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1、锅炉燃料及特性第一节 概述锅炉是将燃料的化学能转换为蒸汽热能的设备。我国是世界上最大的煤炭生产国和消费 国，占世界煤产量的 25。我国煤炭资源相对较为丰富，分布也广，而石油和自然气资源相对缺乏，目前我国火力发电厂的主要燃料是煤，估量到 21 世纪中叶，我国能源消耗仍是以煤为主。煤种是锅炉设计的主要依据，煤种的特性会影响炉膛尺寸，燃烧设备和燃料制备系统、受热面大小和布置、烟气处理等等。不同的燃料性能要求配备不同的制粉系统、燃烧器构造和炉膛及锅炉本体型式，随之实行不同的运行参数及操作要求。燃料特性、锅炉构造和运行方式是影响锅炉性能的三个要素，而后两项的主要依据是燃料特性，只有充分把握燃料性能，实行
2、相应的设计、运行措施，才能到达锅炉安全经济运行的目的。其次节 煤的主要成分和特性煤的组成及各种成分，一般按元素分析和工业分析两种方法来进展争论。元素分析只能确定元素含量的质量百分比，它不能说明煤中所含的是何种化合物，因而也不能充分确定煤的性质。但是，元素组成与其他特性相结合可以帮助我们推断煤的化学性质。元素分析比较繁杂，电厂一般只作工业分析，它能了解煤在燃烧时的主要特性。一、煤的元素分析煤的元素分析成分，即煤的化学组成成分。煤的成分包括碳 C、氢H、氧O、氮N、硫S五种主要元素以及水分（W） 和灰分A。煤的各种成分性质如下：1. 碳碳是煤中的主要可燃物质。通常各种煤的含碳量约占其可燃烧成分的
3、5090%。煤中的碳不是以单质状态存在，而是一局部与氢、氧、硫等结合成挥发性的简单化合物，其余局部为煤受热析出挥发性化合物后余下的那局部，即固定碳。煤中固定碳含量越高，越不简洁着火和燃尽。1 公斤碳完全燃烧可放出 32866KJ 的热量。2. 氢煤中的氢，一局部与氧结合，叫做化合氢，不能燃烧放热；另一局部在煤受热时会挥发成氢气或各种碳氢化合物形成CmHn的气体，它们极易着火和燃烧。1 公斤氢完全燃烧时约放出 119743KJ 的热量。3. 氧和氮氧和氮都是不行燃元素，它们的存在使煤中的可燃元素相对削减，燃烧放出的热量降低。38煤中含氮量一般不多，只有 0.52%，但燃烧时会形成有害气体氧化氮N
4、O ，污染大气。x4. 硫煤中硫可分为有机硫和无机硫两大类。有机硫和煤中的 C、H、O 等结合成简单的化合物， 均匀地分布在煤中。无机硫包括黄铁矿硫 FeS 和硫酸盐硫 CaSO 、MgSO 、NaSO 等。2444有机硫和黄铁矿硫可以燃烧，合称为可燃硫。硫酸盐不能燃烧，故并入灰分。煤中可燃硫的含量一般不超过 12%。硫燃烧时的放热量不多，仅及碳的1/3.5 左右。但硫燃烧后形成的 SO和 SO ，与烟气中的水蒸汽相遇，能形成 H SO 和 H SO蒸汽，并在锅炉低322423温受热面等处分散，从而腐蚀金属。此外，SO2 和 SO3 随烟气排入大气，对人体和动、植物带来危害。硫是煤中的有害元素
5、。5. 水分煤的水分是由外部水分和内部水分组成。外部水分，即煤由于自然枯燥所失去的水分， 又叫外表水分。失去外表水分后的煤中水分称为内部水分，也叫固有水分。水分的存在使煤中的可燃元素相对削减，同时它在煤燃烧时要汽化、吸热，从而使燃烧温度降低，甚至会使煤难于着火。同时由于水分在煤燃烧后形成水蒸汽，使烟气体积增加， 即增加引风机电耗，又带走大量热量，降低锅炉热效率。另外，原煤的水分过大，常会造成煤斗或落煤管道粘结，甚至堵塞，并增加碎煤和制粉的困难。6. 灰分煤中含有不能燃烧的矿物杂质，它们在煤完全燃烧后形成灰分。灰分的存在不仅使煤中的可燃元素相对削减，还会阻碍空气与可燃质接触，增加不完全燃烧损失。
