劣质煤积灰结渣的可视化研究及其在富氧条件下的烧结特性研究

我国的能源消费中主要是以煤炭为主,而煤炭消费中,一半以上是在燃煤电站锅炉及工业锅炉中燃烧消耗掉。但是由于国家能源政策要求,动力用煤质量一般偏劣,含硫量和含灰量较高,易在锅炉受热面形成积灰、结渣、腐蚀及磨损等一系列问题。然而,燃煤锅炉的积灰结渣问题长期以来困扰着燃煤火电厂的运行,大大降低了锅炉的安全性及可靠性,同时降低了锅炉的效率,增加了电厂的运行成本。同时,灰的烧结熔融是煤灰积灰结渣的一项重要性质,直接影响锅炉受热面的沉积物的生长。为了研究劣煤的积灰结渣特性,利用一维火焰炉、自主设计开发的灰沉积探针系统、数字图像技术处理系统等装置及软件,结合热力学软件FactSage、电子扫描显微镜、能量色散荧光分析仪和X射线衍射分析仪,对劣质煤的积灰结渣过程进行了系统的研究。文中对劣质煤的积灰结渣的厚度及导热系数进行了在线测量。同时考察了炉膛温度和探针表面温度对积灰结渣的影响。此外,为了研究灰分在富氧条件下的烧结特性。自主开发了可变气氛的烧结卧式炉系统。该系统包含卧式烧结炉、CCD摄像系统、烧结探针系统及自动进退装置。模拟了富氧条件下,单煤灰和混合灰分别在水冷壁等受热面上的烧结特性。以下为主要的研究工作：首先,开发了一套油冷却的灰沉积探针系统和一套数字图像技术处理系统。包括沉积探针、CCD测枪与灰渣厚度在线监测软件。利用这两个系统完成了陕煤在一维火焰炉中结渣特性研究。实现了灰渣厚度的实时在线测量及通过探针的热流的实时在线监测。第二,利用双色法原理并结合数字图像技术处理系统,获得了灰渣平均有效导热系数的测量方法。利用该测量方法,开展了以准东煤为代表的高钠煤在一维火焰炉中结渣特性的研究。实验中获得了灰渣的平均有效导热系数随厚度的变化关系。第三,利用数字图像技术处理系统在一维火焰炉上开展了不同炉膛温度对陕煤结渣特性的影响。实验中炉膛温度分别设置为1573 K、1523 K、1473 K,探讨了各工况下灰渣的生长特性、微观结构分布特性。此外,利用改进的Urbain模型并结合FactSage软件研究了不同温度下,灰的粘度随温度的变化关系。第四,利用数字图像技术处理系统在一维火焰炉中研究了灰沉积表面温度对低温沉积物(积灰)生长特性的影响。另外,结合X射线衍射分析仪、电子显微扫描镜及能量色散荧光分析仪对灰渣的矿物质分布、微观结构及化学成分进行了分析。第五,利用数字图像技术处理系统研究了灰沉积表面温度对准东煤高温沉积物(结渣)生长的影响。同时,也对灰渣的微观结构、化学成分及矿物质分布进行了探讨分析。第六,利用自主开发的可变气氛的卧式烧结炉研究了准东煤灰在富氧条件下的烧结形态特征变化。获得了灰样在不同温度下、气氛下的高度收缩率和面积收缩率。同时,也对灰样的微观结构、化学成分及矿物质分布进行了分析。最后,利用上述的卧式烧结炉研究了神华煤灰掺混木屑灰在富氧条件下的烧结形态特征变化。实验中获得了不同掺烧比例下,混合灰块的高度收缩率和面积收缩率。同时也探讨分析了各工况下的烧结灰样的矿物质分布及微观结构。