褐煤及煙煤混煤綜合燃燒特性的試驗研究

第23卷第4期動(dòng)力工程VoL 23 No, 42003年8月POWER ENGINEERINGAug.2003鍋爐技術(shù)·文章編號:1000-6761(2003)04-2495-05褐煤及煙煤混煤綜合燃燒特性的試驗研究李永華1,陳鴻偉1,劉吉臻',馮兆興2,李振中2,黃其勵2(1.華北電力大學(xué),保定071003;2.國家電站燃燒工程技術(shù)研究中心,沈陽(yáng)110034)摘要:對某電廠(chǎng)常用的3種褐煤及其溉煤和某電廠(chǎng)用的煙煤及其混煤在CRF熱態(tài)試驗臺上進(jìn)行了試驗研究,詳細討論了其燃盡、結渣和NOx排放特性及影響因素。圖4表11參1關(guān)鍵詞:混煤;燃盡;結渣;NOx排放中圖分類(lèi)號:TQ533文獻標識碼:A隨著(zhù)我國工業(yè)的快速增長(cháng),煤的消耗量增加,NO3排放特性進(jìn)行了研究。褐煤混煤由某電廠(chǎng)常加上運輸困難、煤礦分布不均等因素,因此,許多用霍林河、羊草溝和梅河煤組成,煙煤混煤由某電電站鍋爐有燃用混煤的傾向。由于混煤的燃燒特廠(chǎng)用的神華、新高山和平朔煤組成。性與其組分煤種不同,因此研究混煤的燃燒特性褐煤和煙煤的煤質(zhì)分析見(jiàn)表1所示。試驗煤是非常必要的。粉細度R9=35%。本文在燃燒試驗臺上,對混煤的燃盡、結渣和表1煤質(zhì)分析煤種霍林河煤羊草溝煤梅河煤新高山煤平朔煤干基水份Ma2.54工業(yè)分析空干基灰份A24.4243.51.397.7417.99空干基揮發(fā)份v307520528.0131.23空干基固定碳FCJ3260.9760.71空干基碳Cad6.7473.5175.14空干基氫H2.703.212.424.03元素分析空干基硫500.350.360.86空干基氮N0.730.78干基氧Oa燃燒低位發(fā)熱量(J/g)1591912388198192601027900245701試驗設備和過(guò)程試驗臺主要由5部分構成:燃燒系統,數據釆集和控制系統、壓縮空氣冷卻系統、在線(xiàn)煙氣取樣試驗設備是從加拿大引進(jìn)的半工業(yè)化燃燒試分析系統以及制粉系統。整個(gè)試驗臺系統流程如驗臺(CRF)。其設計的最大燃煤量是20kg/h,燃圖1所示。此試驗臺爐膛直徑為0.4m,有效高為用中硫煤,熱功率為640MJ/h。主要特點(diǎn)是對不4.2m,一、二次風(fēng)可分別由風(fēng)加熱器加熱同冷卻速率的鍋爐模擬有較好的靈活性。它的最至150℃C和350℃C。在煤粉燃燒器兩側,有丙烷燃大優(yōu)點(diǎn)是設備齊全,控制系統較為先進(jìn),實(shí)驗數據燒器,用來(lái)預熱燃燒室至相當高溫度,以達到煤粉可在線(xiàn)檢測,實(shí)驗結果重現性好。點(diǎn)火中國煤化工重目的。爐內溫度CNMHG氣從尾部水平收稿日期:2001-09-21修訂日期:200201-09煙道取出,經(jīng)由順磁氧氣分析儀和冷焰光氮氧化基金項目:華北電力大學(xué)博士基金060105作者簡(jiǎn)介:李永華,華北電力大學(xué)博士物分析儀在線(xiàn)檢測其成分。尾部有靜電除塵器。2496·動(dòng)力工程第23卷B-3出趣氣歌爐渣取樣點(diǎn)33飛數取樣點(diǎn)口曰自e圖1cRF試驗臺1一吊車(chē)2—一運煤皮帶3—吸鐵器4—碎煤機5一碎煤斗6-給煤機7一給煤風(fēng)機8一磨煤機9消音器10—空氣加熱器11-過(guò)濾器12一旋風(fēng)分離器13一布袋除塵器14一防爆器15—排粉機16—排粉煙囪17—絞龍18-粉煤倉19螺旋給粉機20—燃燒器21一一次風(fēng)機22-一次風(fēng)電加熱器23-二次風(fēng)機24一二次風(fēng)電加熱器25一爐膛26一煙道27-煙氣冷卻裝置28一煙氣冷卻風(fēng)機29一煙氣再熱加熱器30—一靜電除塵器32一變壓器吸風(fēng)機2試驗結果及分析程的固體未完全燃燒損失。但在本文的試驗條件下,爐焦量很大,并可以準確測量其份額,可達煤2.1混煤燃盡特性灰量的10.70%~40.48%。因此,由爐焦所引起在本文中,用燃燒不完全損失來(lái)表示混煤的的未完全燃燒損失是不能被忽略的。因此本文的燃盡特性。