6、灰分在燃烧时会熔化、沾污受热面结渣或积灰、降低传热系数。烟气中的飞灰会磨损受热面，因而限制了烟速的提高，也影响传热效果。同时飞灰随烟气排入大气，会造成环境污染。因此，和水分一样，灰分也是燃料中的有害成分。二、煤的工业成分分析工业分析主要测定煤中的水分、挥发分、固定碳和灰分含量，用以说明煤的主要燃烧特性。依据工业分析测定的工程，煤的组成可用水分、挥发分、固定碳和灰分来表示。三、煤的分析基准表示方法1. 煤的分析基准为了精准地反映煤的特性，不但要知道煤的成分，还应当知道分析煤成分时煤所处的状态。同一种煤当其所处的状态不同时，分析得出的成分含量，百分数是不同的。常用的基准有收到基、空气枯燥基、枯燥基
7、和枯燥无灰基四种，它们的工业和元素分析结果表达如下：（1） 收到基 以收到状态的煤为基准来表示煤中各组成成分的百分比。用下标 ar 表示， 它计入了煤的灰分和全水分。其成分可用以下平衡式表示：工业分析：Mar+Aar+Var+FCar=100%元素分析：Car+Har+Nar+Sc.ar+Oar+Aar+Mar=100%式中：Mar，Aar，Var，FCar，Car，Har，Nar，Sc.ar，Oar 为煤中的水分、灰分、挥发分、固定碳、碳、氢、氮、可燃硫、氧成分的收到基含量的百分数。（2） 空气枯燥基 由于煤的外部水分变动很大，在分析时常把煤进展自然风干，使它失去外部水分，以这种状态为基准进
8、展分析得出的成分称为空气枯燥基，以下角码 ad 表示。其成分可用以下平衡式表示：工业分析：Mad+Aad+Vad+FCad=100%元素分析：Cad+Had+Nad+Sc.ad+Oad+Aad+Mad=100%（3） 枯燥基 以无水状态的煤为基准来表达煤中各组成成分，以下角码 d 表示。其成分可用以下平衡式表示：工业分析：Ad+Vd+FCd=100%元素分析：Cd+Hd+Nd+Sc.d+Od+Ad=100%（4） 枯燥无灰基 除灰分和水分后煤的成分，这是一种假想的无水无灰状态，以此为基准的成分组成，以下角码 daf 表示。其成分可用以下平衡式表示：工业分析：Vdaf+FCdaf=100%元素分
9、析：Cdaf+Hdaf+Ndaf+Sc.daf+Odaf=100%煤中原来只有碳、氢和可燃硫三者为可燃成分，但由于氧和氮总是同可燃元素结合在一起，故常把去除水分和灰分后的成分都算作可燃局部，以此为基准进展分析得出煤的枯燥无灰基成分。煤的四种基准各有其用途。当进展锅炉热力计算和热力试验时承受收到基成分：为了避开煤的水分在分析过程中变动，煤样要先进展自然枯燥，故在试验室进展煤的分析时承受空气枯燥基成分，目前各煤矿供给的分析资料，也多为空气枯燥基成分；当确定煤中灰分含量时，需要引用枯燥基成分，由于只有在不受水分变化影响的状况下，才能真实的反映灰分的含量；实际上煤中的水分和灰分都简洁受外界因素的影响而
10、发生变化，这就势必影响煤中其它成分的含量，因此常用比较稳定的枯燥无灰基成分来说明煤的燃烧特性和划分煤的种类。一般同一矿井的煤枯燥无灰基成分不会发生很大变化，因此煤矿的煤质资料以枯燥无灰基成分为基准比较合理。2. 各种基准的换算煤的各种基准成分之间，可以相互换算。由一种基质成分换算成另一种基质成分时，只要乘以一个换算系数即可。从表 2-2 中可以查出煤的各种基质之间的换算系数。分析结果要从一种基准换算到另一种基准时，可按下式进展Y=KX0式中 X0按原基准计算的某一组成含量百分比；Y按基准计算的同一组成含量百分比； K基准换算的比例系数见表 2-2。在表示试验工程的分析结果时，须在试验工程的代表
