【正文】 成的影響；3灰熔點(diǎn)測(cè)試是在緩慢加熱條件下對(duì)整塊樣品進(jìn)行的，而煤灰粒度較小，加熱速度極快，這人熔融過(guò)程有其特殊的地方；4爐內(nèi)氣氛變化會(huì)改變灰粒中某些元素的價(jià)態(tài)，進(jìn)而改變整體灰粒的物理特性；5不同地區(qū)煤質(zhì)存在很大差異，結(jié)渣、玷污指數(shù)應(yīng)用和一定煤質(zhì)相對(duì)應(yīng)。（二）結(jié)渣綜合判定方法 為了克服單一結(jié)渣、玷污指標(biāo)分辨率低的缺陷，發(fā)展了用模糊數(shù)字將幾個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的模糊判斷法和考慮爐膛容積熱負(fù)荷、斷面熱負(fù)荷的綜合判別法。西安熱工研究院（孫亦祿，1986）的RTSQ綜合判別法，利用多種判別指標(biāo)，如熔點(diǎn)結(jié)渣指標(biāo)RT變形溫度T軟化溫度T硫分結(jié)結(jié)渣指數(shù)R2s、硅比G粘度結(jié)渣指數(shù)RN和QV、QF對(duì)煤種結(jié)渣綜合評(píng)價(jià)，亦取得了與實(shí)際狀況比較吻合的結(jié)果。哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所（趙得敏，1998）綜合考慮爐膛溫度對(duì)結(jié)渣的影響，提出了無(wú)因次爐膛最高溫度各無(wú)因次實(shí)際切圓直徑兩項(xiàng)新的結(jié)渣判別指標(biāo)，結(jié)合煤質(zhì)特性四項(xiàng)指標(biāo)（灰熔點(diǎn)T堿酸比B/A、SiO2/Al2O3和硅比G），得用模糊數(shù)學(xué)方法建立綜合判斷模型，以此判別鍋爐結(jié)渣傾向。 四 根據(jù)爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)如前所述 ，無(wú)論是單一性判別指標(biāo)還是綜合性判別指標(biāo)，都是在有限的煤質(zhì)范圍和一定的試驗(yàn)工況下得出的經(jīng)驗(yàn)性指標(biāo)，部分指標(biāo)雖經(jīng)過(guò)鍋爐運(yùn)行檢驗(yàn)，但大多數(shù)指標(biāo)預(yù)測(cè)結(jié)渣的適用性仍較差。同時(shí)，相對(duì)于鍋爐結(jié)渣過(guò)程的復(fù)雜性和影響因素的多樣性來(lái)說(shuō)，只從煤質(zhì)(或煤灰)一方面對(duì)結(jié)渣狀況作出判別是不充分的。（一）通過(guò)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)防治結(jié)渣爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)是影響四角切向燃燒煤粉鍋爐爐膛結(jié)渣的重要因素。在煤粉爐中，燃燒中心的灰分大多屬于熔化或軟化狀態(tài)，當(dāng)含灰氣流沖刷水冷壁時(shí)，若其仍高于熔化或軟化溫度，則灰渣易粘附于爐壁上形成結(jié)渣。實(shí)際鍋爐運(yùn)行證明，在爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況惡化時(shí)，煤灰結(jié)渣傾向小的煤種有可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重結(jié)渣。在低負(fù)荷情況下，煤灰結(jié)渣傾向大的煤種也可避免結(jié)渣。即使是設(shè)計(jì)良好的鍋爐爐膛，運(yùn)行中由于配風(fēng)不當(dāng)、負(fù)荷變動(dòng)和給粉方式的變化都可能會(huì)引起爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況惡化、產(chǎn)生局部還原性氣氛而引起結(jié)渣。因此 ，必須從改善爐內(nèi)的空氣動(dòng)力工況入手來(lái)解決切向燃燒煤粉鍋爐的結(jié)渣問(wèn)題，保持燃燒中心適中，爐內(nèi)切圓大小適當(dāng)，防止火焰中心偏斜和貼壁是防止?fàn)t膛結(jié)渣的前提。到目前為止，通過(guò)鍋爐爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，己經(jīng)解決了某些電廠的爐內(nèi)結(jié)渣問(wèn)題。冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)可以分析爐內(nèi)實(shí)際切圓直徑大小、氣流的偏斜狀況等，進(jìn)而改進(jìn)燃燒器布置和風(fēng)粉分配方式，組織合理而良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力式?jīng)r。但空氣動(dòng)力冷態(tài)試驗(yàn)耗資很大，對(duì)不同的爐型都要進(jìn)行重新測(cè)試，該方法還受到實(shí)驗(yàn)手段的限制。而爐內(nèi)過(guò)程數(shù)值計(jì)算則提供了一種廉價(jià)、靈活的研究手段，能對(duì)爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況進(jìn)行比較準(zhǔn)確的模擬。（二）通過(guò)爐內(nèi)過(guò)程全模擬對(duì)結(jié)渣進(jìn)行預(yù)報(bào)影響結(jié)渣的關(guān)鍵因素有三點(diǎn):一是煤灰結(jié)渣特性。二是煙氣的溫度高于灰熔點(diǎn)。三是含灰氣流沖刷受熱面。因此，必須把爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)結(jié)合起來(lái)考慮，才能比較準(zhǔn)確地對(duì)爐內(nèi)的結(jié)渣情況作出預(yù)報(bào)。與爐內(nèi)冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)不同，爐內(nèi)過(guò)程全模擬可以較好地模擬爐內(nèi)的溫度場(chǎng)和壁面熱流密度，能對(duì)爐內(nèi)工況進(jìn)行比較全面的分析。傳統(tǒng)的爐內(nèi)過(guò)程全模擬是通過(guò)爐內(nèi)的冷熱態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)、煙氣溫度場(chǎng)、爐膛壁面溫度場(chǎng)來(lái)研究相關(guān)的爐內(nèi)問(wèn)題。以此來(lái)分析爐膛結(jié)渣狀況則有點(diǎn)粗糙，下面通過(guò)對(duì)其結(jié)渣機(jī)理的分析建立爐內(nèi)結(jié)渣預(yù)報(bào)模型。在煤灰的結(jié)渣過(guò)程中，原生灰污層溫度對(duì)爐膛結(jié)渣有重要影響。原生灰污層是覆蓋在水冷壁管外表面的高活性薄層， m，原生灰污層形成原因是多方面的，主要原因有:1, 凝結(jié)作用 ，堿金屬氧化物的汽化溫度一般在1400℃以上，而凝結(jié)溫度在10001100℃，在爐膛的高溫下煤灰中這些易揮發(fā)的化合物汽化或升華，在遇到溫度很低的水冷壁管時(shí)就凝結(jié)下來(lái)，形成沉積物。 熱泳力的作用，由于爐內(nèi)水冷壁附近存在很大的溫度梯度，煙氣中的細(xì)微灰粒在熱泳力作用下，由高溫區(qū)向低溫區(qū)遷移，形成沉積物粘在水冷壁管外。 其它力的作用，在細(xì)微灰粒之間分子吸引力、慣性分離力、由于流動(dòng)磨擦產(chǎn)生的靜電吸引力等作用下，灰粒也會(huì)向水冷壁管集聚，形成沉積物。原生 灰 污 層的導(dǎo)熱系數(shù)很小，它的出現(xiàn)不僅引起爐膛溫度升高，而且造成灰污層表面溫度遠(yuǎn)高于管外壁溫度。在一般水冷壁投射熱流密度情況下，原生灰層內(nèi)外溫差可達(dá)800—9500℃當(dāng)灰 污 層 外表面溫度處于灰渣半球溫度和流動(dòng)溫度范圍內(nèi)時(shí)，原生灰污層外側(cè)渣處于塑性狀態(tài)，與沖擊到表面上的灰粒粘結(jié)在一起，很難加以清除，造成嚴(yán)重結(jié)渣。結(jié)渣是惡性循環(huán)，使灰污層外側(cè)溫度更高，結(jié)渣越結(jié)越厚，當(dāng)灰污層外壁溫度高于灰渣粘度為25Pa s所對(duì)應(yīng)溫度時(shí)，灰渣便處于極好的流動(dòng)狀態(tài)，使結(jié)渣達(dá)到相對(duì)平衡。因此鍋爐是否結(jié)渣與原生灰污層表面溫度關(guān)系很大，必須建立預(yù)報(bào)原生灰污層表面溫度的數(shù)學(xué)模型。綜上所述 ，研究爐內(nèi)結(jié)渣狀況必須綜合考慮煤灰特性、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)三方面的因素，才能對(duì)結(jié)渣情況作出完整、準(zhǔn)確的判斷。