灰分沉積特性的理論和實驗研究.pdf

1、在大型循環(huán)流化床中摻燒煤泥、煤矸石等煤洗選加工廢棄物不但能提高能源的綜合利用效率，而且還能阻止其對大氣、水質(zhì)、土壤污染，具有顯著的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。然而，已投產(chǎn)的鍋爐運行實踐表明，在爐膛內(nèi)部、換熱器表面或旋風(fēng)分離器內(nèi)表面、落料腿等部位發(fā)生的粘附、燒結(jié)、板結(jié)等灰分沉積現(xiàn)象，會腐蝕設(shè)備裝置，顯著降低鍋爐效率，影響鍋爐的穩(wěn)定運行，嚴(yán)重時，會造成停爐停產(chǎn)，甚至帶來安全隱患。探究灰分沉積的機理及其影響因素，從而提供減輕灰分沉積傾向的可行方案，對

2、鍋爐的穩(wěn)定運行及新鍋爐的設(shè)計都大有裨益，進(jìn)而對洗選廢棄物的處理、潔凈煤燃燒技術(shù)提供支撐。
　　灰分沉積本質(zhì)上是一個復(fù)雜的含化學(xué)反應(yīng)的高溫氣固兩相流邊界層問題?；曳殖练e包括灰分的粘附、發(fā)展、燒結(jié)和熔融等過程。本文圍繞灰分沉積過程的描述，沉積過程的實驗?zāi)M，運行參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、物性參數(shù)和成分參數(shù)對灰分沉積特性的影響規(guī)律等，開展了相關(guān)的研究工作。
　　本文第一章介紹了灰分沉積特性研究的應(yīng)用背景和意義、灰分沉積的危害以及關(guān)于灰分沉積

3、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀。
　　本文第二章概述了研究灰分沉積特性的實驗方法和實驗平臺。分別對灰熔點測定方法、微觀樣貌測定方法、灰分成分測量方法及自創(chuàng)的體積形變實驗進(jìn)行了詳細(xì)的概述和總結(jié)。結(jié)合循環(huán)流化床鍋爐灰分沉積的特點，搭建了灰分沉積實驗平臺。分別對灰分沉積實驗平臺的設(shè)計目標(biāo)、主要部件構(gòu)成、工作模式及適用范圍作了詳細(xì)闡述。極限工況實驗表明，實驗平臺不能模擬出灰分沉積、熔融軟化的現(xiàn)象，實驗平臺有致命的設(shè)計缺陷。其主要原因是加熱元件的不能滿足

4、實驗需求，灰分顆粒未能被加熱到熔融或半熔融狀態(tài)。最后，對試驗爐平臺加熱系統(tǒng)改進(jìn)、供料系統(tǒng)的可控性及沉積探針測量拆卸式探頭的溫度精度的提高等提出了改善性建議。
　　本文第三章首先梳理了前人對沉積機理的探索，指出完備的沉積機理應(yīng)該包含顆粒尺度模型、顆粒物性模型、顆粒碰撞模型、顆粒受力模型、顆粒輸運過程以及顆粒沉積判據(jù)。隨后，分別對沉積輸運模型、顆粒受力模型、及沉積判據(jù)等做出了概述性總結(jié)。特別地，在對顆粒沉積判據(jù)的總結(jié)中，得出沉積評價指

5、標(biāo)是基于結(jié)果導(dǎo)向的，每種指標(biāo)只適用于特定的范圍，需探索過程引導(dǎo)的微觀顆粒的沉積判據(jù)。在氣固兩相流的受力分析及各種力的尺度等級分析基礎(chǔ)上，結(jié)合沉積過程的具體現(xiàn)象，得出了不同粒徑顆粒在沉積過程中的受力情況。最后，梳理了煙氣飛灰顆粒從初始層的形成，到逐漸發(fā)展生長，沉積物形成過后內(nèi)部形態(tài)的變化，及最終形成板結(jié)的沉積塊的完備的沉積描述。
　　本文第四章探究了硅鋁比對灰分燒結(jié)特性的影響規(guī)律。以SiO2-Al2O3-MgO-Fe2O3-CaO為

6、原料，制備了五種不同硅鋁比的合成灰分樣品。在馬沸爐中對不同硅鋁比的灰分樣品進(jìn)行處理，讓樣品在馬沸爐中存留12小時，以制成燒結(jié)樣品。綜合運用VSR、DIL、SEM、XPS及XRD的實驗結(jié)果描述了燒結(jié)樣品的形貌特征及化學(xué)成分特征。實驗結(jié)果表明，燒結(jié)過程主要發(fā)生在溫度超過1000℃的第三階段，伴隨著VSR曲線顯著降低。過量的SiO2(S/A=0.45)會導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)而過量的Al2O3(S/A=0.5)會產(chǎn)生大顆粒團聚物并阻礙共晶體的生成和發(fā)展

7、。其他三組樣品(S/A=1.5，2.5，3.5)，燒結(jié)后具有致密的非晶體結(jié)構(gòu)，主要由低熔融溫度的共晶體組成（例如輝石、瓦茲利石）。隨著硅鋁比的增加，燒結(jié)溫度首先急劇下降到較低水平，然后逐漸上升到一個相對較高的水平。實驗結(jié)果表明，在灰分中添加富含Al2O3的添加劑比添加富含SiO2成分的添加劑對于減輕灰分的沉積現(xiàn)象更為有效。
　　本文第五章探究了煤灰成分與軟化溫度之間的關(guān)系。在本章中，實驗所用的灰分為合成煤灰。選取48種不同成分的煤