11、符号下端标明基准，才能正确反映燃煤质量。表 2-2 不同基准的换算系数收到基1空气枯燥基枯燥基枯燥无灰基收到基空 气 干燥基1枯燥基1干 燥 无灰基1四、发热量发热量是燃料的重要特性。单位质量的煤完成燃料时所放出的热量。单位是 KJ/kg，用符号 Q 表示。煤的发热量分为高位发热量和低位发热量。高位发热量指 1kg 燃料完全燃烧时放出的全部热量称为高位发热量，它包含燃料燃烧时产生的水蒸汽的汽化潜热，即认为烟气中的水蒸气分散成水放出它的汽化潜热。但是，锅炉实际运行时，烟气还具有相当高的温度，烟气中的水蒸气不行能分散成水而放出汽化潜热，故锅炉实际能利用的热量不包括水蒸气的汽化潜热。从高位发热量中扣
12、除烟气中水蒸气汽化潜热后，称为燃料的低位发热量，实际工程中常利用收到基低位发热量。煤有不同的分析基准，因而也就有不同基质的发热量，通常承受空气枯燥基发热量 Q 。ad煤的各种基质的发热量之间可利用表 22 中的换算系数进展计算，例如：Q=Q100-A -M /100KJ/kggr.adgr.dafadad但各种基准的低位发热量之间的换算却不能这样，由于这时还必需考虑汽化潜热的影响。由于 1kg 氢燃烧后生成 9kg 水蒸汽，所以每公斤燃料燃烧时将形成9H +M /100 公斤arar水蒸汽。假设取水的汽化潜热r=2508KJ/kg，则燃料收到基的高、低位发热量之间的关系为：Q= Q54H 6M
13、 KJ/kgnet.argr,ararar同理可得：Q= Q54H 6M net.adgr,adadarQ= Q 54Hnet.dgr,ddKJ/kg KJ/kgQnet.daf = Qgr,daf54HdafKJ/kg依据高、低位发热量之间的关系可解决各种基准低位发热量之间的换算。例如，煤的无灰枯燥基低位发热量 Q daf, net，需求其收到基低位发热量 Qar, net.。为此，可依据高、低发热量之间的关系可得：Q ar ,net = Q daf, net100AarMar/100-6MarKJ/kg由于各种煤的发热量不同，有时差异很大，为使燃用不同煤种的锅炉煤耗有可比性和编制燃煤打算便
14、利，需要规定一种标准煤，其它煤必需折算成标准煤后才能相互比较。规定把收到基低位发热量 Qar, net=29270KJ/kg 的煤叫做标准煤。实际燃煤量 BKg 折合成标准煤重量 Bbzkg的公式为：Bbz = BQnet /29270KJ/kg式中 Bb标准煤耗量 Kg/h B实际煤耗量 Kg/h五、煤的其他性能1. 灰的性质灰的性质主要指它的熔化性和烧结性。熔化性影响炉内的运行工况，烧结性则影响对流受热面的积灰性能。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
15、却下来,假设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，运行中通过吹灰很简洁将它们除掉,从而保持 受热面的清洁。假设渣粒以液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上,将形成一层严密的灰渣层， 即为结渣。目前推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,由固体渐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。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，它们是固液相共存的三个温度，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