第七章 對(duì)實(shí)際煤種的預(yù)測(cè)一 根據(jù)灰熔點(diǎn)預(yù)測(cè)煤的結(jié)渣性 表14 煤種項(xiàng)目靖遠(yuǎn)煤種和豐縣一礦農(nóng)十師一對(duì)T2（℃）119811601290結(jié)渣程度 嚴(yán)重結(jié)渣 嚴(yán)重結(jié)渣 中等結(jié)渣二 根據(jù)T2，Qydw判別法的結(jié)果 表15煤種項(xiàng)目靖遠(yuǎn)煤種和豐縣一礦農(nóng)十師一對(duì)T2（℃）1198 1160 1290 Qydw（kJ/kg ） 是否結(jié)渣結(jié)渣 結(jié)渣結(jié)渣三 根據(jù)灰成分判斷結(jié)果 表16 煤種項(xiàng)目靖遠(yuǎn)煤種和豐縣一礦農(nóng)十師一對(duì)SiO2(%)AlO(%)FeO(%)CaO(%)MgO(%)K2O+Na2O(%)TiO2(%)酸堿比B/A結(jié)渣程度中等結(jié)渣中等結(jié)渣中等結(jié)渣硅鋁比SiO2/AlO結(jié)渣程度嚴(yán)重結(jié)渣輕微結(jié)渣輕微結(jié)渣鐵鈣比FeO/CaO0．630．47結(jié)渣程度中等結(jié)渣中等結(jié)渣中等結(jié)渣第八章 速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)渣的影響一 速度場(chǎng)對(duì)結(jié)渣的影響（一）給粉速度對(duì)結(jié)渣的影響給粉速度提高，即單位時(shí)間內(nèi)供給的煤粉質(zhì)量增加，相當(dāng)于提高了煤粉濃度，減少了與煤粉顆粒反應(yīng)的氧氣的分額，也就是等價(jià)于減少了爐內(nèi)的氧濃度。（a）不同給粉速度下顆粒溫度的比較 (b) 不同給粉速度下顆粒呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的份額及時(shí)間比較 圖11 給粉速度對(duì)結(jié)渣的影響從本 模 型 的結(jié)果圖11 (a)可以看出，給粉速度提高后，煤粉的著火時(shí)間提早，著火溫度提高，這是由于煤粉濃度提高的緣故。還發(fā)現(xiàn)煤焦的溫度較未提高給粉速度時(shí)有如此變化:在顆粒著火后，顆粒溫度先是有所降低，而后又提高了。與煤粉顆粒相似，外部硫鐵礦顆粒的溫度開(kāi)始也有所降低，但后來(lái)則提高了。分析產(chǎn)生這種變化的原因，燃燒初期由于氧量的減少導(dǎo)致燃燒速度減慢，即燃燒放熱量有所降低，顆粒溫度較未提高給粉速度前有所降低:而后來(lái)由于煤粉濃度提高造成顆粒對(duì)流散熱減少的效果超過(guò)了燃燒放熱量降低的影響，所以，顆粒的溫度水平又得到了提高。給粉速度提高后，由于氧量的相對(duì)減少，使煤粉的燃燒效率降低，燃燼時(shí)間延長(zhǎng)，內(nèi)部硫鐵礦隨煤粉的燃燒也發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。由于顆粒著火后溫度水平的提高，導(dǎo)致內(nèi)部硫鐵礦的熱分解速度提高，內(nèi)部磁硫鐵礦達(dá)到其熔點(diǎn)的時(shí)間提早，然而，后期由于氧量的不足(氧濃度的相對(duì)降低)導(dǎo)致了已達(dá)到熔點(diǎn)的內(nèi)部磁硫鐵礦氧化速度降低(在內(nèi)部磁硫鐵礦的氧化和玻璃化的競(jìng)爭(zhēng)中，玻璃化的優(yōu)勢(shì)增強(qiáng))，如此會(huì)造成熔融態(tài)的內(nèi)部磁硫鐵礦持續(xù)熔融狀態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)，而且熔融磁硫鐵礦占含鐵物質(zhì)總量的份額增加。熔融磁硫鐵礦氧化生成的是熔融態(tài)而不是固態(tài)的磁鐵礦，因此，隨著熔融磁硫鐵礦的提早出現(xiàn)及份額的增加，必然導(dǎo)致熔融態(tài)磁鐵礦的提早出現(xiàn)，份額增加，持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。此外，熔融態(tài)物質(zhì)與煤內(nèi)的硅結(jié)合形成的玻璃體份額也增加了。這些都是環(huán)境中氧量不足的后果，熔融態(tài)物質(zhì)若撞擊到爐壁上，極易粘附于其上，而且，從模型的結(jié)果看出給粉速度提高后在燃燒過(guò)程中形成的玻璃體的份額增大，這對(duì)預(yù)防結(jié)渣顯然是不利的。外部硫鐵礦分解完全的時(shí)間較早，此時(shí)顆粒溫度與未提高顆粒流速時(shí)的顆粒溫度相差不大，所以，生成的磁硫鐵礦及其氧化產(chǎn)物磁鐵礦達(dá)到熔點(diǎn)的時(shí)間和原條件下的時(shí)間相差無(wú)幾。