一般地,固體未完全燃燒損失由下式計未完全燃燒損失由下式確定:算Q(;aC-+,4c32825A≈32825Aa(4nCm100-ca)%(1)(2)式中Q—試驗爐輸入熱量,kJ/kg%Aa空干基灰份式中a爐焦份額,%aa—飛灰份額,%c—爐焦含碳量,%ad—爐渣份額,%由式(2)計算的試驗結果顯示于表3。在3種c—飛灰含碳量,%單煤中,梅河煤的燃盡率最高,羊草溝煤的燃盡率爐渣含碳量,%最低。在4種混配方案的混煤中,3MH(30%梅該方程的前提是:am+a山=1。煤灰的成分主河+7%程林河)的樹(shù)尺性能更優(yōu)于2M8H(20%要是飛灰和爐渣,結焦的量占煤灰的比例非常小。梅中國煤化工6羊草溝+70%霍所以焦的量可以忽略。在這種情況下,上述方程能林CNMHG(20%羊草溝+夠正確描述煤的燃盡特性。加上在電站煤粉鍋爐80%霍林河)。由此可以看出:當2種煤相混時(shí),燃的實(shí)際燃燒過(guò)程中得到爐焦的量非常困難,因此盡性能好的煤占的比例越大,混煤的燃盡性能也上述方程一般用來(lái)計算電站煤粉鍋爐實(shí)際燃燒過(guò)越好。第4期2497表3褐煤?jiǎn)蚊杭盎烀喝急M率了各煤種焦渣比的試驗結果。從表中可以看出:梅序號固體未完全燃燒損失(%)煤種河煤和3MH煤(30%梅河+70%霍林河)的結0%草溝+8%霍林河渣趨勢較強霍林河煤的結渣趨勢較弱該結果基1-2330%梅河+70%霍林河本由該電廠(chǎng)的實(shí)際燃燒工況所證實(shí),說(shuō)明本文的3.47100%梅河結渣判別方法具有較好的準確性。4.1420%梅河+80%霍林河從表5中還可以看出:2Y8H的結渣性比羊草溝和霍林河單煤強得多。這表明,當2種結渣性0%羊草溝+70%霍林河較弱的單煤相混時(shí),若混煤的比例不當,有可能出10.24100%羊草溝現強結渣性。這是因為在混煤中,2種煤灰出現了共熔現象,使混煤灰熔融特性溫度要低于任一種單煙煤及混煤的燃盡情況示于表4。煤。不適當的混煤比例會(huì )導致結渣性。因此,對混煤表4煙煤及混煤可燃物含量的實(shí)際應用,其比例要根據試驗情況進(jìn)行確定表5焦渣比試驗結果爐膛出飛灰可燃爐渣可燃工況口氧量物含量(%)物含量(%)序號煤種焦/渣17.48神華煤26.373M7H27.881.4480%神華+20%平朔16.6724.24羊草溝60%神華十40%平朔15.6229.413Y7H27,72霍林河0.3950%神華+50%平朔00煙煤的燃燒特性試驗,重點(diǎn)考察了結渣性能。從表4中看出:煙煤試驗結果燃盡情況都不本試驗采用硅碳棒作為結渣測試元件,伸入爐內好,和褐煤試驗相比有較大差距可能與煤種有關(guān)1400C~1000℃不同溫度區域經(jīng)一段時(shí)間后取系,但可進(jìn)行煙煤的相互比較由于這里沒(méi)有單燒出,用肉眼觀(guān)察棒上結渣的物理狀態(tài),從而判定試驗平朔煤的可燃物數據,從以前的熱天平分析知道,煤種的結渣特性。試驗結果如表6表11所示。平朔煤燃盡比神華煤差。所以,對于煙煤試驗也可從表中看出:除了平塑煤以外,其它煤隨著(zhù)溫以得出這樣的結論:混煤燃盡特性介于組分煤種度的降低,結渣程度逐漸減輕由于平塑煤不易結之間隨著(zhù)難燃煤份額的提高,混煤的燃盡性能變渣,在試驗溫度范圍內平塑煤的結渣程度變化不明顯。神華煤易結渣,超過(guò)1200°C時(shí)結渣嚴重?；?.2混煤結渣特性配不易結渣煤后,混煤結渣程度減輕。從表8、表結渣是復雜的物理化學(xué)過(guò)程。它不僅與煤灰9、表10中3種混煤比較可以看出:不易結渣煤摻的成分有密切的關(guān)系,還與燃燒器型式、爐膛結混比例提高,結渣趨勢是減弱的?？梢酝ㄟ^(guò)摻混不構、燃燒溫度水平、爐膛空氣動(dòng)力學(xué)特性和爐內氣易結渣煤,以達到減輕結渣的目的氛等因素有關(guān)?，F在,有些方法可以對煤粉燃燒進(jìn)表6神華煤不同溫度區域結渣特性表行結渣預報與評價(jià)例如灰熔融特性灰成分及粘播人點(diǎn)溫度1312317129性分析等。但在實(shí)踐中沒(méi)有一種方法具有足夠的紅褐色,紅褐色,黑灰色準確度。硬度高,硬度高,質(zhì)地較為灰色,質(zhì)糧據試驗臺的條件,可以對粘在爐墻上的焦渣型狀態(tài)中國煤化工量和掉到爐底的爐渣量進(jìn)行準確的測量。