煙煤混煤燃燒特性的實(shí)驗研究

燜煤混煤燃燒特性的實(shí)驗研究發(fā)電設備(2007 No.6).;研究與分析:Ac..e.c煙煤混煤燃燒特性的實(shí)驗研究朱建忠，呂當振’，姚洪2(1.燕山石化公司動(dòng)力事業(yè)部二電站,北京102500;2.華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點(diǎn)實(shí)驗室,湖北武漢430074)摘要:近年來(lái) ,混煤燃燒在世界范圍.特別是在中國得到了廣泛的應用。針對這種情況,選定4種單一煤種及其9種混合比例的混煤進(jìn)行了試驗研究,得到了著(zhù)火溫度、可燃性指數w.m7和綜合燃盡指數Sn等數據,確定了幾種燃燒特性較好的混合比例的混煤。關(guān)鍵詞:能源與動(dòng)力工程;煤的燃燒;混煤;摻混比例;著(zhù)火特性;燃盡特性中圖分類(lèi)號:TKI6文獻標識碼:A文章編號:1671-0866(007)06-0421-05Experimental Study on Combustion Characterstics ofBituminous Coal and of Coal MixturesZHU Jian-zhong'， L0 Dangzhen'，YAO Hong'(1. Power Department' s Power Station No.2, Yanshan Petrochemical Co., Beijing 102500, China;2. National Key Lab of Coal Combustion, Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074, China)Abstract: In recent years coal mitres are widely used in word, and especilly in China. In view of theseeircunstances, 4 individual coal calegories and mixtures of them blended in 9 dfferent proportions were chosen forexperimental studies. Data conceming ignition temperature, combustibility index w_1Tf and bun-of index Sw wereherewith obtaned. Consequenly, ●few bleding proportions, featured by relatively good combustion propeties, were fixedKeywords: enengy and power engnering; coal combustion; coal misture; blending propotion; ignition poperty;bum-of property我國是世界上唯一以煤為主要能源的大國,煤,可提高經(jīng)濟效益。這樣的能源構成在今后相當長(cháng)的一段時(shí)期內不會(huì )然而,混煤雖是簡(jiǎn)單的機械混合過(guò)程,但其燃改變。作為一次能源,煤的利用方式在我國主要燒特性并不是組分煤種的簡(jiǎn)單疊加。由于不同煤是燃燒,火力發(fā)電站用煤約占原煤消耗的30%左種在燃燒過(guò)程中相互影響，使得混煤的煤質(zhì)特性右。近年來(lái),由于原煤供不應求,很多電廠(chǎng)很難燃和燃燒性能更加復雜。煤的著(zhù)火和燃燒穩定性是用設計煤種,而是使用幾種煤的混煤或摻燒。頇影響鍋爐爐內燃燒穩定性的主要因素。對已投運計以后相當長(cháng)的時(shí)間內,混煤的使用將更為廣泛。的鍋爐,當煤種改變時(shí)將涉及煤的著(zhù)火性能對鍋如果使用正確的方法來(lái)配煤,則有以下優(yōu)越性": .爐的適應性和如何進(jìn)行改造等問(wèn)題,因此對混煤(1)提高鍋爐熱效率,以節約煤炭;(2)充分利用的著(zhù)火性能進(jìn)行深人研究就顯得特別重要。因當地煤炭資源,做到物盡其用;(3)盡量少用優(yōu)質(zhì)此,中國煤化工的燃燒特性,包收稿日期:0025;修囡日期2007-0625MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:朱建忠(1970-),男,工程師，主要從事熱電站技術(shù)和管理工作。421●發(fā)電設備(2007 No.6)煙媒混煤燃燒特性的實(shí)驗研兗括著(zhù)火溫度、燃盡特性、燃燒特性曲線(xiàn)13)。綜合分析儀.