煤粉燃燒過程中灰粒子在耐火材料上的結渣(zha)是威脅燃燒設(she)備安全運行和降低(di)熱力裝(zhuang)置經濟效率的一(yi)個(ge)重(zhong)要因素，從煤灰的熔(rong)融特性(xing)、熔(rong)灰的黏性(xing)以及灰的化學組成等方面判(pan)斷均與(yu)煤灰的結渣沉積有直(zhi)接關(guan)系。
根據煤灰中(zhong)硅、鋁的(de)含量關系將熔(rong)融煤渣歸結(jie)為結(jie)晶型灰渣、塑(su)性灰渣和玻璃(li)體渣. 而且(qie)灰渣(zha)的(de)結晶程度(du)主要受到燃燒溫度(du)和(he)氣氛等因素(su)的(de)影(ying)響。在微(wei)觀上主(zhu)要體現在晶粒的細化程度和晶間缺陷上，因此(ci)，這種分類方(fang)式并不能準確反映熔融煤灰在燃燒設(she)備內壁上的(de)沉(chen)積程度. 同時，煤粉爐內燃燒(shao)時，溫度較高，煤灰成分的熔點并(bing)不一(yi)致，加之灰分(fen)與耐火材料一般(ban)含(han)有硅、鋁成分(fen)，熔融煤灰在耐火材料上的結(jie)渣過程(cheng)實質是一個復(fu)雜的多相凝(ning)聚過程(cheng)。這個過程直(zhi)到使相(xiang)互之間結合的自由能降(jiang)到最(zui)小。這使得結渣過程中既有凝結成核的晶相，又有無定形的非晶玻璃相存在(zai)。晶相成分耐溫性較好，不(bu)同晶相(xiang)間的結合較差(cha)，而非晶相成分則容易導(dao)致灰渣(zha)凝聚成塊， 因(yin)此(ci)耐火材料(liao)表面處灰渣的(de)結晶程度(du)直接影響到(dao)兩者的(de)結合強度(du)。
為(wei)研究煤粉燃燒(shao)過程(cheng)對(dui)耐火材(cai)料(liao)的結渣(zha)特性(xing)，實(shi)驗(yan)選取2種(zhong)耐火材(cai)料，根據使用特(te)點加工制作成長90 mm、寬60 mm、厚度為(wei)5 mm的耐火板，并在1 550 ℃下(xia)燒結5 h而成(cheng)。A型(xing)耐火(huo)板為剛玉(yu)質耐火(huo)板，其成分(質量分數(shu)) : 剛(gang)玉 90% , Cr2O3為(wei)5% , ZrSiO4為5% ; B型耐火板為SiC質耐火(huo)板，其成分 (質量分數) : 剛(gang)玉15% , Cr2O3為10% ，ZrSiO4為5% ，SiC為(wei)70%。實驗煤樣(yang)的(de)灰(hui)成分 (質量(liang)分數 ) : SiO2為47.29% , A l2O3 為34.65% , Fe2O3為 3.23% , TiO2 為0.35% , CaO為(wei)3.06% , MgO為1.26% , SO3為3.57% , P2O5為1.53% , K2O為 1.19% , 燒失(shi)量為(wei)3.87%. 煤樣通過磨煤機制粉(fen)后 , 噴入到(dao)煤粉燃燒(shao)(shao)實驗爐中進(jin)行燃燒(shao)(shao) , 得到布置于沿煤粉氣流不同(tong)位置處耐火板的結渣渣樣(yang). 通過對渣樣(yang)成分變化與(yu)結晶程度(du)來分析(xi)灰渣與(yu)剛玉質耐(nai)火板(ban)的結渣特(te)性. 由此可知(zhi)，實(shi)驗煤樣(yang)的灰分中 Fe2O3，TiO2，CaO等堿性金屬氧化物的(de)含量較少，灰(hui)熔點較(jiao)高(gao)；但(dan)是中性A l2O3含量(liang)較高(gao)，而 SO3，P2O5， K2O，Na2O高溫條件下氣化 , 灰渣中的含量一(yi)般較(jiao)少，對結渣的特性影(ying)響不大，因此影響灰(hui)渣與耐火板之間結合強弱(ruo)主要取決于 A l2O3，Fe2O3，TiO2和(he)CaO與耐火(huo)板在(zai)高(gao)溫下的物相變化特(te)性以及(ji)由(you)此導致的結晶(jing)程度的變化。
不(bu)同煤種(zhong)的(de)可燃成分存在較大的(de)差別，這(zhe)對于煤粉在(zai)爐內的著火、燃燒過程的溫度分布都會(hui)產生較大影響(xiang). 煤樣的著火(huo)性能主要取(qu)決于(yu)揮(hui)發分(fen)與灰(hui)分(fen)的含量，一般揮(hui)發(fa)分含量(liang)越高，越容易著火，灰(hui)含量越高，著火(huo)所需吸(xi)熱量越(yue)大，著火性能下降；同(tong)時較(jiao)低的(de)(de)氧含量也有利于提高燃料的(de)(de)可燃性。煤的元素(su)分析結果表(biao)明，在空(kong)氣干燥(zao)條件下，煤樣的灰分27.73% , 揮發分9.82%. 因此，煤(mei)樣的著火性能一 般。煤(mei)粉燃燒過程距離煤(mei)粉火嘴不(bu)同(tong)位置處的(de)測(ce)點(dian)測(ce)試所得最高溫度分別為x1 = 1210 ℃, x2 = 1 179 ℃, x3 = 1 430 ℃, x4 = 1 320 ℃, x5 = 1 017 ℃ , x6 = 778 ℃。
