富氧燃燒需要進行煙氣再循環，導致煙氣中co2、h2o、so2、飛灰等的濃度高于傳統空氣燃燒。
為了達到與空氣燃燒相同的爐膛輻射換熱量或絕熱火焰溫度，富氧燃燒氧濃度通常會選擇為27%或32%W,以上參數的改變均可能影響爐膛灰沉積特性。Yu等H和FVyda等的研究表明，煤粉在空氣和富氧燃燒條件下的灰沉積傾向存在明顯差異，他們均認為爐膛流場的變化是導致不同灰沉積特性的主要原因，但對其它因素（如灰渣特性、局部燃燒氣氛等）的影響未做深入討論。本文通過控制爐膛氣流量和溫度不變，重點研究燃燒模式和氧氣濃度對煤灰沉積特性的影響，得到了有意義的實驗結果。
實驗煤粉特性實驗選用一種高轉高鐵神華煙煤進行實驗，煤粉粒徑小于100mim,其工業分析、元素分析和灰成分分析如表1所示。煤灰Fe203含量高達15.35%,CaO的含量更是高達21.12%.
在本研究中，所有實驗均采用相同的反應氣體流量，因此各實驗條件下煤灰沉積特性的變化可能是由于燃燒氣氛的改變引起的。燃燒模式的變化導致煙氣中co2和so3的濃度存在較大差異。富氧燃燒中co2濃度遠高于空氣燃燒，富氧條件下隨著氧氣濃度的升高，S03的生成濃度會升高因此推測是co2的濃度或者是灰渣的硫酸鹽化導致了灰沉積特性的差異。
粉末灰渣化學成分分析由于2h沉積的灰渣與4h沉積的灰猹成分相似，因此圖2只給出2h灰渣成分。從圖2可以發現灰渣中的主要成分是Na、Al、Si、S、Ca和Fe.對比各元素在灰渣以及高溫灰中的含量可以發現，Fe和Na在灰渣中的含量均有所富集，高溫灰中Fe203的相同的爐膛輻射換熱量以及相同的絕熱火焰溫度。
爐膛溫度為1300°C,所有實驗條件下反應氣體流量均為4L/min,重點研究燃燒模式和氧含量對灰沉積的影響。
取樣及樣品分析方法灰渣的收集通過置于爐膛中的沉積介質實現。沉積介質是規格為32x015mm的剛玉管，其外徑根據斯托克斯數與實際燃煤電廠相似進行選取。需要說明的是，沉積介質未經過任何形式的冷卻。取樣過程中，將剛玉管水平放置于水冷取樣管頂部。通過水冷取樣管將剛玉管送入爐膛內部距出口10cm處（溫度為200°c）收取沉積灰渣，剛玉管軸線與爐膛內氣流方向垂直。每個燃燒工況下，沉積灰渣收集時間分別為2h和4h取樣完成后將剛玉管在天平上進行稱量，通過將取樣前后剛玉管的質量進行差減獲得沉積灰渣的質量，然后取部分沉積灰渣進行成分和形貌分析。而對殘留在剛玉管上的沉積灰渣則使用熱聚性丙烯酸樹脂進行固化，并使用精密切割機沿剛玉管徑向將樣品切開，以便在掃描電鏡下觀察不同沉積層的形貌。
實驗主要的分析測試手段有：通過XRF分析獲得灰渣的化學成分。通過SEM-EDS分析粉末灰渣和剛玉管上沉積灰渣的形貌以及微區化學成分。
實驗系統及燃燒工況燃燒實驗在沉降爐系統中進行，該系統主要包括給粉系統、反應器和取樣系統，關于給粉系統和反應器介紹可參考文獻。
進一步分析可以發現，富氧燃燒條件下，隨著氧氣濃度的升高，Fe的富集更明顯，而Si、A1等難溶元素的變化規律與Fe的變化規律相反，這說明Si、A1的沉積方式與Fe存在不同。大部分Si、A1的主要沉積方式可能是以難熔礦物質的形式通過慣性碰撞被灰渣中熔融的表面所捕獲。如果假設成立，那么灰渣中必然存在以這些難熔礦物質為骨架的大孔隙。又由圖1可見富氧條件下隨著氧氣濃度升高，灰沉積傾向下降，可以推測可能是隨著氧氣濃度的升高，灰渲對Si、A1等組成的難熔礦物質捕集量減少導致了Fe富集更明顯。
圖2中Ca的含量（以CaO計）變化沒有明顯的規律，這可能與Ca的復雜形態有關。一方面Ca可以以難熔的CaO（溶點為2580°C）存在，另一方面也可以與其它礦物質形成低溫共熔體m,同時還有可能發生硫酸鹽化，形成CaSOf.