測量煤在氧化性氣氛下燃燒的質(zhì)量變化，得到熱重曲線(xiàn)，并用專(zhuān)業(yè)軟件1實(shí)驗ThemalAnalysis進(jìn)一步分析。通過(guò)熱重分析方法,1.1 實(shí)驗煤種.進(jìn)行煤樣的著(zhù)火穩燃特性和綜合燃燒特性試驗。本文選用A、B、C、D4種煤為研究對象,A煤1.3 實(shí)驗條件揮發(fā)分相對較高,灰分含量高;B煤發(fā)熱值高,但本實(shí)驗將煤樣放人儀器的坩堝中,通人一定.揮發(fā)分低;C、D煤灰熔點(diǎn)低,且難以燃盡。4種煤流量的空氣,同時(shí)以一定的升溫速率將煤樣加熱的工業(yè)分析、元索分析、發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)等特性數到足夠高的溫度,測定相應的TC、DTG曲線(xiàn)。燃據見(jiàn)表1。其中以A煤作為主煤,其它3種煤作燒特性試驗條件如下:為配煤,選取混煤配比的方式見(jiàn)表2。(1)升溫速率20。C/min;工作溫度從室溫到表1煤的工業(yè)分析與元素分析數據1 200 °C;分析項目BC(2)反應氣體是空氣,流量100mL/min;全水分w1%5.21 3.60 3.802.20(3)煤樣質(zhì)量20^_10 g,煤粉細度200μm篩分?；曳諲%47.88.14.70 19.1029.80揮發(fā)分V/%.11.52 9.01 8.33 11.362結果與討論固定碳FC/%38.2874.59 70.372.1 混煤的熱重實(shí)驗結果{TG和DTG曲線(xiàn))低位發(fā)熱量Q./MJ.kg-' 13.27 28.19 26.1222.66圖1給出了9個(gè)混煤的失重曲線(xiàn)(TG)和失重全硫s/%6.131.29 3.49 .s.36速率曲線(xiàn)(DTC),從工業(yè)元素分析可以看出混合碳C/%37.9476.57 68.8658.73后的煤都是煙煤,揮發(fā)分含量都很低。從圖中可氫H/%.3.472 3.156 2.918 2.935以看出,9種混煤開(kāi)始迅速失重的溫度相近,但也氧0/%1.8631.265 2.260.349有區別,一般A主煤配比比較大時(shí),其失重要快,氦NI%0.405 1.319 1.167 0.826灰的軟化溫度 ST/C 1500 1490 1290 1 200失重速率要大。主要是因為A煤含揮發(fā)分量最高,揮發(fā)分在較低溫度下便析出燃饒。比較DTG表2九種混煤序號和配比曲線(xiàn)可以看出:A/B配煤最大失重速率要小于其序號煤種配比A:X它2種配煤,其原因主要是B煤固定碳最高,發(fā)熱B13:2量最大,而揮發(fā)分含量低,焦炭燃燒的溫度高,因AVB2:1此最大失重要小?？傊?從混煤的失重曲線(xiàn)可以3:1c11:定性地判定煤種燃燒的難易程度,通過(guò)分析軟件.:2NC2:和經(jīng)驗公式定量地判斷其燃燒性能。2.2蓍火溫度分析)2A/D相光大等學(xué)者結合燃燒熱重曲線(xiàn)研究了煤的燃燒,得出煤的可燃性指數w. /咒,用于反映煤1.2 實(shí)驗儀器在燃燒前期的反應能力[41。熱重分析方法(TGA)是在程序控制溫度下，測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。用于熱重w.1T= E.(O)...W. (1)法的儀器是熱天平,它是研究煤燃燒特性的一種式中:E為活化能;R為氣體常數;W_為燃燒反有效手段。實(shí)驗記錄的熱分析曲線(xiàn)詳細描述了煤應的最大速度值; w,為著(zhù)火溫度T下的燃燒速在燃燒過(guò)程中的水分蒸發(fā)、揮發(fā)分析出、燃燒及燃度;W_/ W.項表示該煤種的燃燒反應最大速度值盡各個(gè)階段中的質(zhì)量變化及相應的變化速度。燃與著(zhù)中國煤化工為燃燒速度，燒分布曲線(xiàn)的形狀表征煤熱解、燃燒、燃盡的難易.程度。mg/miMHCNMHG燃燒曲線(xiàn)的斜本文采用德國NETZSCH公司的STA409型熱422 ●姻煤混煤燃燒待性的實(shí)驗研究發(fā)電設備{2007 No.6)90AB.-- 2:1 |AB.3:1Ig8AB -.-. 2:1AB + 3:15200400600800100012000200400 60080010001200溫度/C(a) NB溉煤10AC-一12gAC.... 3:2AC士K-4s0 2004006008001000 12000 200400 600 8001000 1200溫度1"C(b) AC混煤}10 t100AD-F問(wèn)AD-2:1I60VD一-1:2IAD--.1:1AID ..2:0 2000400600 8001000120000 400600 80010001200溫度/°c溫度! C(c) A/D混煤圖1 9種混煤的燃繞失 重曲線(xiàn)(TC)以及失重速率曲線(xiàn)(DTC)這兩項在一定意義上代表了從們到T_表3煤的可燃性指數(w時(shí)的相應溫度)燃磽速度的變化趨勢,即煤煤種配比T:1C (dC1dt)_ ,Ing"min~' .m?