衛燃帶穩燃技術在電力鍋爐中已經成熟應用,雖然衛燃帶可以顯著提高燃煤鍋爐煙氣的溫度,穩燃效果十分明顯但是由于我國動力用煤普遍存在煤質較差且煤種多變的特點,約有半 數動力用煤在不同程度上屬于易結渣類型煤種,同時由于衛燃帶處于爐內高溫區且表面比較 粗糙,極易引起煤灰在其表面結渣,當爐內衛燃帶灰渣沉積較多時,將導致鍋爐出口煙氣溫 度升高,受熱面超溫,降低鍋爐的經濟效益,甚至因爐膛掉渣而砸壞爐膛冷灰斗或導致鍋爐滅火。
熔融煤灰渣的侵蝕是鍋爐衛燃帶耐火澆注料使用過程中最常見的一種損壞現象,現在通過硅 鉬棒高溫馬弗爐靜態結渣試驗來研究煤灰對剛玉耐火澆注料滲透和侵蝕的行為特性,分析熔融煤灰在剛玉耐火澆注料上的結渣特性,對合理選用和設計燃煤鍋爐衛燃帶及確保鍋爐安全、穩定運行具有指導意義。
試驗采用以白剛玉、a—AL2O3微粉為主要原料的剛玉耐火澆注料,由于Cr2O3具有較好的抗渣性能,因此在試樣中加入少量的Cr2O3微粉,另添加結合劑最后制成50mmX50mmX5m的剛玉板,煤灰樣選取2種不同堿酸比的煤灰,分別是輕微結渣傾向的無煙煤,灰渣變形溫度為1280℃,堿酸比 B/A—0.062和中等結渣傾向的煙煤灰渣變形溫度為1100℃,堿酸比 B/A —0.21,將這2種煤進行標準灰化后,分別制得200目 (75 μm)的煤灰試樣,采用硅酸鹽快速成分分析儀測得2種煤灰的化學成分(見表).由表可知與無煙煤灰成分相比,煙煤中鐵、鈣、鉀和鈉等堿性氧化物的含量較高,而硅和鋁等酸性氧化物的含量卻較低。
試驗中每種煤灰試樣的質量均約為0.2g(精確到0.01g),以相同的面積和厚度均勻疏松地散步在剛玉耐火澆注料板表面上,同時注意避免煤灰因受壓而出現致密化現象,然后將制備好的2種煤灰置于馬弗爐中,先有室溫20℃按照5K/min的升溫速度加熱至800℃;當爐溫達到800℃時,再按照10K/min的升溫速度加熱至1350℃并保溫40h,在煅燒過程中,Wie保持爐內弱氧化性氣氛,采用非密閉加熱方式。煅燒完成后,待試樣在爐內自然冷卻至室溫后卻出觀察煤灰在剛玉耐火澆注料板上的結渣情況,發現無煙煤灰煅燒后呈焦黃色,渣板結合處為淡黃色砂狀渣,灰渣有明顯的自聚集現象,灰餅覆蓋處露出的部分剛玉耐火澆注料板形貌未發生顯著變化,說明煅燒過程中無煙煤灰與剛玉耐火澆注料的黏結較輕,灰渣更傾向于自黏結,煙煤灰在剛玉耐火澆注料板上分布均勻而渣致密,渣層表面較為光滑,表明煙煤具有較好的流動性,粘度較小。研究表明,粘度越小、流動性越強的熔渣對剛玉板的侵蝕速度越快,熔蝕程度也越深。因此可以判斷與無煙煤灰相比,堿酸比較大的煙煤灰在剛玉板上的結渣及其滲透和侵蝕較嚴重。
經測量無煙煤對剛玉耐火澆注料板的最大侵蝕深度約為207μm,材料板表面灰渣層厚度大于600μm;煙煤灰對剛玉耐火澆注料板的最大侵蝕深度約為482μm,材料板表面灰渣層厚度約為100μm,由此可見,在相同的實驗環境下,堿酸比較大的煙煤灰對剛玉耐火澆注料板的侵蝕比無煙煤嚴重的多,以此來說明煤灰中化學變化對渣侵蝕的影響。
可見煙煤沿剛玉板的深度方向,煤灰中Fe和Si原子百分數近似呈線性遞減,這是由于煤灰中Fe元素主要以赤鐵礦(Fe2O3)的形式存在,研究表明,煤灰中還原性的二價鐵(如FeO)對灰沉積作用很大,而氧化性的Fe2O3和Fe3O4對灰沉積作用很小,并且Fe2O3本身的熔點很高,因此在熔融煤灰向剛玉板滲透的過程中,煤灰中的Fe2O3會逐漸被剛玉板孔隙所吸附,從而使得Fe原子百分數在剛玉板深度方向上呈近似線性下降趨勢;煤灰中Si元素在煅燒中會與剛玉耐火澆注料板中AL2O3在高溫下生成耐熔的莫來石AL2(AL2.8 Si1.2)O9.6,因而Si原子百分數沿剛玉板深度方向也呈近似線性下降趨勢,這也是導致沿剛玉板深度方向AL原子百分數呈現上升趨勢的原因。
煤灰中堿金屬元素Ca、K、Na和Mg沿剛玉板深度方向呈現大致遞減趨勢,除個別畸變點外,出現畸變點的原因主要是煤灰中含有堿金屬的礦物熔點均較低,熔融狀態下粘度較小,沿耐火材料板孔隙的流動較容易,因此易在耐火材料板較大孔隙處交匯,從而形成剛玉板抗渣侵蝕的最薄弱點
無煙煤結晶物的主要成分為AL2O3、AL2(AL2.8 Si1.2)O9.6、和石英(SiO2)。由于AL2O3具有牢固的晶體結構,熔點高達2050℃,在煤灰熔融過程中起到“骨架”作用,可以有效地提高煤灰的熔融溫度;而AL2(AL2.8 Si1.2)O9.6是一種典型的高熔點(1850℃)礦物質,也是利于提高煤灰的熔融溫度,另外煤灰中出現的AL2Cr2O3。充分說明在煅燒過程中剛玉耐火澆注料板中的Cr元素向灰渣反向滲透,并形成高黏度固熔體,可有效增大煤灰向剛玉耐火澆注料板的滲透擴散阻力,從而減輕灰渣對剛玉耐火澆注料的侵蝕。
結論;
(1)鐵、鈣和鉀等堿金屬含量較高、堿酸比較大的煤灰黏度較小,流動性較強,在剛玉質耐火澆注料板上的結渣較為致密對剛玉板的滲透和侵蝕更嚴重。
(2)沿剛玉耐火澆注料板深度方向,煤灰中各元素的原子百分數大致呈遞減趨勢。其中含堿 金屬的礦物質黏性較小,流動性較強,易在剛玉耐火澆注料板較大孔隙處匯集,其原子百分 數沿剛玉質耐火材料板深度方向的變化出現個別畸變點。
(3)在剛玉耐火澆注料板中加入的CrO在煅燒時會反向滲透到煤灰中,并生成高熔點、高黏度的固熔體(AL0.9Cr0.1)2O3,增大了煤灰向剛玉耐火澆注料板的滲透擴散阻力,從而減輕了灰 渣的侵蝕。