锅炉结渣初始沉积层微观沉积机理研究.pdf

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1、第41卷第2期燃料化学学报Vo1．41NO．22013年2月JournalofFuelChemistryandTechnologyFeb．2013文章编号：0253-2409(2013)02-0157-06锅炉结渣初始沉积层微观沉积机理研究李明强，杜梅芳，鸟晓江，周磊，张忠孝(1．上海理工大学理学院，上海200093；2．上海锅炉厂有限公司，上海200245；3．上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：选取矾土Al0，和赤铁矿Fe：0，，对这两种矿物做弹性常数的微观分析、对比，x射线衍射分析表明，煤灰与初始沉积层中的矿物种类相同，但两者中

2、矾土A1：O，和赤铁矿Fe：O，的含量相差很大。采用第一性原理(first—principles)的超软赝势平面波方法，对AlO，和Fe：o的电子结构、弹性常数进行了计算。结果表明，从两种物质的结构角度分析，Al：o，晶体中Al、O的堆积排列相对于FeO中Fe“、O要稀疏，这是它们性质不同的结构原因；对于两晶体在<100>方向和切向上的化学键，Fe—O键比A1一O键更容易变形或者断裂，从而导致FeO，极易沉积在清洁水冷壁上；对Fe：O，切向面对其沉积起了关键性的作用。关键词：弹性性质；电子结构；煤灰；第一性原理中图分类号：O641文献标识码：AMicro

3、mechanismofdepositionforinitiallayersedimentsofboilerLIMing—qiang，DUMei—fang，wUXiao-jiang，zH0ULei，zHANGZhong-xiao(1．CollegeofScience，UniversityofShanghaifo，ScienceandTechnology，Shanghai200093，China；2．ShanghaiBoilerWorksCo．Ltd，Shanghai200245，China3．SchoolofMechanicalEngineering，Sh

4、anghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；)Abs仃act：TheanalysisofXRDindicatesthatslagissimilarwithmineralsintheinitialsediments．However．theproportionofbauxiteA12O3，hematiteFe2O3hasabigdifference．Theelectricstructure，elasticconstantsofA12O3andFe2O3werecalculatedusingtheultrasof

5、tpseudo-potentialplane—wavemethodbasedonthefirst—principles．Theresultsshowthatfromthestructureofmateria1．theaccumulationmodeofArandOinAl，O，crystalissparserthanthatofFe”andOinFe，O，whichisthereasonfortheirdifferentproperties．Fortheirchemicalbondsinthedirectionof<100>andintangentia1

6、．Fe．0ismoreeasytodeformateandfracturethanA1—0，leadingtoFe2O3depositioninthecleanwaterwal1．ForFe2O3，tangentialsurfaceplaysakeyroleforitsdeposit．Keywords：elasticpropertie；electronicstructure；coalash；first—principles煤灰结渣是非常复杂的物理化学变化过程，大组成，主要成分为矾土AlO、石英SiO和赤铁矿多数预测结渣倾向的指标都是基于经验指标，因而Fe

7、，Ol。赤铁矿在煤灰中含量较少却在初始沉积其预测效果都不是很理想。主要是由于其涉及锅炉层中大量沉积，即铁系矿物是引发初始熔融的主要原理、煤及灰渣化学和反应动力学、多相流体力学、矿物J。对于这种选择性沉积机理解释的报道还传热传质学、燃烧理论与技术、材料科学等众多学较少，所以，本实验选取矾土A1O和赤铁矿科。据统计，中国有半数以上电站锅炉存在积灰结Fe，0，对这两种矿物做弹性常数的微观分析、对比，渣问题_】。以便为从根本上解释复杂的结渣问题提供一定的理对于结渣的机理，已经有大量的文献从宏观方论支持。由于煤灰中的组分非常复杂，煤质分析中面进行了讨论J，在灰的熔

8、融行为与矿物质演变以金属氧化物的形式进行表征，但在实际的情况中，规律方面，也有了