[發(fā)明專利]一種識別煤灰中不同礦物成分結渣傾向的方法

有效

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• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103592207A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 溫昶;徐明厚;于敦喜;王建培
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發(fā)明涉及燃煤鍋爐安全經(jīng)濟運行領域，具體涉及一種利用煤燃燒時礦物顆粒球形度的變化來識別煤灰中各礦物成分的熔融與結渣傾向的方法。

背景技術

燃煤火電廠中，由于煤中礦物質(zhì)的高溫轉(zhuǎn)化導致的鍋爐內(nèi)灰沉積（包括結渣、沾污、腐蝕等）問題普遍存在，是目前危及鍋爐安全經(jīng)濟運行的一大難題，而結渣是灰沉積問題中極重要的一種。結渣是由軟化或熔融的灰顆粒碰撞在水冷壁和主要受輻射熱的受熱面上生成的熔渣，表面往往堆積較堅硬的灰渣燒結層。在我國，煤源緊缺導致了電站鍋爐燃用的煤質(zhì)多變，由于實際煤質(zhì)與設計煤質(zhì)偏差過大引起的爐內(nèi)結渣會大大降低鍋爐出力和熱效率，更嚴重者，還可能引起鍋爐的停運、維修、改造，甚至是爆炸，造成極大的經(jīng)濟損失。

為了鍋爐的安全經(jīng)濟運行，火電廠運行人員需提前掌握燃用煤的結渣傾向等指標，工程界通常采用煤灰的化學組成或灰熔點溫度來判斷，由煤灰主要元素成分計算出的判別指數(shù)，如堿酸比、硅鋁比、鐵鈣比及硅比等來評價煤種的結渣傾向，或采用經(jīng)典的灰錐法測定的煤灰軟化溫度來表征熔融特性和評價結渣傾向。這些判別方法都能在一定范圍內(nèi)滿足煤粉結渣傾向的預測，但也有較大局限性，因為國內(nèi)外的大量研究表明：飛灰中不同的礦物成分，因其化學來源與熔融性質(zhì)不同，結渣傾向會有較大差異。如以石英和莫來石形式存在的灰顆粒是熱穩(wěn)定的成分，較難發(fā)生熔融造成結渣，而硅鋁酸鹽與堿性礦物Na、K、Ca等結合生成的低熔點硅鋁酸鹽灰顆粒則會導致灰結渣問題。將煤灰作為一個整體來分析煤種的結渣傾向可能引入誤差，只有識別煤灰中不同的礦物成分，了解不同礦物成分燃燒后的熔融行為，才可能清晰的分析并定量主要引起灰結渣問題的礦物成分。

綜上所述，對煤灰中不同礦物組成的結渣傾向的識別對于電站鍋爐的安全經(jīng)濟運行意義重大。計算機控制掃描電鏡（Computer-Controlled?Scanned?Electron?Microscope，CCSEM）技術是目前世界上唯一可逐顆粒的識別大量礦物物理與化學性質(zhì)的技術，它既能分析煤灰單顆粒的化學組成，又能針對單顆粒分析其表征熔融行為的形狀因子—“球形度”。采用單顆粒的球形度分析來指代灰顆粒熔融性的理論依據(jù)是礦物在高溫燃燒環(huán)境會發(fā)生熔融而傾向于轉(zhuǎn)化為球形。球形度被定義為經(jīng)顆粒“周長”計算出的顆粒半徑除以經(jīng)“面積”計算出的顆粒半徑，即表達式：[(Perimeter/2π)/(Area/π)^1/2]，顆粒的周長、面積與球形度數(shù)據(jù)均在CCSEM對應能譜軟件的“Particles”功能分析后自動得出。完美球形的球形度數(shù)值為1，顆粒形狀越不規(guī)則，則球形度數(shù)值越大，采用國內(nèi)外相關研究經(jīng)驗，將球形度≤1.2的顆粒定義為類球形顆粒。

采用球形度變化有效評價單顆粒煤灰熔融傾向的難點和重點是需要綜合分析灰顆粒、與灰顆粒相同化學組成的原煤礦物、及灰顆粒起源礦物的球形度。燃燒后某化學組成煤灰顆粒的類球形顆粒比例若增加，可能是來自原礦物的熔融，或幾種礦物的共同熔融，甚至是其它類球形顆粒對應礦物的直接轉(zhuǎn)化；而如果發(fā)現(xiàn)某類化學組成的煤灰成分類球形顆粒比例減少，則只可能是源于另一些熱穩(wěn)定的礦物中非球形顆粒的轉(zhuǎn)化。因此，采用球形度識別灰熔融傾向，需與灰成分的起源分析相結合。國內(nèi)學者于敦喜、徐明厚等人已經(jīng)利用CCSEM技術通過分析約3000個礦物顆粒，得到了煤粉和煤灰中存在的主要礦物質(zhì)的種類與含量，因此，目前的現(xiàn)有技術已可實現(xiàn)灰成分的起源分析，但對于利用燃燒時各種類的礦物顆粒的球形度變化來識別煤灰中不同礦物成分的熔融與結渣傾向，未見國內(nèi)外有相關記載。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用CCSEM技術識別煤灰中各礦物成分結渣傾向的方法，該方法可以辨別煤粉燃燒后各種灰成分是否造成結渣危害。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種利用CCSEM技術識別煤灰中各礦物成分結渣傾向的方法，包括以下步驟：

（1）收集煤粉燃燒后的煤灰，利用計算機控制掃描電鏡（CCSEM）技術分析其礦物種類及各種礦物成分的含量；利用計算機控制掃描電鏡（CCSEM）技術分析原煤中礦物的種類和含量；同時，利用計算機控制掃描電鏡（CCSEM）技術得到煤粉與煤灰中所有礦物顆粒的球形度，并計算出能夠表征熔融的形狀接近球體的類球形顆粒的數(shù)目與比例；

（2）利用步驟（1）的分析結果，繪制煤灰與原煤中化學組成相同的礦物的球形度分布圖，根據(jù)燃燒前后化學組成相同的礦物的類球形顆粒比例是否增加來判斷該礦物成分發(fā)生熔融的可能性；