关于燃煤电厂粉煤灰流动性问题分析

王 珍 柳冠青

(中国华电集团科学技术研究总院有限公司，北京 100070)



关于燃煤电厂粉煤灰流动性问题分析

王 珍 柳冠青

(中国华电集团科学技术研究总院有限公司，北京 100070)

针对某燃煤电厂粉煤灰流动性差的问题，本文对粉煤灰样本进行显微表观观察和粒径分析，发现该厂粉煤灰中颗粒外形多呈现不规则状，球形颗粒较少，且粒径达到96.0 μm。根据粉煤灰形成机理，结合粉煤灰微观形貌特征，初步分析炉炉膛内粉煤灰熔融不充分是造成该厂粉煤灰流动性差的原因，建议通过控制制粉系统调节，提高入炉煤粉细度，配合锅炉配风优化，改善炉膛内燃烧环境，促进粉煤灰中有机质、矿物等的充分玻璃体化。

粉煤灰；玻璃体；熔融

燃煤发电厂排放的粉煤灰是一种固体废弃物，同时也是一种可利用的资源，用则为宝，弃则为害，所以实施粉煤灰综合利用不仅是国家资源综合利用的重要组成部分，并且是电力生产可持续发展的必由之路[1]。针对某电厂粉煤灰流动性差等问题，本文对粉煤灰样本进行显微表观观察和粒径分析，分析问题原因，提出运行建议。

1 问题描述与样本分析

根据某燃煤电厂粉煤灰用户反馈，该厂粉煤灰存在如下问题：流动性差。粉煤灰中玻璃体容量少，流动度差，约90cm；细度超标，达到55%以上；需水量大，净浆流动度不稳定，需水量达到110%，不符合二级粉煤灰质量要求。针对上述问题，对该电厂炉后电除尘上游粉煤灰采样分析。为了对比分析，选取该区域粉煤灰质量合格的一家燃煤电厂电除尘上游粉煤灰样本采样，进行对比分析。下文中该厂标注为电厂A，对比电厂标注为电厂B。

电厂A的电除尘器入口粉煤灰粒度较大，目视和触摸即可发现，而在相同放大倍率(500X)条件下观察，其粒径明显大于电厂B，且电厂A粉煤灰样本中黑色颗粒明显较多，如图1所示。采用粒度分析仪对电厂A和电厂B粉煤灰粒径进行分析，电厂A粉煤灰样本D(50)为96.0μm，电厂B粉煤灰样本D(50)为65.3μm，与显微表观观察结果一致。

另外，与电厂B煤粉灰相比，电厂A粉煤灰中球形颗粒较少，外形多呈现不规则状。

图1 500X放大倍率下电除尘器入口粉煤灰显微表观

2 问题分析

根据粉煤灰形成机理，结合粉煤灰成分和微观形貌特征，可将粉煤灰分出低铁质玻璃微珠(空心微珠、实心微珠)、高铁质玻璃微珠 (磁珠)、高钙玻璃微珠、不规则多孔玻璃体和未燃尽炭粒等颗粒类型[2-4]。根据粉煤灰形成机理，结合粉煤灰表观特性对两电厂粉煤灰特性进行分析。

(1)粉煤灰熔融不充分。煤的灰熔融特性，又叫煤的灰熔点，是在规定条件下得到的随加热温度而变的粉煤灰(试样)变形、软化和流动特征物理状态，是动力用煤的一个重要的质量指标，可以反映煤中矿物质在锅炉中的动态。对比电厂A和电厂B设计煤种的灰熔点，如表1所示，电厂B设计煤种粉煤灰的变形温度(DT)、软化温度(ST)、半球温度(HT)和流动温度(FT)均高于电厂A。同时结合两电厂的粉煤灰显微表观对比情况(即电厂B粉煤灰的球形度以及玻璃体表观特性均优于电厂A)，可认为电厂B锅炉炉膛环境内更易于粉煤灰的玻璃体化而电厂A粉煤灰内粉体存在大量不规则多孔玻璃体(如图1a所示)，球形度差，分析在粉煤灰形成过程中由于颗粒未充分熔融，仅表面部分熔融，容易产生表面玻璃化结构而内部结构仍未玻璃体化的不规则玻璃体。

(2)未燃尽碳含量高。相比电厂B，电厂A粉煤灰中黑色颗粒物含量较大，且粒径较大，推测该颗粒物为未燃尽碳粒，因此结合电厂A显微表观情况(如图1a所示)，电厂A粉煤灰中未燃尽碳含量要高于电厂。

表1 电厂A和电厂B设计煤种的灰熔点

研究表明，燃烧速度与煤粉细度呈三次方关系[5-6]。煤粉越细，燃烧速度升高越快，火焰中心的温度越高，煤中有机质、独立矿物等更容易转化为熔融状态，在表面张力作用下形成玻璃体或球体微珠。而且煤粉粒度的改变，对于燃烧后粉煤灰的化学成份变化不大，而未燃尽碳颗粒随煤粉颗粒的增大而增加。因此改善提高煤粉细度，可严格控制飞灰的可燃物含量。

结合电厂A粉煤灰品质存在的问题和粉煤灰样本分析结果，建议通过控制制粉系统调节，提高入炉煤粉细度，配合锅炉配风优化，改善炉膛内燃烧环境，可进一步促进粉煤灰中有机质、矿物等的玻璃体化，进而改善粉煤灰品质，降低粉煤灰未燃尽碳含量。

3 结 论

针对某燃煤电厂粉煤灰流动性差的问题，本文对粉煤灰样本进行显微表观观察和粒径分析，发现该厂粉煤灰中球形颗粒较少，外形多呈现不规则状，且粒径较大。根据粉煤灰形成机理，结合粉煤灰微观形貌特征，初步分析炉炉膛内粉煤灰熔融不充分是造成该厂粉煤灰流动性差的原因，建议通过控制制粉系统调节，提高入炉煤粉细度，配合锅炉配风优化，改善炉膛内燃烧环境，促进粉煤灰中有机质、矿物等的充分玻璃体化。

[1]吴元峰，仪桂云，刘全润等.粉煤灰综合利用现状.洁净煤技术，2013，19(6)：100-104.

[2]竹蕾，卢升高，何黎平.火电厂粉煤灰的矿物学、形态与物理性质.科技通报，2004，20(4)：359-362.

[3]李国栋.粉煤灰的结构、形态与活性特征.粉煤灰综合利用，1998(3)：35-38.

[4]陈旭红，苏慕珍，殷大众，刘光华.粉煤灰分类与结构及活性特点.水泥，2007(6)：8-12.

[5]赵渝渝，陈冬林，陈荐，欧阳昌盛，余秉彬，张学洪.燃煤锅炉煤粉细度的选择与分析.武汉大学学报(工学版)，2001，34(2)：66-69.

[6]蒋啸.不同细度煤粉燃烧特性及粉煤灰酸浸处理中硫酸铝铵循环利用试验研究[博士学位论文].浙江大学，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，工程师，主要研究方向为高效多相流动仿真分析及节能减排技术研究

X21

A

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

引用文献格式：王 珍 等.关于燃煤电厂粉煤灰流动性问题分析[J].环境与可持续发展，2016，41(6)：239-240.