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基于矿物质赋存形态与转变过程的炉内灰渣沉积研究

赵晓辉  
【摘要】: 所有的煤都含有一定量的产灰无机组分,在燃烧前这些无机组分不能经济有效地脱除。一些不可控炉内换热面上的灰渣沉积可影响锅炉运行,导致非计划停炉或降低锅炉出力和电力生产效率。基于此类问题,本文内容主要包括以下几部分: 首先针对高铁、高钙、低灰熔点、易结渣神华煤,采用化学分离方法结合感应耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)元素分析和XRD物相检测确定了神华煤中铁钙矿物质和其它硅铝酸盐矿物质赋存形态,得到了燃料特性这一决定灰渣沉积的内在原因。 基于实验室煤灰宏量分析的灰熔点数据,建立了煤灰熔点与氧化物表示的灰组分之间的关系,重点对比了线性偏最小二乘回归算法与非线性神经网络算法在分析试验数据时的差异;采用交叉有效性验证以及变量投影重要性和预测样本残差平方和等指标优化的偏最小二乘回归模型能够很好的表示灰成分与灰熔点之间的非线性关系。 分析研究了高熔点灰渣(初始变形温度高于1400℃)在水煤浆锅炉内卫燃带上的沉积机理,认为铁和钙在沉积表面的富集加剧了颗粒的烧结程度,为沉积灰渣颗粒不脱落提供了作用力。同时研究了采用水煤浆再燃降低NO_x技术对炉内灰渣沉积的影响,认为再燃燃烧器附近颗粒接受到的入射热流较低,从而延长了煤焦颗粒氧化燃尽时间,为包裹于煤焦颗粒内部含铁矿物质与其它硅酸盐矿物质相互作用提供了更长的时间,生成较高粘附倾向的大颗粒;且由于再燃产生的局部还原气氛,使得独立于煤焦颗粒的外部黄铁矿矿物质颗粒氧化过程延长,相对最终氧化产物赤铁矿(Fe_2O_3)具有高粘附倾向的中间产物铁硫氧共熔体(Fe-S-O)的存在时间延长,加剧外部铁矿物质的粘附倾向;同时再燃区燃烧器附近矿物质颗粒接受到的入射辐射热流较低,方解石和黄铁矿颗粒的破碎在一定程度上降低,相对于非再燃工况更易生成较大颗粒的铁、钙灰颗粒,这部分具有较大惯性力的粘附颗粒更易向受热面沉积。 结合实验室燃烧装置,对前人提出的灰污热流仪评价结渣倾向做了改进,评价了神华煤的结渣倾向和结渣原因。提出了沉积灰样的平均脱落周期和平均热流衰减幅度2个指标,这2个指标能够较好地定量判断不同煤种的结渣倾向。并在混煤结渣特性实验研究的基础上,提出了评价一组燃煤相对结渣强弱的方法,对比了该方法和灰熔点指标与粘度指标的差异。 结渣之所以影响锅炉效率,是因为其降低锅炉换热效率,因此,对灰和渣的导热特性作了初步的实验研究,重点讨论了影响换热参数的几个因素。 最后,结合一个工程实际,分析了渣油燃烧过程中炉内灰渣沉积的原因和组分分布特性,发现沉积初始小颗粒层中,钒、硫、钠、钙和铁元素含量比成熟阶段外层沉积要高,而硅和铝则相反。对于成熟渣样,炉膛内沉积主要矿物组成为莫来石,2级(高温)过热器部位沉积主要为莫来石,方石英与微斜长石(钾铝硅酸盐),而1级(低温)过热器与省煤器部位则出现一些钒酸钠,钒酸铁与硫酸钙沉积。实验和理论分析表明,该燃油锅炉发生严重结渣的一个重要原因是渣油中八面沸石矿物的存在。


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