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在煤粉燃烧锅炉运行中，灰沉积影响稳定运行。研究人员针对传统评估指标不准问题，研究混煤灰特性对传热管影响，通过收集不同燃烧条件下粉煤灰，分类其形状。结果表明 1200°C 左右熔点特性改变，高温促进颗粒生长等，为锅炉运行和燃料选择提供依据。
在能源领域，煤粉燃烧锅炉是重要的能量转换设备。但在其运行过程中，一个棘手的问题一直困扰着相关行业 —— 灰沉积现象。你可以想象，在锅炉内部复杂的环境里，燃料中的灰分就像一群 “调皮的小精灵”，它们可不老实，特别是那些含有钠、钾、铁、钙和硫等元素的物质，会形成低熔点化合物。这些 “小家伙” 在锅炉运行时，会在换热器管表面 “安营扎寨”，进而导致超级加热器管结渣、再热器管结垢等问题。这不仅阻碍了热量的传递，影响锅炉的热效率，而且当结渣脱落时，还会对锅炉下部造成损害，威胁整个锅炉的稳定运行。
为了解决这个难题，传统方法是根据煤灰的成分、粘度、熔点等物理性质来选择合适的煤炭种类，还会使用 “碱酸比（B/A）”“结渣因子” 等评估指标，甚至进行热力学平衡计算。然而，这些方法并不完美。实际应用中，这些评估指标的值与锅炉内实际的灰沉积情况并不总是相符，其准确率仅在 60% - 80% 之间。当使用低阶煤时，准确率更是大打折扣。而且，当多种燃料混合燃烧时，无法简单地根据成分来推断灰沉积行为。近年来，为了降低 CO2排放，越来越多成本较低的低阶煤和木质生物质被用于混烧，这让传统的预测评估方法更加 “捉襟见肘”。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Fuel》杂志上。研究人员另辟蹊径，从粉煤灰颗粒的形状入手，深入探究混煤灰特性对煤粉混烧锅炉传热管的影响。
研究人员用到了几个关键技术方法。首先，从实际运行的 1000MW 煤粉燃烧锅炉中，选取了 5 种不同的燃烧条件进行研究，收集了二次过热器管附近的粉煤灰（FA）颗粒样本。然后，对收集到的粉煤灰进行成分分析和可熔性评估。在分析粉煤灰颗粒形状时，运用了基于深度学习的图像分类技术，该技术能够快速对大量的粉煤灰颗粒图像进行分类和识别。
下面来看看具体的研究结果：
- 粉煤灰成分及灰沉积评估：研究发现，与燃烧前相比，燃烧后所有条件下的 Fe2O3和 CaO 含量都有所增加。通过对燃烧前后煤灰成分按照碱酸比（B/A）进行整理，为后续研究提供了重要数据基础。
- 燃烧温度对粉煤灰颗粒的影响：较高的燃烧温度与较大的颗粒尺寸相关，并且会促进更多熔融形状颗粒的形成。这表明温度在粉煤灰颗粒的生长和形态变化中起着关键作用。
- 铁元素对粉煤灰颗粒团聚的影响：当燃烧灰中含有更多铁时，粉煤灰颗粒更容易团聚。而且，这些团聚颗粒的形状会增加熟料的孔隙率，使得团聚物更容易脱落。这一发现揭示了铁元素在灰沉积过程中的重要影响机制。
- 低阶煤混烧的可行性：仅考虑粉煤灰颗粒团聚的影响，高含铁量的次烟煤在混烧比例增加时，也能稳定运行。这意味着一些传统上被认为不适合使用的煤炭，在高温条件下也有可能被高效利用。
综合研究结果，研究人员得出以下重要结论：首先，分析表明初始灰沉积是由于低熔点成分的偏析造成的，尤其是钙和铁，它们在大约 1200°C 时从熔融状态转变为半固态，这一过程不受燃烧条件的影响。其次，较高的燃烧温度促进了较大颗粒的生长。这些结论从成分和形态两个角度，对灰沉积现象和熟料自脱落条件进行了评估，为实际锅炉运行条件和燃料类型的选择提供了新的标准和依据。
这项研究意义重大。它打破了传统研究的局限，从全新的角度 —— 粉煤灰颗粒形状，深入研究了灰沉积现象。不仅揭示了燃烧过程中灰颗粒形成、温度影响以及熟料生长和脱落的机制，而且为解决锅炉运行中的实际问题提供了新的思路和方法。让人们对煤粉混烧锅炉的运行有了更深入的理解，有助于提高锅炉的运行效率和稳定性，为能源行业的高效发展提供了有力支持。
