燃煤飛灰沉積特性的實驗研究

發(fā)布時間：2017-08-16 13:29

本文關(guān)鍵詞：燃煤飛灰沉積特性的實驗研究

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【摘要】：我國煤炭資源地域分布廣,探明儲量大,開采成本低,因此被當(dāng)作主要燃料廣泛地應(yīng)用于電力生產(chǎn)當(dāng)中。電廠鍋爐在實際燃用煤炭時,因煤中堿及堿土金屬類礦物質(zhì)的存在,鍋爐尾部受熱面會出現(xiàn)大面積的積灰結(jié)渣現(xiàn)象,導(dǎo)致?lián)Q熱管傳熱條件惡化,管壁腐蝕,甚至引發(fā)超溫爆管和非計劃停爐,給發(fā)電設(shè)備的平穩(wěn)安全運行帶來嚴(yán)重威脅。近期發(fā)現(xiàn)的新疆準(zhǔn)東煤田,儲量巨大,煤質(zhì)優(yōu)良,但煤中富含鈣鈉的特性使其在實際燃燒過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的灰污問題,大大限制了該煤種的大規(guī)模廣泛利用。因此,研究燃煤飛灰的沉積特性對于保證發(fā)電設(shè)備穩(wěn)定運行以及實現(xiàn)準(zhǔn)東煤的大規(guī)模利用具有重要意義。本文選擇了三種性質(zhì)差異顯著的典型煤灰:遼寧調(diào)兵山電廠循環(huán)流化床鍋爐外置式換熱器中床料灰、內(nèi)蒙古通遼電廠霍林河褐煤飛灰以及新疆五彩灣煤礦準(zhǔn)東煤灰。本文重點考察了煙氣流速、換熱管表面溫度、灰顆粒的粒徑分布等宏觀參數(shù)對煤灰沉積特性的影響,獲得了積灰過程“分階段、變速率”進(jìn)行的基本規(guī)律;考慮到準(zhǔn)東煤中堿金屬賦存形態(tài)及含量與燃燒溫度之間的關(guān)系,開展了制灰溫度對五彩灣準(zhǔn)東煤灰沉積特性影響的試驗,獲得了有價值的認(rèn)識和結(jié)論。首先,本文完成了對熱態(tài)飛灰沉積試驗臺的可視化改造,建立了積灰圖像分析的基本方法,為實現(xiàn)積灰全程的實時觀察奠定了良好的硬件基礎(chǔ)。鍋爐受熱面附近的高溫高污環(huán)境給原位觀察煤灰沉積的發(fā)生機(jī)制帶來了嚴(yán)重困難,試驗臺的可視化改造工作十分必要。本文對積灰采樣頭和爐膛支管的位置進(jìn)行了合理搭配,制造了無阻礙的視野通路,利用自行設(shè)計的耐高溫觀察視窗,借助自動調(diào)焦的攝錄一體化視頻采樣系統(tǒng),將灰粒沉積過程的細(xì)節(jié)信息全面詳實的予以記錄。本文將生物學(xué)分析軟件Image Pro Plus成功應(yīng)用于煤灰沉積圖像中灰層厚度的測量,在此基礎(chǔ)上獲得了表征飛灰沉積特性的“灰層生長速率曲線”。其次,開展了調(diào)兵山灰和通遼褐煤飛灰在不同煙氣流速、不同探針表面溫度下的灰沉積特性試驗;對調(diào)兵山電廠床料灰開展了不同粒徑范圍下的積灰特性試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi)增大煙氣流速將對煤灰沉積產(chǎn)生抑制作用;而提高探針表面溫度,積灰層生長速率加快。這可能是因為高速氣流具有較強的沖刷作用,而灰粒在高溫表面容易吸熱軟化,增強了粘附性。粒徑影響的試驗發(fā)現(xiàn),同一灰樣不同粒徑下的灰顆粒,其化學(xué)成分及相對含量不同,這導(dǎo)致了粗灰和細(xì)灰的沉積傾向差異。試驗結(jié)果表明細(xì)灰易沉積且先沉積,形成的粗糙初始沉積層極大改善了后續(xù)灰粒的附著環(huán)境,本文稱上述效應(yīng)為“積灰面一次粗糙化”。最后,進(jìn)行了五彩灣準(zhǔn)東煤在不同探針表面溫度、不同煙氣流速以及不同制灰溫度下的工況試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),五彩灣準(zhǔn)東煤灰在較高的探針表面溫度下具有更快的灰層生長速率,而減小模擬煙氣流速也有利于積灰層的生長發(fā)展,這與調(diào)兵山灰及通遼褐煤飛灰試驗結(jié)果一致,對其原因的分析也相似。在不同制灰溫度下,發(fā)現(xiàn)所得灰樣的粒徑和成分含量差異顯著,800℃所制灰樣粒徑遠(yuǎn)大于500℃及650℃下的情況;中溫和低溫灰的粒徑分布差異較小,650℃時灰粒粒度最細(xì)。對灰中堿金屬含量變化情況進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)隨著制灰溫度的升高,Na元素含量下降,而Ca元素含量上升;Mg、Al、K等元素含量變化趨勢不單調(diào)。推測原因為Na在高溫下以氣態(tài)化合物形式揮發(fā),而Ca CO3在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)釋放出了CO2,上述高溫反應(yīng)的進(jìn)行引起了各元素相對含量的升降。積灰特性試驗表明,準(zhǔn)東煤高溫灰的沉積趨勢顯著強于兩種低溫灰,而500℃及650℃下煤灰的沉積特性曲線接近,積灰趨勢較低。圖像分析中還發(fā)現(xiàn),準(zhǔn)東煤灰的沉積層在生長過程中,其邊界始終保持凹凸不平的狀態(tài),與調(diào)兵山及通遼褐煤電廠灰平滑的灰層邊線差別明顯。推測原因為準(zhǔn)東煤灰中富含Na、Ca等元素,燃燒中形成的低熔點化合物降低了其灰熔點和燒結(jié)溫度;考慮到小粒徑灰粒吸熱快易軟化,大粒徑灰粒的熱耐受力強,因此灰層中細(xì)灰相對集中的區(qū)域出現(xiàn)熔化坍塌,使得灰層邊線出現(xiàn)凹坑;粗灰份額相對高處則可支撐原狀,成為灰層邊線上的凸峰。上述粗糙表面同初始沉積層一樣,極大提高了后續(xù)灰粒的粘附效率,本文稱該效應(yīng)為“積灰面二次粗糙化”。
【關(guān)鍵詞】：灰沉積 堿金屬 積灰面粗糙化
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM621
【目錄】：