為了驗證以上猜測，對粉末灰渣以及沉積管上的灰渣進行SEM表征，具體分析如下。
沉積管上灰渣剖面微觀形貌從圖3可以發現灰渣內部有很多孔隙，這證明灰渣中不僅有熔融礦物質的沉積，還有一些不熔礦物質被熔融的灰渣表面所捕獲，沉積在管子上形成了灰渣中孔隙的骨架?？紫兜拇笮∫约皵盗糠从沉嘶以廴诒砻鎸Σ蝗鄣V物質的捕集能力，這種捕集能力的大小在一定程度上反映了灰渣表面的熔融程度。剖面孔隙越多，捕集能力越強，熔融程度越高。
含量為15.8%,Na20含量2.11%,而在灰渣中Fe203的含量為20%33%,Na20含量為2.3%5.1%,對應的Si、A1相比其在高溫灰中的含量有所減小。巳經有研究證明Fe和Na是結渣初始形成層和熔融相的主要成分。
將不同工況下灰渣剖面SEM圖進行比較可以發現，剖面孔隙數量、大小的變化規律與灰渣中Si、A1變化規律相同。隨著氧氣濃度的升高，孔隙越少，灰渣越致密。而相應的灰渣中Si、A1的含量減少。這說明灰渣中的孔隙可能主要是以Si、A1組成的難熔礦物質為骨架。
粉末灰渣的微觀形貌從圖4、圖5中可以發現大部分的Fe在灰渣中主要以熔融球形的Fe、Ca、Si低溫共熔體形式存在。
是灰渣中熔融相的主要組成成分，因此燃燒氣氛對Fe、Ca、Si低溫共熔體形成的影響可能是導致灰沉積特性出現差異的原因之一。相同氧氣濃度下，從空氣燃燒變化到富氧燃燒，顆粒內部的還原氣氛增強。還原性氣氛有助于含Fe礦物質與Ca和Si形成熔點更低的低溫共熔體（如二價鐵低溫共熔體），導致相同氧氣濃度富氧燃燒灰沉積更嚴重（圖1）。
圖4和5顯示，Ca在灰渣中除了以Ca、Fe、Si低溫共溶體的形式存在外還以CaO和CaS04的形式存在。當CaO發生硫酸鹽化時，可能會阻止CaO與含Fe、Si礦物反應，一方面導致熔融的Ca、Si、Fe低溫共熔體生成量減少，另一方面CaS04熔點較高，覆蓋在熔融的表面上形成了較致密的表面，阻止了灰渣表面對難熔礦物質的捕獲。由灰渣的成分分析（圖2）可以知道隨著氧氣濃度的升高，灰渣中S含量有所升高，SEM-EDS分析發現，隨著氧氣濃度的升髙，灰渣中CaS04含量更多，因此可知隨著氧氣濃度的升高，更多的CaO發生硫酸鹽化。這使得氧氣濃度升高，灰渣對Si、A1難熔礦物質的捕獲減少。
因此隨著氧氣濃度的升高，Si、A1在灰渣中的含量減少（圖2），灰渣更致密（圖3）。在灰渣中可以觀察到一些難熔的大顆粒，主要成分為Si和A1,這也說明了在灰渣中Si、A1是不熔礦物質的主要成分，構成了灰渣中孔隙的骨架。
結論
本實驗選用了一種高鐵、高鈣神華煤，通過控制爐膛氣流速度不變，重點研究了燃燒氣氛和氧氣濃度對煤灰沉積的影響。在所研究的實驗條件下，得到以下幾點重要結論：1）燃燒條件對神華煤灰沉積特性有很大的影響，相同氧濃度下，富氧燃燒灰沉積比空氣燃燒更嚴重；在富氧燃燒條件下，隨著氧氣濃度的增大，灰沉積傾向減弱。2）改變燃燒條件不影響灰渣中元素的種類，但是影響其相對含量。3）富氧條件下，隨著氧氣濃度升高，灰渣孔隙減少，灰渣更致密。
為了達到與空氣燃燒相同的爐膛輻射換熱量或絕熱火焰溫度，富氧燃燒氧濃度通常會選擇為27%或32%W,以上參數的改變均可能影響爐膛灰沉積特性。Yu等H和FVyda等的研究表明，煤粉在空氣和富氧燃燒條件下的灰沉積傾向存在明顯差異，他們均認為爐膛流場的變化是導致不同灰沉積特性的主要原因，但對其它因素（如灰渣特性、局部燃燒氣氛等）的影響未做深入討論。本文通過控制爐膛氣流量和溫度不變，重點研究燃燒模式和氧氣濃度對煤灰沉積特性的影響，得到了有意義的實驗結果。
實驗煤粉特性實驗選用一種高轉高鐵神華煙煤進行實驗，煤粉粒徑小于100mim,其工業分析、元素分析和灰成分分析如表1所示。煤灰Fe203含量高達15.35%,CaO的含量更是高達21.12%.
