水煤浆混合灰熔融特性试验研究

研究论文水煤浆混合灰熔融特性试骖硏究兰泽全,曹欣玉,赵显桥,饶更,刘建忠,黄镇宇,周俊虎,岑可法(浙江大学,浙江杭州310027)[摘要]对取自2台水煤浆锅炉3对各具代表性的灰所崴的混灰的熔融温度和熔融过程动态特性进行了深入研究,发现熔融特性相近且熔点都较高的2种单一灰配成的混灰具有更高的熔融温度。熔点很低与熔点很高的2种灰组成的混灰,其熔融溫度随着高熔点灰配比的增加而逐渐升高。关鍵词]水煤浆;煤灰;混灰;熔融温度;熔融特性[中图分类号]TK16[文献标识码]A[文章编号1002-364(203)04-0013-04煤灰熔融性是动力用煤及气化用煤的一项重要指除尘器灰差别较大,而炉底灰差别更大,因而涵盖内容标,对锅炉燃烧有重要影响。对动力用煤而言,它关系比较全面。试验过程中采用封碳法以保持炉内为弱还着炉膛出口烟温的设计、排渣方式的选择和燃煤结渣原性气氛,在5E-AF测定仪上做平行样测试,以提高特性的判断,是影响锅炉正常运行的一个重要因素。精度。灰锥熔融的动态过程如图1所示近年来,很多电厂为了降低成本,大量燃用混煤。鉴于此,国内相关单位开展了对混煤的研究1-3),但迄今为止,还未见对水煤浆混合灰熔融特性研究的报道。随着石油资源的短缺及油价的不断上涨,越来越多的电站锅炉、工业炉窑为提高经济效益,进行了油炉改烧水煤浆的改造,水煤浆的应用愈来愈广。1试验方法测定煤灰熔融性的方法主要有三角锥法和热显微图1煤灰熔融动态过程示意镜法,本次试验采用三角锥法。实验装置为5E-AF智能灰熔点测定仪。2试验结果与分析为了研究水煤浆混合灰的熔融特性,本试验选用了辽河油田和新汶的水煤浆锅炉各3个灰样(水煤浆对取自辽河油田和新汶的3个不同灰样作熔融特灰、炉底灰和除尘灰)组成3组混合灰,在每组中又按性测试,2个平行灰样间的温差:DT最大不超过3种不同的比例配成3对混合灰样,灰样和灰锥的制15℃.ST~FT在1℃~4℃以内,可见精度很高。为备完全遵照国家标准。选用这2台锅炉灰样作为研究了考察不同配比对熔融特性的影响,试验中采用辽河对象基于以下考虑;熔融特性2种水煤浆灰比较接近,与新汶灰样按2:1,1:1,112,7:3和3:7等不同配比(质量比)配制了混灰测得的各种单灰及各对混收稿日期:2002-10-3作者简介:兰泽全(1972-),四川广安人,断江大学热能工程研究所在读博⊥生。主要从事能源的洁净燃烧利用与锅炉优化运行等方面的研究T作中国煤化工CNMHG·2034)●研究论文灰的4个特征温度如長1~3所示。水煤浆灰表1单一及混台水煤浆灰样熔融特征温度测试结果一辽河弱还原性气下灰特征温度/水煤浆灰一辽;新=1:2新汶辽河:新汶-2:辽河:新汶-1:1蒙dL辽河:新汶=1:z9001000110012001300140015001600130713814300温度/℃表2单一及混合除尘器灰样熔融特征温度测试结果除尘器灰弱还原性气下灰特征温度/℃除尘器灰辽河赵短妲辽:新=1:1辽:新=1:2辽河:新汶=2:11363辽河:新汶=1:1辽河:新汶-1:29001000110012001300140015001600新477表3单一及混合炉底灰样熔融特征温度测试结果炉底灰弱还原性气氛下灰特征温度/℃妒底灰辽河;新汶=7:3辽河:新汶=1:1372N即赵饱一◆辽河一辽:新=7:3辽:新=3:7河:新汶=317新汶1445>1500>15001500001000110012001300140015001600在试验过程中对单一及混合煤灰熔融过程动态特图2单一及混合灰熔融过程动态特性曲线性进行了深入研究,仔细观察了灰锥高度随温度而变化的规律,并作出了各灰锥高度随温度变化的熔融动由表1~3可以发现以下现象态特性曲线(图2)。因灰锥在900℃以前高度不会发(1)水煤浆灰熔融温度辽河比新汶低,但相差不生变化,所以从900℃开始作图。太大(表1),其原因是辽河与新汶灰相比(表4),Al2O3在煤灰成分中,对灰熔融性影响较大的主要有和TiO含量分别低6.94%和0.44%,结果使后者熔SiO、AO)、CnO、铁的氧化物和碱金属氧化物。融温度较高。但由于助熔性氧化物Fe2O3、CaO含量Al2()在煤灰熔融时起“骨架”作用,和Ti()2一样能明辽河比新汶分别低1.65%和1.13%,因此熔融温度相显提髙熔融温度,其含量越高熔融温度则越高;SiO2差不是很大。