16、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，冷却时可在较长时间保持肯定粘度，在炉膛中易于结大渣，这样的灰渣称为长渣。当温度间隔值在100200时为短渣。假设灰熔点温度很高(ST1350)，管壁上积灰层和四周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 ,假设灰熔点较低(ST8%时，称为高水分煤；当 A4%时，称为高灰分煤；当 S0.2%称为ar,zsar,zsar,zs高硫分煤。2. 标准煤所谓标准煤，就是假设其收到基低位发热量等于 29270KJ/kg 的煤。即可用下式计算标准煤耗：B QB=ar ,net bz29270kg /h式中
17、 Bbz标准煤耗量，kg/h； B电厂实际煤耗值Q ar,net 实际用煤的收到基低位发热量，kJ/kg。第三节 燃煤的着火及燃烧特性分析一、影响煤粉气流着火的因素1燃料的性质燃料性质对着火过程影响最大的是挥发分含量 V , 煤粉的着火温度随 V 的变化规律如dafdaf图所示 21。挥发分 V 增大时,煤粉气流的着火温度显著降低,着炽热降低。daf原煤水分增大时，着炽热也随之增大，同时水分的加热、汽化、过热都要吸取炉内的热量，致使炉内的温度水平降低，从而使煤粉气流卷吸的烟气温度以及火焰对煤粉气流的辐射热也相应降低。原煤灰分在燃烧过程中不但不能放热，而且还要吸热。同样使煤粉气流的着火推迟，而且
18、也影响了着火的稳定性。煤粉气流的着火温度也随煤粉的细度而变化， 煤粉愈细， 着火 愈简洁。图 2-1 煤粉着火温度与 Vdaf 的关系2炉内散热条件削减炉内散热，有利于着火。3煤粉气流的初温提高初温 T0 可削减着炽热。4一次风量和一次风速增大煤粉空气混合物中的一次风量 V0，便相应增大着炽热，将使着火延迟；削减一次风量，会使着炽热显著降低，但是一次风量过低，会由于煤粉着火燃烧初期得不到足够的氧气， 而使化学反响速度减慢，阻碍着火燃烧的连续扩展。另外，一次风量还必需满足输粉的要求， 否则会造成煤粉堵塞。因此，对应于一种煤种，有一个一次风率的最正确值。一次风速对着火过程也有肯定影响。假设一次风速
19、过高，则通过单位截面积的流量增大，势必降低煤粉气流加热速度，使着火距离加长。但一次风速过低时，会引起燃烧器喷口被烧 坏，以及煤粉管道堵塞等故障，所以有一个最适宜的一次风速，它与煤种及燃烧器型式有关。一般挥发分比较高的煤，要求的一次风量比较高。5. 燃烧器构造特性影响着火快慢的燃烧器构造特性，主要是指一、二次风混合的状况。假设一、二次风混合过早，在煤粉气流着火前就混合的话，等于增大了一次风量，相应使着炽热增大，推迟着火过程。燃烧器的尺寸也影响着火的稳定性。燃烧器出口截面积愈大，煤粉气流着火时离开喷口的距离就愈远，着火拉长了。从这一点来看，承受尺寸较小的小功率燃烧器代替大功率燃烧器是合理的。这是由
20、于小尺寸燃烧器既增加了煤粉气流着火的外表积，同时也缩短了着火扩展到整个气流截面所需要的时间。6. 锅炉负荷锅炉负荷降低时，送进炉内的燃料消耗量相应削减，而水冷壁总的吸热量虽然也削减， 但削减的幅度较少，相对每公斤燃料来说，水冷壁的吸热量反而增加了。致使炉膛平均烟温下降，燃烧器区域的烟温也降低，因而对煤粉气流的着火是不利的。当锅炉负荷到肯定程度时，就会危及到着火的稳定性，甚至可能熄火。因此，着火稳定性常常限制了煤粉锅炉负荷的调整范围。二、燃煤的燃烧特性1. 碳氢比 C/H燃煤元素分析成分的碳氢比 C/H，可以表示煤的燃烧难易程度，碳氢比愈高，说明燃煤的含碳量愈高，燃烧愈困难，也愈难于燃尽。2.
