高辐射热流条件下冰丸融解可视化试验研究(2)
锅炉高温熔融灰渣的清除是锅炉安全运行的一个关键问题，国内外已经发展了一系列锅炉高温熔融灰渣的清除技术，并在工程中获得了广泛的应用。
冰丸除灰技术是一种技术原理新颖的新型的除灰技术，该技术的原理是在高速射流中混入冰丸，使冰丸加速，利用这些具有较大动量的冰丸完成炉膛的吹灰。在工业运用中运行简单，文护方便，除灰效果好，有望发展成能源动力系统中除灰的换代技术。
燃煤锅炉的炉内结渣是一个非常复杂的过程。影响锅炉内结渣的因素很多，不仅与灰熔点，灰成分，灰粘度等结渣特性有关，还与炉膛辐射换热条件，燃烧器的结构与布置，炉内空气动力工况等锅炉设计与运行参数密切相关。所以，尽管国内外一些锅炉厂家和研究单位曾经对燃煤的结渣机理[10-13]以及结渣的煤质特性的关系等作了大量实验研究工作，提出了各种结渣判别指标，但是这些指标的可信度却不是很高，有的还需要借助一些实验室的精密仪器设备，不可能进行快速判别，及时满足电厂运行的需要，目前，对炉内结渣现象还不能从原始设计上就得到完全控制，但是，从现在已经掌握的资料以及电站锅炉积累的运行实践中能总结出一些锅炉内结渣以及防止方法，可供大型锅炉设计和运行参考。现有的炉膛吹灰系统，在使用性能上各有特点：水射流吹灰器对轻度的炉膛结渣吹灰效果较好，但会对受热面金属产生反复的热冲击，导致管壁的热疲劳，吹灰期间大量的水耗使得锅炉的负荷和热效率急剧下降；常用的蒸汽吹灰方式，其蒸汽射流动压按喷射距离的平方反比衰减，喷射动能按喷射距离的立方反比衰减，因而使得吹灰范围受制，一般吹扫的有效半径小于1. 5米。蒸汽吹灰[14-17]虽有一定的吹灰效果，但其故障率较高、且投资大、能耗高、运行中时常出现吹灰器卡涩、弹簧阀门泄漏、蒸汽管道腐蚀、吹灰器枪管断裂或弯曲等，加之吹灰工作周期太长，因而使得蒸汽吹灰器的投入率很低,有的电厂则装而不用。热应力除灰作为一种新型的技术，对解决减小故障率和能耗等问题有极大的帮助，同时吹灰工作周期短，在性能上有突出的优点。因此冰丸吹灰技术利用在高速流中混入冰丸，使得冰丸加速，利用这些具有较大动量的冰丸完成炉膛的吹灰的原理对于目前国内锅炉结渣吹灰现状有重大意义。
1.2 国内外研究动态
1.3 冰丸除灰原理及相关计算
在上述理论研究结果的基础上，本文对一种新型的炉膛吹灰方式，冰丸除灰展开相关的实验研究。冰丸除灰属于一种新型的热应力除灰，应用动量和温度应力，使得沉积的灰渣分裂进而松动脱落，这点与喷射式吹灰器相类似，但是冰丸吹灰利用的介质为固相的冰丸。
1.3.1 冰丸除灰的原理
在高速射流中混入冰丸，使冰丸加速，利用这些具有较大动量的冰丸完成炉膛的吹灰。由于热应力的作用，冰丸在高辐射热流中可能发生爆裂，所以要选取适当半径的冰丸，以防止冰丸发生爆裂而影响除灰效果。如下图1-1所示冰丸除灰的简易原理图：
图1-1 冰丸以一定的动量冲击熔融流动层（a） 图1-1冰丸部分汽化并冲入软化层（b）
图1-1冰丸进一步汽化并冲入凝固底层（c） 图1-1 冰丸进一步汽化接近完全汽化（d）
1.3.2 冰丸在高温炉膛内高速飞过时的质量损失估算
对于单个冰丸在炉膛内飞过时的过程：
1）辐射换热热量Q =E St= (T -T )St其中 为波尔兹曼常量， =5.67 10 ,冰丸温度T =0