排序在著(zhù)火之后的反應能力。wW_T; 可以認為是一3:2 515.60.97701.S71個(gè)放大了的反應性能指數,主要反映煤在燃燒前2:1529.50.9911.5513:1517.40.9608.538期的反應能力,數值越小,可燃性越差。各類(lèi)煤的1:1524.90.91941.444w__ 1野值有明顯差別,分辨率較高,結果見(jiàn)表3oVC 2:522.00.96931.534從表中可以看出:隨著(zhù)主煤比例的增大,其前3:1 518.61.09751.751期反應能力增強,主要是因為主煤的揮發(fā)分含量0.99901.615 .較高的緣故,這也是A/C=1:1和2:1可燃性指數/D_ 1:1.1.24802.018小的原因。對于A(yíng)/C=3:1和A/D=1:1和2:1中國煤化工_ 2.09而言,煤的可燃性指數w_./T較大,煤在前期反2.3:DYCHCNMHG應能力強,也就是說(shuō)更易著(zhù)火燃燒。通過(guò)可燃性指數w./的分析,可以了解,423●發(fā)電設備(2007 No.6)煙堞棍煤燃燒特性的實(shí)驗研兗煤粉在燃燒初期的特性。但對電站運行而言,煤式中:(&)_為最大燃燒速度，mg/min;粉的燃盡特性直接影響電廠(chǎng)經(jīng)濟性,因此,研究混煤的燃盡特性非常必要。本文采用綜合燃燒特性(o)..為著(zhù)火溫度 T.下的燃燒速度，my/min;指數Sw來(lái)表征煤的著(zhù)火與燃盡特性( ,其定義是:對于緩慢加熱的燃燒過(guò)程,燃燒反應初期即著(zhù)(dG)為平均燃燒速 度(可燃質(zhì)的質(zhì)量與其燃火階段可認為是動(dòng)力區,即化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素控制盡時(shí)間的比值),mg/min;T,為燃盡溫度, C。反應速度,并可近似地用阿累尼烏斯定律表達燃式(5)中, R/E表示煤的活性,E值越小,反應燒速率,即心= Aexp(-長(cháng))能力越強;()為燃燒速度在著(zhù)火溫度下d式中:G為煤的質(zhì)量,mg;為燃燒速率,mg/min;的數值，其值越大,表明著(zhù)火越猛烈;(C)_ !A為前因子,min^';E為活化能,kJ/mol; T為顆粒(oC).. 為燃燒速 度蜂值與著(zhù)火時(shí)燃燒速度之溫度,K;R為氣體常數,8.31 J/(mol+K)。對上式求導并整理,得比;(0S) 1r. 為可燃質(zhì)平均燃燒速度與燃盡溫d(G)=(3)E * dr\dr)度之比,其值越大,表明燃盡越快。所以式(5)綜在著(zhù)火點(diǎn),則有合反映了煤的著(zhù)火與燃盡特性SN:最().. =(). .光(4)R ..() .()經(jīng)整理后可得:SNT. T(L)S,值越大,說(shuō)明煤的燃燒特性越佳。各種煤r.(dG)燃燒特性的優(yōu)劣,與S%值的大小是相聯(lián)系的。dr/r.q ' dG一般來(lái)說(shuō)，由褐煤到無(wú)煙煤,著(zhù)火與燃盡是由易變τ=η難,Sw值由大變小。煤的綜合燃燒特性見(jiàn)表4。(禁)_ (部)_.(票)_(5)T表4各煤種的綜合燃燒特性指數煤種配比r;/心(dG/dr ).. /mg' min-'T/C(dC/dr)_。/mg* min - IS/10-93:2515.60.977775.90.8003.789AVB:1°529.50.999776.50.8293.806:1S17.40.9%61772.40.7933.685524.90.919806.60.7753.206ANC522.00.969778.80.8043.674:]518.61.098724.50.926 .5.214:2513.5778.90.8203.988AD1.248706.01.0446.9992:1514.51.246699.31.0527.082從表中可以看出,9種混煤綜合燃燒指數值中燃燒更為完全。相差較大,對于A(yíng)/B的所有配比和A/C=1:1和2中國煤化工:1而言,Sw較小,主要是揮發(fā)分含量較少以及固定碳含量較高的緣故。A/C=3:1、A/D=1:1和2YHC NMH G中,著(zhù)火溫度差:1綜合燃燒特性指數s%相對較大,在燃燒過(guò)程別不大,但 A/C=3:1.A/D=1:1和2:1的著(zhù)火點(diǎn)424●煙煤起煤燃燒特性的實(shí)驗研究發(fā)電設備(2007 No.6)相對較低,煤的可燃性指數w../7 較大,煤在前[2]高正陽(yáng),方 立軍.