21、燃料比 FC/Vdaf燃料比是煤的工业分析成分中固定碳FC与枯燥无灰基 Vdaf 的比值，它说明燃煤着火和燃尽的难易程度。燃煤的燃料比愈大，说明这种煤的固定碳含量愈高，挥发分含量愈少，燃煤的着火温度愈高，着火愈困难，也愈难于燃尽。3. 反响指数 T15反响指数 T15 是指煤样在氧气流中加热，使其温升速度到达 15/min 时所需要的加热温度。很明显，煤的反响指数愈大，说明这种煤越难着火和燃烧。挥发分愈低的煤，其反响指数愈高，煤的着火、燃烧愈困难，这完全符合挥发分对着火、燃烧影响的规律。但反响指数比之用常规工业分析方法测得的挥发分含量，更能准确地推断煤的燃烧性能。 4燃烧分布曲线煤的燃烧分布曲
22、线是表示煤样的燃烧速度随温度变化的关系。煤的燃烧分布曲线是对煤的着火、燃烧性能进展综合推断的依据。假设煤种的燃烧分析曲线相像，则它们在锅炉中的燃烧状况也根本一样。5. 热解曲线煤的热解曲线可推断煤中挥发分随温度上升析出的状况。6. 煤的燃尽率曲线煤的燃尽率曲线可以推断煤燃烧的快慢和燃尽的时间。三、煤的热分解机理当煤粒被加热到超过超过肯定温度后，即进入热分解阶段，放出挥发分并形成焦炭。煤在热分解时放出挥发分的重量和成分与热解的条件有关。煤的构造既简单且又极不稳定，在热分解过程中的分解方式、热解产物的数量及性质均受外界因素的影响，如升温速度、加热温度、加热时间、四周气体的压力、成分和反响器的型式、
23、煤的颗粒尺寸和流体动力条件等。热分解的过程是使煤中的热不稳定物质不断热解挥发，剩余局部不断地缔合增碳，形成热稳 定产物。煤的热分解的发生是由于加热使温度上升，分子的振动加剧，当振动强度大于键的 生成能时，分子和原子间的键断裂而引起的，同时发生一系列串联或并联的化学反响。一般 状况下，在105以前，主要析出水分和局部气体，直到300，水分才能完全析出。在温度上升至 200300时，析出的水分称为热解水，并伴有气态物质CO 和 CO2，还有少量焦油析出。当温度到达 300550时，大量焦油和气体开头析出，并被称为初次挥发物，其主要成分为 CH 和同系物，及CO、CO2 等。这些物质通过煤粒孔隙或燃
24、料层向外集中时，还有可能再次热分解或热解形成二次挥发物。当温度到达500750时，半焦开头热解，含氢较多的气 体开头析出。在7591000时，半焦连续热解并析出少量含氢为主的气体，半焦形成焦炭。第四节 煤的分类及各类煤的特征一、发电用煤分类我国现行煤炭分类方法是以枯燥无灰基挥发分的产率，和最大胶质层厚度作为分类标准的。此分类方法对发电用煤并不完全适宜。如贫煤和瘦煤，最大胶质厚度是不同的，但对于煤粉燃烧过程来说，二者几乎没有什么差异。同样，弱粘煤和不粘煤、气煤和肥煤，在燃烧特性上差异也不大。因此，对于发电用煤来说，目前的分类方法在烟煤范围内分得过细；而在无烟煤、褐煤范围内，又显得过于笼统。此外一
25、些对锅炉燃烧过程有重要影响的特性，却没有作为分类指标。为了能更合理地利用煤炭，为运行锅炉协作质量适宜的煤种，使电厂能获得较大的技术经济效益和社会效益，西安热工争论所和北京煤化学争论院，共同供给了我国发电煤粉锅炉用煤分类 GB7562-87VAMST，如表 2-3。该国标是以煤的枯燥无灰基挥发分 Vdaf、枯燥基灰分 Ad、收到基水分 Mar、枯燥基全硫 Sd.t 和灰熔融性软化温度 ST 作为主要的分类指标，以收到基低位发热量 Q.p 作为 Vdaf 和 ST 的关心分类指标。因 Q.p 是 Vdaf、Ad、Md.t 的函数，所以 Q.p 是一个综合指标。其数值大小标志着燃烧过程炉内温度水平的
26、凹凸。表中各分类指标 V、A、M、S、ST即挥发分、灰分、水分、硫分、灰熔融性软化温度等级的划分，是依据锅炉燃烧安全、经济性等方面的现场统计资料和格外规的煤质特性试验室指标数据，通过有序量最优化分割法计算，并结合阅历确定的。二、常用的动力煤特性1. 无烟煤无烟煤是煤化程度最深的煤类，即含碳量最高；挥发分含量低在 10%以下；不易点燃，燃烧缓慢，燃烧时没有烟，只有很短的蓝色火焰；杂质少而发热量高；无结焦性。无烟 煤呈黑色而有金属光泽；重度较大，质硬不易研磨。由于挥发分低故不易点燃，贮藏较稳定， 一般不会自燃。为保证着火和稳燃，在锅炉设计中常需要实行一些特别措施，对低灰熔点的 无烟煤还须同时解决着
27、火稳定性和结渣之间的冲突。2. 烟煤分 类 指标煤 种 名称超 低 挥发 分 无烟煤低 挥 发分 无 烟煤低 中 挥发 分 贫瘦煤等级代号分级界限关心指标界限值特级V06.5%Q.p 23MJ/kg1 级V16.5%9%Q.p 20.9MJ/kg挥发分Vdaf2 级V29%19%Q.p 18.4MJ/kg烟煤是一种碳化程度较高的煤，次于无烟煤，挥发分含量范围较广约为 2040%。表 2-3 发电煤粉锅炉用煤我国分类标准VAMST表 面 水分Mf全水分Ml中 挥 发分烟煤 中 高 挥发 分 烟煤高 挥 发分 烟 褐煤常 灰 分煤灰分煤灰分煤水分煤水分煤水分煤水分煤水分煤水分煤硫煤硫煤3 级V31
