(jì)有關(guān)，液態(tài)排渣爐底灰渣池溫度，也該高于FT，才能保證順利排渣。
(二)鍋爐的結(jié)渣
灰的熔融性是一個(gè)比較復(fù)雜的物理、化學(xué)特性。鍋爐結(jié)渣更是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程到現(xiàn)在還沒(méi)有足夠的、正確的解釋和完整的理論。
如上所述。煤灰的ST<1350℃就有可能造成鍋爐結(jié)渣。但是，爐內(nèi)結(jié)渣與否，從煤質(zhì)特性來(lái)說(shuō)，也不僅僅與灰熔點(diǎn)有關(guān)，還與煤的發(fā)熱量和灰分含量的大小有關(guān)，發(fā)熱量低的煤燃燒時(shí)，爐內(nèi)溫度水平較低，這時(shí)即使煤的軟化溫度較低，也不一定會(huì)嚴(yán)重結(jié)渣。一般說(shuō)來(lái)，ST<1350℃的煤，如果Qnet,ar<12.5kJ/kg, 就不結(jié)渣。因此，從鍋爐燃燒來(lái)說(shuō)，煤灰熔融性也不是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，而必須與該煤種的發(fā)熱量結(jié)合一起來(lái)判別。一般說(shuō)來(lái)，燃用發(fā)熱量高的煤種須特別注意該煤種的灰熔點(diǎn)。而如果燃用低發(fā)熱量的煤，即使灰熔點(diǎn)低一些也不致形成結(jié)渣。
鍋爐結(jié)渣除煤質(zhì)特性外，還與其他諸多原因有關(guān)。如燃燒過(guò)程中的空氣量不足，煤粉與空氣的混合不良，煤粉和空氣分布不均勻造成火焰偏斜;未燃盡的煤粉顆粒粘到受熱面上繼續(xù)燃燒;爐膛負(fù)荷增大;以及鍋爐設(shè)計(jì)不正確，爐膛容積過(guò)小;安裝檢修質(zhì)量不好;或吹灰清渣不及時(shí)等等。因此，要防止結(jié)渣，首先要合理調(diào)配煤種。但是，運(yùn)行操作、調(diào)整試驗(yàn)、安裝檢修等方面的措施，共同配合，預(yù)防和消除結(jié)渣。
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