混媒燃燒待性的熱重試驗研究[J].動(dòng)力I程,002,22(3):1 764-1 767. .期反應能力強,更易著(zhù)火燃燒。(2) 9種混煤綜合燃燒指數Sy值相差較大。[3] 李永華.陳鴻偉.煙煤灧煤綜合燃燒試驗研究[J].電站系統工程,2002. 18():11-13.對于A(yíng)/B的3種配比、AC=1:1和2:1而言,Sw4] 相光大,姚 偉.煤粉氣流著(zhù)火溫度的試驗測定[D].西安熱較小,主要是揮發(fā)分含量較少以及固定碳含量較工研究所,1990,5.高的緣故。A/C=3:1、AD=1:1和2:1綜合燃燒5] Ewenhiph R H. Igition o Coml Puricles: A Reriew [J].Combustion und Flame, 1989 ,7(1):3-30.特性指數Sw 相對較大,在燃燒過(guò)程中燃燒更為6] 邱建榮,馬毓義,曾漢才,等.棍煤特性的綜合性試驗研兗完全,可以認為這3種混煤都是較好的混煤比例。[J].動(dòng)力工程1993,13(5):3236.7] Kuhn V R. Verbrenung von Kohenischungan [J]. VGB,參考文獻:Krfretesechrike, 1986,3.[1] 陳文敏,張自劭.動(dòng)力配煤[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，8] 孫學(xué)信.燃煆鍋爐燃燒試驗技術(shù)與方法[M].北京:中國電力出版社,020.1999.行業(yè)信息 !我國水電在大力建設中1“西電東送"中的水電kW。黔網(wǎng)2006年新增裝機容量4900 MW,創(chuàng )歷2000年11月初,貴州洪家渡(600 MW)、引子渡史之最。預計2007年底,規模以上工業(yè)增加值將(360MW).烏江渡(擴建1 250 MW)、索風(fēng)營(yíng)(600超過(guò)17%。在拉動(dòng)貴州經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)中,MW)等七項工程全面開(kāi)工,促進(jìn)了“西電東送"。電力作用位居第一。根據規劃,我國“十一五"期間將加快“西電東3我國水電裝機容居世界之首送”三大通道建設:(1)將貴州烏江、云南瀾滄江截至2001年底,我國大陸常規水電裝機容量和桂、滇、黔三省區交界處的南盤(pán)江北盤(pán)江、紅水達7.7x 10' kW,超過(guò)了美國,排名世界首位。葛河的水電資源以及黔、滇兩省坑口火電廠(chǎng)的電能洲壩水電站1983年投運,總裝機2715 MW;二灘開(kāi)發(fā)出來(lái)送往廣東,形成“西電東送"南部通道;水電站1999年投運3300MW;廣州抽水蓄能電站(2)將三峽和金沙江干、支流水電送往華東,形成裝機2400 MW,是世界上最大的抽水蓄能電站?！拔麟姈|送"的中部通道;(3)將黃河上游水電和進(jìn)入21世紀后,我國水電高速發(fā)展,溪洛渡12.6山西、內蒙古坑口火電送往京津唐地區形成“西電GW、龍灘4.2 CW、拉西瓦4.2GW等- -批特大型東送”的北部通道。水電站相繼開(kāi)工,三峽左岸機組全部投運。2004“西電東送”工程將西北、華北、華中、川渝電年9月26日,隨著(zhù)“西電東送"北部通道骨干之一網(wǎng)聯(lián)網(wǎng),可實(shí)現水電豐枯互補水火互濟和跨域補的公伯峽1500MW水電站1號機組投運,我國水償調節,并使3個(gè)大區電網(wǎng)的電力結構得以?xún)?yōu)化。電裝機突破100GW,到2006年底,我國水電裝機2“西電東送"中 貴州電網(wǎng)的貢獻容量達到128.6GW。2006年貴州省內河流水量偏枯,貴州(黔)電目前,我國規劃的13大水電基地的開(kāi)發(fā)正在.網(wǎng)充分發(fā)揮火電作用,黔網(wǎng)統調發(fā)電量完成8.28全面推進(jìn),金沙江瀾滄江、雅礱江、大渡河、黃河x 10*kW.h,同比增長(cháng)27.78%。黔電送兩廣2.5上游等流域的水電建設正加緊進(jìn)行。繼三峽、溪x 1010 kW.h(其中送粵2.18 x 10'0 kW.h),同比增洛渡之后,我國第3座裝機超過(guò)10 CW的水電站長(cháng)51.43%，比合同電量多送2.3x 10° kW. h。一-白鶴灘水申站也將千2010年前后開(kāi)工。今2006年,貴州電網(wǎng)最大日發(fā)電量2.77x 10* kW'h,后我中國煤化工:煤火電比重將最大日省內供電量1.68x 10* kw.h,最大日發(fā)電相對Y片CN M H G排放有利。負荷1.30億kW,最大日省內供電負荷7.88 x 10'(趙旺初供稿)425●