28、9%27%Q.p 16.3MJ/kg4 级V427%40%Q.p 15.5MJ/kg5 级V540%Q.p 11.7MJ/kg灰分A Azd1 级A134%(7)2 级3 级1 级2 级3 级1 级2 级3 级1 级2 级A2A3M1M2M3M1M2M3S1S234%45%(713)45%(13)8%8%12%12%22%22%40%40%1%(0.2)1%2.8%(0.20.55)2.8%(0.55)1350不限V40%dafV40%daf全硫Sd.ttS z煤灰硫煤不 结 渣煤3 级1 级S3ST1QQ.p.p 12.6MJ/kg 12.6MJ/kg熔 融 性软 化 温度ST易 结 渣煤2
29、 级ST21350Q.p 12.6MJ/kg与褐煤相比，它的挥发分较少，密度较大，吸水性较小，含碳量增加，氢和氧的含量削减。烟煤的最大特点是具有粘结性，这是其他固体燃料所没有的。应当指出的是，不是全部的烟煤都具有同样的粘结性。大局部烟煤都简洁点燃，火焰长，其发热量一般比无烟煤低。外表呈灰黑色，有光泽，质较松，有的焦结性强，个别含氢量多，灰分、水分少的优质烟煤，其发热量可超过无烟煤。但是也有灰分甚高的劣质烟煤，它的发热量很低。3. 贫煤贫煤的碳化程度与烟煤相近，它的性质介于烟煤与无烟煤之间，其挥发分含量较低约为 1020%，不易点燃；火焰较短，焦结性差。发热量介于无烟煤与一般烟煤之间。4褐煤褐煤
30、的形成年限较短，外观呈棕褐色，无光泽，质软易碎。其碳化程度低，挥发物可达40%或更高。褐煤的挥发物开头析出温度低，简洁着火。但它的吸水力量强，含水分高，多数状况下其总水分均大于 20%。褐煤的含碳量低，杂质多，故通常发热量低；褐煤的机械强度很差，易裂开；在空气中易风化，且易自燃，故不宜远距离运输和长时间贮存。5低质煤就目前的技术水平而言，但凡单独燃用有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性较差，或煤中有害杂质含量较高的煤，统称为低质煤或劣质煤。第五节 燃煤的结渣和沾污特性燃料煤中,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
31、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. 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,假设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，运行中通过吹灰很简洁将它们除掉,从而保持 受热面的清洁。假设渣粒以
32、液体或半液体粘附受热面管壁或炉墙上,将形成一层严密的灰渣层， 即为结渣。结渣本身是一简单的物理化学过程，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响形成熔融，并与另外一些组分反响形成复合晶体，此时它们的熔融温度将更低。在肯定的温度下，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力量，从而转变煤灰的成分及其熔融特性。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，灰锥顶端开头变圆或弯曲时的温度 t
33、1;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的温度 t2;FT-流淌温度，锥体熔化成液体或厚度在 1.5mm 以下时对应的温度 t3。目前推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,由固体渐渐向液体转化没有明显的界限温度的特性。普遍承受的煤灰熔融温度测定 方法，主要为角锥法和柱体法两种。由于角锥法锥体尖端变形简洁观测，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。将锥体放入半复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
34、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，冷却时可在较长时间保持肯定粘度，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。假设灰熔点温度很高(ST1350)，管壁上积灰层和四周烟气的温度很难超过灰的软化温度一般认
35、为此时不会发生结渣,假设灰熔点较低(ST1200),灰粒子很简洁到达软化状态,就简洁发生结渣。而影响煤灰熔融性的因素是煤灰的化学组成和煤灰四周高温的介质的特性 ,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的流淌性，易结渣。但煤灰是多种复合化合物的混合物，燃烧时将可以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；二是弱复原性介质。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 F