在本研究中，所有實驗均采用相同的反應氣體流量，因此各實驗條件下煤灰沉積特性的變化可能是由于燃燒氣氛的改變引起的。燃燒模式的變化導致煙氣中co2和so3的濃度存在較大差異。富氧燃燒中co2濃度遠高于空氣燃燒，富氧條件下隨著氧氣濃度的升高，S03的生成濃度會升高因此推測是co2的濃度或者是灰渣的硫酸鹽化導致了灰沉積特性的差異。
粉末灰渣化學成分分析由于2h沉積的灰渣與4h沉積的灰猹成分相似，因此圖2只給出2h灰渣成分。從圖2可以發現灰渣中的主要成分是Na、Al、Si、S、Ca和Fe.對比各元素在灰渣以及高溫灰中的含量可以發現，Fe和Na在灰渣中的含量均有所富集，高溫灰中Fe203的相同的爐膛輻射換熱量以及相同的絕熱火焰溫度。
爐膛溫度為1300°C,所有實驗條件下反應氣體流量均為4L/min,重點研究燃燒模式和氧含量對灰沉積的影響。
取樣及樣品分析方法灰渣的收集通過置于爐膛中的沉積介質實現。沉積介質是規格為32x015mm的剛玉管，其外徑根據斯托克斯數與實際燃煤電廠相似進行選取。需要說明的是，沉積介質未經過任何形式的冷卻。取樣過程中，將剛玉管水平放置于水冷取樣管頂部。通過水冷取樣管將剛玉管送入爐膛內部距出口10cm處（溫度為200°c）收取沉積灰渣，剛玉管軸線與爐膛內氣流方向垂直。每個燃燒工況下，沉積灰渣收集時間分別為2h和4h取樣完成后將剛玉管在天平上進行稱量，通過將取樣前后剛玉管的質量進行差減獲得沉積灰渣的質量，然后取部分沉積灰渣進行成分和形貌分析。而對殘留在剛玉管上的沉積灰渣則使用熱聚性丙烯酸樹脂進行固化，并使用精密切割機沿剛玉管徑向將樣品切開，以便在掃描電鏡下觀察不同沉積層的形貌。
實驗主要的分析測試手段有：通過XRF分析獲得灰渣的化學成分。通過SEM-EDS分析粉末灰渣和剛玉管上沉積灰渣的形貌以及微區化學成分。
實驗系統及燃燒工況燃燒實驗在沉降爐系統中進行，該系統主要包括給粉系統、反應器和取樣系統，關于給粉系統和反應器介紹可參考文獻。
進一步分析可以發現，富氧燃燒條件下，隨著氧氣濃度的升高，Fe的富集更明顯，而Si、A1等難溶元素的變化規律與Fe的變化規律相反，這說明Si、A1的沉積方式與Fe存在不同。大部分Si、A1的主要沉積方式可能是以難熔礦物質的形式通過慣性碰撞被灰渣中熔融的表面所捕獲。如果假設成立，那么灰渣中必然存在以這些難熔礦物質為骨架的大孔隙。又由圖1可見富氧條件下隨著氧氣濃度升高，灰沉積傾向下降，可以推測可能是隨著氧氣濃度的升高，灰渲對Si、A1等組成的難熔礦物質捕集量減少導致了Fe富集更明顯。
圖2中Ca的含量（以CaO計）變化沒有明顯的規律，這可能與Ca的復雜形態有關。一方面Ca可以以難熔的CaO（溶點為2580°C）存在，另一方面也可以與其它礦物質形成低溫共熔體m,同時還有可能發生硫酸鹽化，形成CaSOf.