而后，由于煤粉濃度提高，氧量不足，磁硫鐵礦和磁鐵礦持續(xù)熔融狀態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)。這對(duì)預(yù)防爐內(nèi)結(jié)渣也是不利的。提高 給粉速度后顆粒呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的份額及時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖11（b）。另外 ，提高給粉速度后，顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間有所縮短(見(jiàn)圖11)。雖然縮短顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間有益于減少熔融態(tài)物質(zhì)與爐壁撞擊、造成結(jié)渣的幾率，但從圖11可以看出，提高給粉速度后顆粒反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)熔融狀態(tài)時(shí)間的延長(zhǎng)超過(guò)了縮短的爐內(nèi)停留時(shí)間。也就是，提高給粉速度后，顆粒在爐內(nèi)持續(xù)熔融狀態(tài)的時(shí)間還是延長(zhǎng)了。由計(jì)算結(jié)果我們可以看出，從預(yù)防結(jié)渣的角度來(lái)看，降低給粉速度是有利的。但考慮到最佳著火濃度的問(wèn)題，給粉速度也不易過(guò)低，否則不利于煤粉的著火與燃燒。因此，應(yīng)適當(dāng)選取給粉速度，以期得到最好的效果。(二)氣流速度對(duì)結(jié)渣的影響氣流速度的提高對(duì)煤粉的著火及燃燒的影響(這將最終體現(xiàn)為對(duì)結(jié)渣的影響)較為復(fù)雜。降低氣流速度(體積流量或配風(fēng)量)相當(dāng)于降低了爐內(nèi)氧濃度，提高了煤粉濃度，這導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)的升溫速度減慢，著火推遲，著火溫度降低:著火后，由于對(duì)流散熱減少，與氧量減少帶來(lái)的燃燒反應(yīng)減弱造成的顆粒溫度降低相抵消，結(jié)果是煤粉顆粒的溫度水平變化不大，也就是煤焦的燃燼速度變化不大，使煤焦燃燼時(shí)間也幾乎不變。改變氣流速度對(duì)外部硫鐵礦溫度的影響也類似與其對(duì)煤粉顆粒溫度的影響。不同氣流速度下顆粒溫度的變化見(jiàn)圖12(a). (a) 不同氣流速度下顆粒溫度的比較（b）不同氣流速度下顆粒呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的份額及時(shí)間比較 圖12 氣流速度（配風(fēng)量）對(duì)爐內(nèi)結(jié)渣的影響如圖12所述，外部硫鐵礦的分解及分解產(chǎn)物磁硫鐵礦的氧化速度均高于煤粉內(nèi)部的硫鐵礦。即外部硫鐵礦反應(yīng)過(guò)程中的熔融態(tài)產(chǎn)物會(huì)在顆粒燃燒的初期出現(xiàn)時(shí)，顆粒的溫度幾乎不變，所以，氣流速度的變化對(duì)外部硫鐵礦反應(yīng)的中間產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)熔融狀態(tài)的時(shí)間、熔融態(tài)物質(zhì)的份額及持續(xù)熔融狀態(tài)的時(shí)間影響不大。而對(duì)于存在于煤粉內(nèi)部的硫鐵礦來(lái)說(shuō)，分解生成的磁硫鐵礦及磁硫鐵礦的氧化產(chǎn)物磁鐵礦要在燃燒的中后期才能達(dá)到其熔點(diǎn)，由于著火后煤粉顆粒的溫度與未降低氣流速度之前相比變化很小，所以顆粒開(kāi)始出現(xiàn)熔融狀態(tài)的時(shí)間變化不大，而且由于氧濃度的降低，顆粒的氧化速率降低，且在磁硫鐵礦的氧化與玻璃化競(jìng)爭(zhēng)中氧化的優(yōu)勢(shì)降低，帶來(lái)的結(jié)果熔融態(tài)物質(zhì)及玻璃體的份額增加，熔融狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間延長(zhǎng)，這對(duì)預(yù)防結(jié)渣是不利的。氣流速度對(duì)顆粒熔融狀態(tài)出現(xiàn)的時(shí)間、份額及持續(xù)時(shí)間的影響見(jiàn)圖12(b).