在本文CNMH易刮下中,對褐煤的結渣特性用焦量和渣量的比例作為結渣特性的判別標準這個(gè)比例越大,說(shuō)明粘在爐結渣趨勢結渣嚴重結渣嚴重結渣中等結渣輕徽墻上的灰量大,該煤種的結渣性就越強。表5表示·2498力工程第23卷表780%神華+20%新高山混煤不同溫度區域可能是由于2種褐煤混合后,揮發(fā)份析出先后順結渣特性表序不同以及它們之間的相互作用的結果。摘入點(diǎn)溫度1360801020紅褐色,紅褐色,黑灰色,硬度高,硬度高,質(zhì)地較為灰色,質(zhì)350表面光表面光松散,量地松散,渣型狀態(tài)滑,呈釉滑,呈釉鐘乳狀集不粘結質(zhì)型,難質(zhì)型,難合體,可易刮下→單燒霍林河煤刮下刮下刮下結渣趨勢結渣嚴重結渣嚴重「結渣中等結渣輕微5050100130030333停留時(shí)間/ms表880%神華+20%平朔混煤不同溫度區域結渣特性表圖2在爐內的沿程分布描人點(diǎn)退度13502.3.2煤中含N量對NO排放的影響12001050黑褐色從圖3中可以看出,總的趨勢來(lái)看,隨著(zhù)煤粉灰褐色,粘結在一粘結在一灰色,質(zhì)灰色,質(zhì)含氮量的增加NO,的排放濃度也在增加。因為渣型狀態(tài)起,質(zhì)地起,可刮地硫松,地疏松,煤粉燃燒生成的NO3主要是燃料型NO,燃料中較脆,強易刮下易刮下含氮量的增加,在其它條件相同的情況下,勢必會(huì )度差結渣勢姑渣中等結中等結渣輕微結渣輕」有助于NO.的生成。但這種趨勢不明顯。這是由表960%神華+40%平朔混煤不同溫度區域結于煤粉含氮量增加,其轉化率下降抵消了氮的增渣特性表加造成的氮氧化物的生成。畫(huà)入點(diǎn)溫度1404131010100紅褐色灰褐色粘結在灰色,質(zhì)灰色,質(zhì)粘結在堅硬,難起,可刮地硫松,地疏松,渣型狀態(tài)起,質(zhì)地mo000m易刮下易刮下刮下結渣趨勢結渣嚴R結渣中等結渣輕微結渣輕微表1050%神華十50%平朔混煤不同溫度區域含氮量/%結渣特性表圖3煤粉含氮量與NO.排放濃度水平的關(guān)系曲線(xiàn)插人點(diǎn)溫度140013201801030紅褐色,灰褐色,600灰色,質(zhì)灰色,質(zhì)粘結在一粘結在渣型狀態(tài)地疏松,地硫松起,難刮起,可刮易刮下易刮下下結渣趨勢」結渣嚴重」結渣中辱結渣輕微結渣輕微表11單燒平朔煤匾入點(diǎn)溫度渣型狀態(tài)淺棕色較硫松燒結灰淺棕色輕硫松燒結灰爐麓出口氧量/%結渣趨勢結渣輕微結渣輕微圖4煤粉細度與NO,排放濃度水平的關(guān)系曲線(xiàn)2.3NO排放2.3.3煤粉細度對NO排放的影響2.3.1爐內NO3濃度沿程分布8H混煤在2種不同的煤粉細度情圖2為單煤及混煤的NO濃度爐內沿程分況中國煤化工2種煤粉細度為布從圖2中可以看出:無(wú)論單煤還是混煤在著(zhù)火R2CNMHG200=2.1%,R2o=初期NO,大量生成燃盡階段由于焦碳的還原作25.6%。由圖中可以看出:隨著(zhù)煤粉細度的不同,用,NO的濃度有所下降?；烀旱腘O3生成有一O,的排放水平不同。煤粉越細,NO排放濃度定的波動(dòng),出現2個(gè)峰,而單煤只出現一個(gè)峰,這越高。這一方面是由于煤粉越細,煤中氮越易析方數據第4期動(dòng)力工程2499出;另一方面,細煤粉與空氣混合的較好,所以試驗結果表明:不適當的混煤比例會(huì )導致強結渣NO3的排放濃度升高。性。因此,對混煤的實(shí)際應用,其比例要根據試驗3結論情況進(jìn)行確定?；烀旱腘O,生成有一定的波動(dòng),出現2個(gè)本文在燃燒試驗臺上完成了褐煤和煙煤及其峰,而單煤只出現1個(gè)峰。隨著(zhù)煤粉細度的不同混煤的燃燒特性研究。根據試驗臺的條件,修正了NO的排放水平不同。煤粉越細,NO排放濃度常用的判別固體未完全燃燒損失的計算方法。試越高。從總的趨勢來(lái)看,隨著(zhù)煤粉含氮量的增加驗結果表明:當2種煤相混時(shí),燃盡性能好的煤占NO2的排放濃度也在增加。本文的試驗結果表明的比例越大,混煤的燃盡性能也越好。這種趨勢不明顯本文提出了用焦渣比的方法作為判別結渣特性的依據,判別結果和實(shí)際鍋爐燃燒情況吻合較參考文獻:好,說(shuō)明本文的結渣判別方法具有較好的準確性。