圖2為燃燒過(guo)程(cheng)不同溫度測點處剛玉質耐(nai)火板向火側的結渣(zha)渣(zha)樣形(xing)貌(mao). 各(ge)耐火(huo)板上的灰渣除 x6 處為沉積(ji)灰(hui)外，其余各處渣樣與(yu)耐火板結(jie)合的較(jiao)為緊密，x1 , x2 , x3 和 x4 處渣(zha)(zha)(zha)樣表面上的(de)渣(zha)(zha)(zha)顆粒相互之間以(yi)及與底(di)層(ceng)渣(zha)(zha)(zha)均相互黏連，特別是 x1 , x2 處的渣(zha)顆粒則分散的更為均勻、致密. 焦(jiao)炭顆粒(li)開始著火(huo)燃燒(shao)區域，其表面(mian)化學反(fan)應按下式進行 :
C + O2 →CO2 ，2C + O2 →2CO
在濃度(du)差作(zuo)用(yong)下，表(biao)面(mian)的CO2 向顆(ke)粒內部擴散(san)，反應(ying)生成CO而CO則向周圍環境擴散與氧進一步反(fan)應生(sheng)成CO2，因此(ci)掉落(luo)在(zai)x2 處耐火(huo)板上的(de)煤粒(li)由于與氧的(de)接觸空間少，易形成(cheng)還(huan)原性的(de)灰渣環(huan)境(jing)，導致灰渣在(zai)較低的溫度(du)下(xia)產(chan)生(sheng)熔融，造成(cheng)了較(jiao)為嚴重的結渣(zha)現象。由于受還原性氣氛作用，x1 , x2 處煤灰熔融性較為明顯(xian)，基(ji)本(ben)上形成了大渣(zha)塊(kuai)；盡管 x3 , x4 處的(de)測點溫度較(jiao)高 , 但(dan)是仍為顆粒狀灰渣 , 這說明此兩處灰渣(zha)表面的灰分熔融程度較(jiao)低，流動性(xing)較差(cha)，不足以聚合成大渣塊.。圖3為燃燒(shao)過程不同(tong)溫度測(ce)點處碳化硅耐火板向火側的結(jie)渣(zha)渣(zha)樣形貌. 耐火板上(shang)的灰(hui)渣(zha)均比較松散(san)，與碳化硅(gui)質(zhi)耐火(huo)板黏(nian)結作用較弱，尤(you)其(qi) x6 處熔融煤灰已成(cheng)為積灰，輕(qing)輕(qing)掃(sao)去，即可見到耐火板(ban)本色。但是受還(huan)原性氣(qi)氛作用，x1 , x2 處煤灰熔融性較為(wei)明顯，基本上形(xing)成了大渣(zha)塊； x3 , x4 處的灰渣(zha)，仍為顆粒狀灰渣，但(dan)與圖 2對應位(wei)置處的渣樣(yang)比較可知，該(gai)煤樣熔渣在 A型耐火(huo)板上(shang)的(de)黏結作用明顯強于 B型耐火(huo)板. x3 , x4 處 A型耐火板上的冷卻熔渣收縮明顯，熔融狀的(de)玻璃態物質較(jiao)好地潤濕了(le)渣(zha)(zha)粒灰(hui)渣(zha)(zha)處的(de)A型耐火板，并使渣(zha)、板黏(nian)連在一起，B型耐火板除x1 , x2除(chu)外(wai)，渣(zha)粒之間和渣(zha)、板之間的這種潤濕作用不明顯(xian)。
燃用煤樣的灰分中(zhong)Si, A l的含量較(jiao)為豐富，而堿性的Fe2O3 ，TiO2 ，CaO等的含量(liang)較少因此從化學反應平衡作用來(lai)看(kan)，A型(xing)耐火板上的渣板結合作用將朝(chao)著A l2O3 減(jian)少的方向，B型耐火板上一(yi)般會有(you)一(yi)薄層SiO2保護層，將朝(chao)著 SiO2 減(jian)少的(de)(de)結合方向進(jin)行結合這將使得渣、板之(zhi)間(jian)的(de)(de)結合作用(yong)減(jian)弱。這說明碳化硅(gui)質更適用灰中(zhong)Fe2O3 ，TiO2 , CaO等堿性氧化物的(de)量(liang)較少的(de)酸性煤灰。
3 結(jie) 論
(1) 為(wei)減少的結渣 , SiC質耐火(huo)材料(liao)更適合應用(yong)于燃用(yong)灰分中堿(jian)性金屬氧化物含量較低的酸性煤灰煤種.
(2) 煤粉中的酸(suan)性A l2O3含量(liang)較高，堿性金(jin)屬氧(yang)化物的含量較低，高溫(wen)熔(rong)融煤灰中的 A l2O3 與(yu)剛(gang)玉質耐火(huo)板接觸(chu)時的(de)黏結作(zuo)用，取決(jue)于熔渣中 A l2O3 的相變特點和其它(ta)成(cheng)分在剛玉中(zhong)的沉積特點因此，環境(jing)溫度和氣氛對渣(zha)板之間的影響較大(da).
(3) 灰渣的(de)結晶度較(jiao)好地(di)反映了灰渣與耐(nai)火板黏(nian)結作(zuo)用。實驗粉煤灰樣(yang)中堿性氧化物含量低 ，在同等條件，SiC質耐火板上的灰(hui)渣結晶度大，渣板之間的(de)結合(he)作用差(cha). 因此，使用SiC質(zhi)耐火材料有利(li)于提高(gao)對(dui)該種(zhong)煤(mei)粉燃(ran)燒時的抗結渣(zha)性能。