另外 ，降低氣流速度后，顆粒在爐內(nèi)停留的時(shí)間必然延長(zhǎng)(因?yàn)轭w粒隨氣流以同一速度在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng))，這增加了熔融態(tài)物質(zhì)及玻璃體與爐壁碰撞形成結(jié)渣的機(jī)會(huì)。由此 可 知 ，減少配風(fēng)量對(duì)預(yù)防爐內(nèi)結(jié)渣是不利的，但考慮到配風(fēng)量過(guò)大會(huì)造成對(duì)流散熱過(guò)大，對(duì)煤粉燃燒效率不利。因此，對(duì)配風(fēng)量的選取應(yīng)慎重，在保證燃燒效率的前提下盡量選大一些的氣流速度。二 溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)渣的影響（一）爐壁溫度對(duì)結(jié)渣的影響。壁溫的變化對(duì)煤粉、內(nèi)部硫鐵礦及外部硫鐵礦燃燒的影響類似于環(huán)境溫度對(duì)它們的影響。壁溫變化對(duì)顆粒溫度的影響可見(jiàn)圖13 (a)。壁溫降低后，煤粉的溫升速度降低，著火時(shí)間推遲，著火溫度卻降低。而后，由于顆粒的溫度水平降低，造成煤粉的燃燒速度降低，導(dǎo)致煤粉燃燼時(shí)間延長(zhǎng)。對(duì)于外部硫鐵礦，壁溫降低后，其溫度水平也有所降低。從圖 13( b)可以看出，降低壁溫后，由于顆粒溫度水平的降低，內(nèi)部硫鐵礦反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)熔融態(tài)的時(shí)間推遲，熔融狀態(tài)持續(xù)時(shí)間縮短。由于溫度水平不高，形成玻璃體的份額降低。所以，對(duì)內(nèi)部硫鐵礦而言，降低壁溫有利于預(yù)防爐內(nèi)結(jié)渣。對(duì)于外部硫鐵礦，開(kāi)始出現(xiàn)熔融態(tài)物質(zhì)的時(shí)間推遲，份額略有降低，持續(xù)時(shí)間變化不大，這也是有利于預(yù)防結(jié)渣的?？紤] 顆 粒 在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，圖13表現(xiàn)出降低爐壁溫度后，顆粒在爐內(nèi)停留的時(shí)間延長(zhǎng)，但持續(xù)熔融狀態(tài)的時(shí)間縮短，所以，顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間的延長(zhǎng)并不會(huì)增加爐內(nèi)結(jié)渣的可能性。圖 13(c) 與(d)體現(xiàn)了面溫度改變對(duì)內(nèi)部硫鐵礦反應(yīng)的結(jié)渣特性的影響大于其對(duì)外部硫鐵礦的影響?？紤]到內(nèi)部硫鐵礦對(duì)結(jié)渣的貢獻(xiàn)較外部硫鐵礦大，因此，降低壁面溫度對(duì)預(yù)防結(jié)渣的效果比較明顯。 (a)不同壁溫下顆粒溫度的比較 (b) 不同壁溫下顆粒呈現(xiàn)熔融狀態(tài)的份額及時(shí)間的比較 (c) 內(nèi)部硫鐵礦及其熔融態(tài)中間產(chǎn)物含鐵量份額與顆粒溫度之間的關(guān)系的比較 (d) 外部硫鐵礦及其熔融態(tài)中間產(chǎn)物含鐵量份額與顆粒溫度之間的關(guān)系的比圖13 不 同 壁 溫 對(duì) 爐 內(nèi) 結(jié)渣 的 影 響綜合以上分析，可以得出結(jié)論一降低爐壁溫度對(duì)預(yù)防爐內(nèi)結(jié)渣有益。但有一點(diǎn)必須注意，降低爐壁溫度后，對(duì)煤粉的燃燒不利，會(huì)降低煤粉的燃燒效率。所以，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)在保證燃燒效率的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低爐壁溫度，以獲得滿意的效果。（二）爐內(nèi)環(huán)境(氣流)溫度。氣流 (環(huán)境)溫度降低后，顆粒的升溫速度降低，會(huì)導(dǎo)致煤粉的著火時(shí)間延長(zhǎng)，著火溫度降低。煤粉燃燒時(shí)的溫度水平也隨環(huán)境溫度的降低而降低，這帶來(lái)的后果是煤焦的燃燼時(shí)間延長(zhǎng)。環(huán)境溫度降低對(duì)外部硫鐵礦溫度的影響也類似于其對(duì)煤粉溫度的影響，也造成了外部硫鐵礦在爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程中溫度水平的降低。圖14(a)清楚地表現(xiàn)了環(huán)境溫度的變化