污增长预测模型的推导灰粒的沉积灰粒是靠分子引力或静电引力(较高温度下,还会有灰粒的黏性等)吸附在管壁上的。灰污粒子被输运到壁面,首先是粒子在壁面上附着,而一旦壁面上沾满灰污粒子,附着就在灰污粒子之间进行。灰污层的厚度通常比灰污粒子的的直径大得多,而且锅炉受热面的吹灰,也不可能完全清除壁面积灰,还会有少量强度较大的灰污残留在壁面上,因此,受热面污染主要是灰污粒子之间的附着。
灰污粒子在管壁(其实主要是管壁上的灰污层)上的沉积率与烟气中的飞灰浓度成正比,可用下式来描述<8>:md=kmCb,(4)式中km为传质系数,m/s,本文研究对象中主要与管道直径、管道排列方式、飞灰颗粒粒径及性质、管壁温度和烟气流速等因素有关。Cb为烟气中的飞灰浓度,kg/m3。
锅炉受热面的管道直径和排列方式属于结构参数,在设计之初便已确定,因此实际影响沉积率是飞灰颗粒粒径、飞灰浓度和烟气流速。飞灰的颗粒粒径、飞灰浓度与煤质特性和燃烧状况有关。在煤种变化不大、配风稳定的条件下,飞灰粒径的概率分布和飞灰浓度基本保持恒定。因此烟气流速成为影响灰污沉积率的重要因素。在对微粒灰污沉积率的研究中,Kern,Seaton和Watkinson等均认为沉积率与含污染物流体的流速成正比,根据此观点,将式(4)简化为md=Kw,(5)式中K为一与受热面结构与工况、煤质特性、燃烧状况等因素有关的系数;w为烟气流速。
当时间趋于无穷大时,热阻的极限值为awn1。此时,若烟气流速保持恒定,则受热面沉积的灰污量与剥蚀的灰污量相等,受热面灰污处于动态平衡状态,当锅炉因负荷的波动等原因导致烟气流速变化时,这种平衡将被打破。而且,随烟气流速提高,热阻的极限值减小。事实上,根据运行经验,对于大部分对流受热面,当大于68h,便可认为灰污基本达到平衡状态,当然,对于不同的煤质和不同的受热面布置结构,的大小会有所不同。
如果在某确定时刻考察灰污热阻随烟气流速的变化规律,即认为为一常数,则由式(7)简化得到所示的曲线。随着流速增大,热阻先迅速增大,然后逐渐减小。考虑飞灰磨损和积灰增长等因素,锅炉内烟气流速一般设计值为612m/s之间,因此实际情况下处于所标出的范围内。随着烟气流速的增加,灰污热阻逐渐减小。这也解释了为什么机组在高负荷下运行时,受热面积灰速度不因为飞灰含量的增加而增加,反而污染增长率出现一定程度下降的情况。
由热阻的表达式,若认为烟气流速恒定,即不考虑烟气速度的变化对灰污剥蚀率的影响,则式(7)简化为=a1expC。(8)式(8)即为在工程领域已经得到广泛应用的灰污渐进型增长模型,其曲线形式如。可见,若不计烟气流速的影响,热阻与时间成指数关系,随着时间的增加逐渐增大,增长速度由快至缓,*后达到平衡状态。
结论本文从灰污沉积率和剥蚀率的角度出发,在作了相应假设的条件下,推导了电站锅炉对流受热面灰污热阻增长预测模型,分析了灰污热阻随积灰时间和烟气流速变化的规律,并通过现场试验进行了验证,得到了沉积常数与时间常数的取值范围,为建立深层次的优化吹灰模型和制定有效合理的吹灰策略提供了基础。






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