36、e2O3，熔点高。在弱复原性介质中，铁呈 FeO 状态，简洁导致结渣。（2） 炉内空气动力特性炉膛内的烟气温度以及水冷壁四周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,高温的火焰中心应当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,直流燃烧器切向燃烧室中,煤粉火炬贴壁冲墙时, 会使水冷壁四周产生高温,大量灰粒子冲击水冷壁受热面:四角上的燃烧器风粉动量安排不均 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,熔渣粒子四周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复原性
37、气氛,会促使水冷壁结渣,尤其是当燃用含硫较高的煤时. 由于在复原性气氛中,灰中熔点较高的三氧化二铁被一氧化碳复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.因此在锅炉运行当中,保证风粉安排均匀，防止气流贴壁冲墙，留意燃烧调整保持火焰 中心的适当位置,承受适宜的过量空气系数避开产生复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都会对结渣产生肯定的影响 .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，这时易在燃烧器四周的壁面上发
38、生结渣。假设温度过高，由于燃烧器释放的热量没有足够的受热面吸取，致使燃烧器布置区局部温度过高，也简洁引起燃烧器四周水冷壁结渣。反之,假设 qa 过低,则炉膛断面过大而高度却缺乏,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上升时,炉内温度也相应上升,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峻的。受热面结渣以后,会使传热减弱,吸热量削减。为保持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上升和过热蒸汽超温,这时为了维持汽温,运行中要限制锅炉负荷;燃烧器喷口结渣,直接影响气流的正常流淌状
39、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局部烟气通道,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法连续进展.总之,结渣不但增加了锅炉运行和检修工作量，严峻是锅炉安全经济性，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粉锅炉的燃烧过程中，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 质在受热面外表分散并连续粘结灰粒形成
40、的沉积灰层。结渣和沾污虽然形成机理不同，但它 们之间是相互影响的。当沾污层厚度达肯定值时，外表温度上升，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积灰的判别准则是格外 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，铁和钙起增加结渣的作用。在复原性气氛中，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K O 含量大于 1%时，结渣性较严峻。当K O 含量小于 0.2
41、%22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，反而使结渣性增加。而 Al O 含量增加可减轻结渣性。因此，煤灰中酸性成分 SiO ，Al O ，TiO2 322 32比碱性成分 Fe O ，CaO，MgONa O，K O 的熔点高,故常用碱酸比来作为结渣倾向的判别指数。2 322即式中 B煤灰中碱性成分含量A煤灰中酸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，为稍微结渣煤；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，有可能消灭结渣。硅比 SR 最初用于评价旋风炉中灰渣的流淌特性，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。即争论说明，较大的硅比意味着灰渣有较高的粘度。当 S 72 时不易发生结渣，当 S CaO+MgO的煤， Fe O /CaO3.0 时为结渣煤。所以铁钙比越大，结渣的2 32 3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，具有稍微粘结性，一般只