為了驗證以上猜測，對粉末灰渣以及沉積管上的灰渣進行SEM表征，具體分析如下。
沉積管上灰渣剖面微觀形貌從圖3可以發現灰渣內部有很多孔隙，這證明灰渣中不僅有熔融礦物質的沉積，還有一些不熔礦物質被熔融的灰渣表面所捕獲，沉積在管子上形成了灰渣中孔隙的骨架?？紫兜拇笮∫约皵盗糠从沉嘶以廴诒砻鎸Σ蝗鄣V物質的捕集能力，這種捕集能力的大小在一定程度上反映了灰渣表面的熔融程度。剖面孔隙越多，捕集能力越強，熔融程度越高。
含量為15.8%,Na20含量2.11%,而在灰渣中Fe203的含量為20%33%,Na20含量為2.3%5.1%,對應的Si、A1相比其在高溫灰中的含量有所減小。巳經有研究證明Fe和Na是結渣初始形成層和熔融相的主要成分。
將不同工況下灰渣剖面SEM圖進行比較可以發現，剖面孔隙數量、大小的變化規律與灰渣中Si、A1變化規律相同。隨著氧氣濃度的升高，孔隙越少，灰渣越致密。而相應的灰渣中Si、A1的含量減少。這說明灰渣中的孔隙可能主要是以Si、A1組成的難熔礦物質為骨架。
粉末灰渣的微觀形貌從圖4、圖5中可以發現大部分的Fe在灰渣中主要以熔融球形的Fe、Ca、Si低溫共熔體形式存在。
是灰渣中熔融相的主要組成成分，因此燃燒氣氛對Fe、Ca、Si低溫共熔體形成的影響可能是導致灰沉積特性出現差異的原因之一。相同氧氣濃度下，從空氣燃燒變化到富氧燃燒，顆粒內部的還原氣氛增強。還原性氣氛有助于含Fe礦物質與Ca和Si形成熔點更低的低溫共熔體（如二價鐵低溫共熔體），導致相同氧氣濃度富氧燃燒灰沉積更嚴重（圖1）。
圖4和5顯示，Ca在灰渣中除了以Ca、Fe、Si低溫共溶體的形式存在外還以CaO和CaS04的形式存在。當CaO發生硫酸鹽化時，可能會阻止CaO與含Fe、Si礦物反應，一方面導致熔融的Ca、Si、Fe低溫共熔體生成量減少，另一方面CaS04熔點較高，覆蓋在熔融的表面上形成了較致密的表面，阻止了灰渣表面對難熔礦物質的捕獲。由灰渣的成分分析（圖2）可以知道隨著氧氣濃度的升高，灰渣中S含量有所升高，SEM-EDS分析發現，隨著氧氣濃度的升髙，灰渣中CaS04含量更多，因此可知隨著氧氣濃度的升高，更多的CaO發生硫酸鹽化。這使得氧氣濃度升高，灰渣對Si、A1難熔礦物質的捕獲減少。
因此隨著氧氣濃度的升高，Si、A1在灰渣中的含量減少（圖2），灰渣更致密（圖3）。在灰渣中可以觀察到一些難熔的大顆粒，主要成分為Si和A1,這也說明了在灰渣中Si、A1是不熔礦物質的主要成分，構成了灰渣中孔隙的骨架。
結論
本實驗選用了一種高鐵、高鈣神華煤，通過控制爐膛氣流速度不變，重點研究了燃燒氣氛和氧氣濃度對煤灰沉積的影響。在所研究的實驗條件下，得到以下幾點重要結論：1）燃燒條件對神華煤灰沉積特性有很大的影響，相同氧濃度下，富氧燃燒灰沉積比空氣燃燒更嚴重；在富氧燃燒條件下，隨著氧氣濃度的增大，灰沉積傾向減弱。2）改變燃燒條件不影響灰渣中元素的種類，但是影響其相對含量。3）富氧條件下，隨著氧氣濃度升高，灰渣孔隙減少，灰渣更致密。
