關于燃煤電廠粉煤灰流動性問題分析

王 珍 柳冠青

(中國華電集團科學技術研究總院有限公司，北京 100070)

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關于燃煤電廠粉煤灰流動性問題分析

王 珍 柳冠青

(中國華電集團科學技術研究總院有限公司，北京 100070)

針對某燃煤電廠粉煤灰流動性差的問題，本文對粉煤灰樣本進行顯微表觀觀察和粒徑分析，發(fā)現該廠粉煤灰中顆粒外形多呈現不規(guī)則狀，球形顆粒較少，且粒徑達到96.0 μm。根據粉煤灰形成機理，結合粉煤灰微觀形貌特征，初步分析爐爐膛內粉煤灰熔融不充分是造成該廠粉煤灰流動性差的原因，建議通過控制制粉系統(tǒng)調節(jié)，提高入爐煤粉細度，配合鍋爐配風優(yōu)化，改善爐膛內燃燒環(huán)境，促進粉煤灰中有機質、礦物等的充分玻璃體化。

粉煤灰；玻璃體；熔融

燃煤發(fā)電廠排放的粉煤灰是一種固體廢棄物，同時也是一種可利用的資源，用則為寶，棄則為害，所以實施粉煤灰綜合利用不僅是國家資源綜合利用的重要組成部分，并且是電力生產可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1]。針對某電廠粉煤灰流動性差等問題，本文對粉煤灰樣本進行顯微表觀觀察和粒徑分析，分析問題原因，提出運行建議。

1 問題描述與樣本分析

根據某燃煤電廠粉煤灰用戶反饋，該廠粉煤灰存在如下問題：流動性差。粉煤灰中玻璃體容量少，流動度差，約90cm；細度超標，達到55%以上；需水量大，凈漿流動度不穩(wěn)定，需水量達到110%，不符合二級粉煤灰質量要求。針對上述問題，對該電廠爐后電除塵上游粉煤灰采樣分析。為了對比分析，選取該區(qū)域粉煤灰質量合格的一家燃煤電廠電除塵上游粉煤灰樣本采樣，進行對比分析。下文中該廠標注為電廠A，對比電廠標注為電廠B。

電廠A的電除塵器入口粉煤灰粒度較大，目視和觸摸即可發(fā)現，而在相同放大倍率(500X)條件下觀察，其粒徑明顯大于電廠B，且電廠A粉煤灰樣本中黑色顆粒明顯較多，如圖1所示。采用粒度分析儀對電廠A和電廠B粉煤灰粒徑進行分析，電廠A粉煤灰樣本D(50)為96.0μm，電廠B粉煤灰樣本D(50)為65.3μm，與顯微表觀觀察結果一致。

另外，與電廠B煤粉灰相比，電廠A粉煤灰中球形顆粒較少，外形多呈現不規(guī)則狀。

圖1 500X放大倍率下電除塵器入口粉煤灰顯微表觀

2 問題分析

根據粉煤灰形成機理，結合粉煤灰成分和微觀形貌特征，可將粉煤灰分出低鐵質玻璃微珠(空心微珠、實心微珠)、高鐵質玻璃微珠 (磁珠)、高鈣玻璃微珠、不規(guī)則多孔玻璃體和未燃盡炭粒等顆粒類型[2-4]。根據粉煤灰形成機理，結合粉煤灰表觀特性對兩電廠粉煤灰特性進行分析。

(1)粉煤灰熔融不充分。煤的灰熔融特性，又叫煤的灰熔點，是在規(guī)定條件下得到的隨加熱溫度而變的粉煤灰(試樣)變形、軟化和流動特征物理狀態(tài)，是動力用煤的一個重要的質量指標，可以反映煤中礦物質在鍋爐中的動態(tài)。對比電廠A和電廠B設計煤種的灰熔點，如表1所示，電廠B設計煤種粉煤灰的變形溫度(DT)、軟化溫度(ST)、半球溫度(HT)和流動溫度(FT)均高于電廠A。同時結合兩電廠的粉煤灰顯微表觀對比情況(即電廠B粉煤灰的球形度以及玻璃體表觀特性均優(yōu)于電廠A)，可認為電廠B鍋爐爐膛環(huán)境內更易于粉煤灰的玻璃體化而電廠A粉煤灰內粉體存在大量不規(guī)則多孔玻璃體(如圖1a所示)，球形度差，分析在粉煤灰形成過程中由于顆粒未充分熔融，僅表面部分熔融，容易產生表面玻璃化結構而內部結構仍未玻璃體化的不規(guī)則玻璃體。

