煤炭的元素分析与电力生产的关系
在火力发电厂及其他将煤炭用作燃料的工业中,燃烧设备自送风机、炉膛到排烟风机的设计、设备选型、燃烧过程的控制等,都要以“设计煤种”的元素分析组成为基本科学依据。 在锅炉及其辅助设备的设计和设备运行过程中,考虑到燃料的完全燃烧及管道系统的漏风等因素,实际供给的空气量和产生的烟气量要大于根据燃料元素分析所得的理论计算值。通常以理论空气量剩上1.05~1.25的过量空气和水分。锅炉燃烧中的热平衡计算物料平衡计算及煤炭气化工业中的物料平衡计算等,都要利用煤的元素分析数据。
此外,了解煤的元素分析组成,对于探讨元素组成与工业分析组成的关系、锅炉设备的**经济运行、环境保护和燃料按质计价等,都具有重要意义和实用价值。
煤炭的元素分析与电力生产的关系
煤灰成分与电力生产的关系
(一)煤灰成分与锅炉的灰渣特性
在燃煤锅炉受热面上形成的附着物,大致可分为出现在炉内水冷壁、过热器等高温部位及在省煤器、空气预热器等低温部位两类。在高温部位产生并堆积起来的结渣,它是灰受炉膛内高温辐射热形成;而在低温部位成生的则叫积灰。
锅炉结渣主要取决于煤灰的化学组成,而作为判断锅炉结渣的主要依据的灰熔融性,也正是由煤灰化学组成所决定的。
(二)煤灰成分与灰渣粘度特性
灰渣粘度随温度变化情况曲线来表示。在灰渣粘温曲线上的转折点温度,称为临界温度。
临界温度t0是研究灰渣特征的一个重要参数,它由实验所确定。对于一定化学组成的灰渣来说,这是一个恒定的值。当温度超过t0时,灰渣具有真液体的性质,亦即遵循牛顿摩擦定律,当温度低于t0时,灰渣中形成固体颗粒(晶体),且它变得具有可塑性。也就是说,熔渣冷却时,可能达到偏转点,在这一点,由于固态物质从液相中分离出来,因而熔渣由液体流动突然变为塑性流动。
过去一直用灰熔融温度来判断灰渣的流动性。一般说来,煤灰熔融温度低,则灰渣流动性好,它们之间的关系可用下式来表示:
t0=0.75T+480℃ (5-1-1)
国内外的应用表明:该公式具有足够的准确度。
在美国及德国,作为考虑某种燃料灰渣粘度特性上是否适用于液态排渣炉燃烧室的指标,常采用在该炉室装置下,灰渣粘度为250泊时作为极限许可粘度。因在此粘度下,灰渣可稳定地从排渣口流出。如灰渣粘度更高时、会同时发现捕渣率降低及机械未完全燃烧损失的增加。试验表明:熔渣可从锅炉排出时的粘度可以相差很大,但一般是50~100泊,*多为250泊。
常应用煤灰化学组成来计算渣粘度的方法为:硅量法及酸碱比率法。这是两种简单又准确地计算灰粘度的方法。在此,仅对酸碱比率法作一介绍。
该法系根据灰渣中碱性氧化物与酸性氧化物比值P来确定三个特征粘度时相对应的温度值。
P=(Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O)/(SiO2+Al2O3+TiO2) (5-1-2)
当粘度为50、100、250P,1P=0.1Pa·s,炉渣的氧化度为20%(当锅炉过剩空气系数为1.1~1.13时,炉渣中铁的氧化度为20%),以试验数据为基础的计算表明:在对应于不同粘度时的灰渣温度取决于碱性氧化物与酸性氧化物的比值P, P适用于0.1~1.0范围内的变化。
炉渣中铁的氧化度,实际上不一定等于20%,而是在6~35%范围内波动,当它不等于20%时,可对其粘度计算值予以修正。
P值不仅可以用来确定灰渣粘度,而且在需要时,可作为添加其它物质以改变灰渣粘度特性的依据。例如为使液态排渣锅炉顺利排渣,可往燃煤中掺加一定量的碱性物质石灰石、白云石等。
煤炭的元素分析与电力生产的关系
(三)煤灰组成与冲灰管道结垢
电厂中各式除尘器所收集的灰有干灰或湿灰两种。大型电厂普遍采用电气除尘,所收集到的是干灰。虽则干灰更有利于综合利用,但它的贮存与输送问题较多,实际上由电除尘器收集的干灰,较普遍的还是借助于水力通过冲灰管通排往贮灰场,即采取干灰渣排方式。
干灰温排的一般流程是:由除尘器收集下来的干灰,借助大量的冲灰水(可来自电厂循坏水的排污水或各种回收利用的废水)将灰连水排入澄清池,上部已澄清的灰水通过回水管道送往贮灰场贮存,灰则在灰场上沉积下来,而表层灰水一部分则消耗于蒸发、渗漏,余下的经与灰基本分离后的灰水达标后外排。
1.冲灰管道结垢
灰中含有多种化学成分,既有酸性也有碱性组分,其中游离氧化钙的溶出,使在水中Ca2+与灰水中的碳酸盐结合形成坚硬的碳酸钙附着冲灰管管壁上,即形成灰垢,结垢严重时,可导致冲灰管道通流量大大降低,从而威胁电厂除灰系统的正常运行。
另一方面,灰中颗粒对冲灰管管壁的撞击与冲刷作用将使灰管受到磨损。显然,其磨损情况与灰渣特性及其运行条件有关。灰管*终是否结垢及成垢速度,取决于上述因素的综合影响。
当磨损程序一定时,灰水中碳酸钙析出的倾向越大,则灰管结垢的可能性越大,且结垢速度也可能增大。而灰水中碳酸钙的析出,主要来源于灰中游离氧化钙的含量。故若能了解灰中游离氧化钙的测定方法及其溶出规律,对预防冲灰管道结垢或减轻结垢程是十分有益的。
2.冲灰管内结垢的**
应用电除尘器的电厂,因常采用浓缩灰浆灰排灰,灰水比很大,灰水PH增高,冲灰道结垢的电厂为数不少。结垢部们尤以澄清池回水管道及灰浆泵出口更为严重。
由于垢的成分主要为碳酸钙,因而它可以通地过酸洗处理来加以**结垢。这是一种较陈旧的方法,耗酸量很大。如时间短,则垢不易**;如时间长,则又易造成管道的腐蚀。
抽取锅炉烟气来**冲灰管内的结垢,这在国内外均有关少经验。将炉管道入冲灰水中,则有效地降低其PH值,有助于碳酸盐垢的溶解。现在一些单位研究开发了冲灰管道运行中除尘的新工艺,它适用于**碳酸钙垢,特别适宜于长距离冲灰管道且垢在管道中分布前多后少的情况。**时,可在冲灰系统正常运行的条件下,直接向灰浆澄清池内加入清洗剂,这就可对泵前吸入管、灰浆泵及冲灰和初版寒行全线清洗以除去结垢。这种除灰垢的方法,其适应性及其清洗费用如何,则是这种方法能否推广的关键所在
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