[1]李永華混煤高效低污染燃燒特性研究[D保定:華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文,2000Experimental Research on the Comprehensive Behavior ofCombustion for Soft and Brown Blending CoalsLI Yong-hua, CHEN Hong-wei, LIU Ji-zhen'FENG Zhao-cing2, LI Zhen-zhongz, HUANG Qi-li(1. North China Electric Power Univ, Baoding 071003, China;2. The State Engineering Technology Research Center of Combunstionof Power Plants, Shenyang 110034, ChinaAbstract: The experimental research on blended coals composed of three brown coals and soft coalswhich are often used by some power plants, have been performed in CRF thermal state test rig. Theproperties of burnout, slagging and NO emission of brown-blending coals have researched and manyfactors have been discussed. Figs 4, tables 11 and ref 1.Key words: brown blending coals; burnout; slagging: NO, emission(上接第2533頁(yè))Research on the Self-Excited Pulsating Layer-Combustion BoilerTU Jian-hua, CHEN Fu-lian(Zhejiang Univ. of Technology, Hangzhou 310014, China)Abstract: A new type of, pulsating combustor has been developed through improving the Rijke tube.This new combustor has the advantages of Rijke tube of no valve, self-excited and broad fuel adaptedto, but the length diameter proportion is only five below, much littler than that of Rijke tube. Thenew pulsating device is called as Rijke-ZT pulsating combustor. Experiments showed that the strongacoustic wave could be excited in the combustor without any added device. The strong acoustic wavecould greatly improve the coal combustion and heat transfer中國煤化工1 lower ension of pollutants and higher efficiency. The important techC N MH Gigning of theIsating boiler of neelf-excited, self air supplying and layer combustion has been concludedand the potential problems have been listed. Figs 4, tables 2 and refs 5.Key words pulsating combustion boiler; pulsating combustion; Rijke tube