(2)未燃盡碳含量高。相比電廠B，電廠A粉煤灰中黑色顆粒物含量較大，且粒徑較大，推測該顆粒物為未燃盡碳粒，因此結合電廠A顯微表觀情況(如圖1a所示)，電廠A粉煤灰中未燃盡碳含量要高于電廠。

表1 電廠A和電廠B設計煤種的灰熔點

研究表明，燃燒速度與煤粉細度呈三次方關系[5-6]。煤粉越細，燃燒速度升高越快，火焰中心的溫度越高，煤中有機質、獨立礦物等更容易轉化為熔融狀態(tài)，在表面張力作用下形成玻璃體或球體微珠。而且煤粉粒度的改變，對于燃燒后粉煤灰的化學成份變化不大，而未燃盡碳顆粒隨煤粉顆粒的增大而增加。因此改善提高煤粉細度，可嚴格控制飛灰的可燃物含量。

結合電廠A粉煤灰品質存在的問題和粉煤灰樣本分析結果，建議通過控制制粉系統(tǒng)調節(jié)，提高入爐煤粉細度，配合鍋爐配風優(yōu)化，改善爐膛內燃燒環(huán)境，可進一步促進粉煤灰中有機質、礦物等的玻璃體化，進而改善粉煤灰品質，降低粉煤灰未燃盡碳含量。

3 結 論

針對某燃煤電廠粉煤灰流動性差的問題，本文對粉煤灰樣本進行顯微表觀觀察和粒徑分析，發(fā)現該廠粉煤灰中球形顆粒較少，外形多呈現不規(guī)則狀，且粒徑較大。根據粉煤灰形成機理，結合粉煤灰微觀形貌特征，初步分析爐爐膛內粉煤灰熔融不充分是造成該廠粉煤灰流動性差的原因，建議通過控制制粉系統(tǒng)調節(jié)，提高入爐煤粉細度，配合鍋爐配風優(yōu)化，改善爐膛內燃燒環(huán)境，促進粉煤灰中有機質、礦物等的充分玻璃體化。

[1]吳元峰，儀桂云，劉全潤等.粉煤灰綜合利用現狀.潔凈煤技術，2013，19(6)：100-104.

[2]竹蕾，盧升高，何黎平.火電廠粉煤灰的礦物學、形態(tài)與物理性質.科技通報，2004，20(4)：359-362.

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[5]趙渝渝，陳冬林，陳薦，歐陽昌盛，余秉彬，張學洪.燃煤鍋爐煤粉細度的選擇與分析.武漢大學學報(工學版)，2001，34(2)：66-69.

[6]蔣嘯.不同細度煤粉燃燒特性及粉煤灰酸浸處理中硫酸鋁銨循環(huán)利用試驗研究[博士學位論文].浙江大學，2008.

Study on Poor Fluidity of Fly Ash in Coal-fired Power Plant

WANG Zhen LIU Guanqing

(China Huadian Corporation Science and Technology Institute，Beijing 100070，China)

Microstructure and particle size of the samples of coal-fired power plant with poor fluidity of fly ash were analyzed with microscope and particle size analyzer.Compared to fly ash with qualified performance，more non-spherical particles were observed in the samples with poor fluidity and median diameter (about 96.0μm) was larger.According to the formation mechanism of fly ash in boiler furnaces，insufficient melting of composition in the coal was main reason leading to poor fluidity of fly ash.Improving the fineness of coal with optimizing operation mode of air disposal system could be conducive to the formation of vitreous in boiler furnaces.

fly ash；vitreous；melting

王珍，博士，工程師，主要研究方向為高效多相流動仿真分析及節(jié)能減排技術研究

X21

A

1673-288X(2016)06-0239-02

引用文獻格式：王 珍 等.關于燃煤電廠粉煤灰流動性問題分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(6)：239-240.