的含量与熔融温度似乎无明显关系2,有时起助熔作当2种水煤浆灰按2:1,1:1和]:2的比例混用,有时则起提高熔融温度作用;当FeO3、CaO含量合后随着混灰中新汶灰质量份额的增加,熔融温度逐高时,SO2含量增加熔融温度降低;当Al2O3含量高渐升高,但升幅不大。这是因为随着新汶灰配比的增时,S讯()含量增加熔融温度升高。另外,据 Vassilev加,A2O3和TO)含量逐渐增大,使熔融温度升高。的研究结果,煤中主要结晶矿物是石英、高岭石、伊利同时助熔性的FeO)、CaO含量也有所增加,所以熔融石、长石、方解石、黄铁矿和石膏。通常畜含石英、高岭温度升幅不是很明显石、伊利石的煤,灰熔融温度较高”。中国煤化T高于单一灰极有可0[热力发电·20034CNMHG研究论文能是因为混灰在升温过程中矿物质相互反应生成了较灰按2:1,1:1和1:2的比例混合后,加热过程中出单一灰更多的石英、高岭石和伊利石等高熔点矿物现剧烈收缩的起始温度分别为1314℃,1352℃和2)除尘器灰熔融温度新汶比辽河高较多,是因13831℃,呈逐渐升高趋势,这与灰熔融温度的变化规为耐熔性氧化物Al2O)和TiO2的含量前者比后者分律一-致。反映在动态特性曲线上(图2),混灰3条曲别高8.21%和0.16%,而助熔性Fe2O)、Ca()和碱金线的剧烈收缩段都位于单一灰的右上侧,且随着新汶属氧化物(K:O+Na2O)含量前者比后者分别高灰量的增加曲线向右上侧移动0.05%,低0.14%和低1.9%。(2)对于熔融特性相差较大的辽河和新汶除尘器(3)炉底灰熔融温度辽河比新汶低很多。因为从灰,发生剧烈收缩的起始温度分别为1120℃和表4的灰成分数据叮知,耐熔性的A2O3和TO2含量355℃,当两者以2:1,1:1和1:2的配比组成混灰前者比后者分别低10.58%和0.54%,而助熔性后,在升温过程中出现剧烈收缩的起始温度分别为Fe(、CaO和碱金属氧化物(K2O+Na2O)含量前者1172℃,1206℃和1223℃。这与上述灰熔融温度比后者分别高4.07%,0.51%和0.51%结果使得新变化情况相一致,随着新汶灰配比的增多,混灰要在更汶灰比辽河灰熔融温度高出许多高的温度下才能发生剧烈收缩。(4)对于除尘器灰和炉底灰这2组混灰,熔融特3)对于熔融温度相差很大的2种炉底灰,发生性的变化趋势有两点是相同的。其一是,随着新汶灰剧烈收编的起始温度辽河和新汶分别是1081℃和量的增加,混灰熔融温度逐渐升高,且升幅较大。这是1385℃,当混灰中辽河与新汶质量比依次为7:3由于随着高熔点新汶灰量的增加,耐熔性氧化物11和3:7时,出现剧烈收缩的起始温度分别为(AO4和T(2)含量逐渐增多,而助熔性氧化物1098℃,1202℃和1288℃。与熔融特征温度的变(Fe2O.、CaO和碱金属氧化物)含量逐渐减少所以混北趋势一样,随着新汶灰量的增加,发生剧烈收缩的温灰要在较高的温度才会发生熔融。其二是,无论这2度后移组混灰中单一灰的配比如何变化,混灰熔融温度始终从熔融过程动态特性曲线还可看出,对于除尘器处于单一灰之间,不会超过新汶灰的熔融温度。因为灰和炉底灰混灰的3条曲线始终位于单灰之间,并2种单一灰无论怎样混合,主要的耐熔氧化物含量总且随着新汶灰配比的增加,收缩段曲线逐渐向右上方是不会高出新汶灰或低于辽河灰,并且相互混合后在移动。其机理与灰熔融温度变化时一致。加热过程中所生成的高熔点矿物如石英、高岭石和伊研究表明,煤灰发生收缩主要是由于在升温过程利石等也不会高出单一的新汶灰。屮,钠钾的硅铝酸盐逐渐熔化,在到达ST之前灰锥內部发生液相烧结,使未熔化的颗粒之间相互联接,并表4辽河和新汶水媒浆样品灰成分分析结果%在2个颗粒的联接处形成一所谓的颈部,在液相凹面样50 2 O3 Fe:OCa0M8oK0Na:0S处产生一个负压,结果使灰样内部固体颗粒之间因毛水煤浆55.2624,547.901.880.711.563430.910.80辽细管压力作用而相互靠拢大量气孔、空隙被排除或压炉底灰55.8221.3513.652.320.811.432.350.780.05缩减小,灰样本身则形成紧密堆积。随着温度的不断除尘灰55.7222.3811.602.040.901.562.970.830.72升高,液相烧结加剧进行,因而灰锥急剧收缩,高度减水煤浆46.7931,489.553,010.830.513.501.35小非常迅速。炉底灰48.6031.939.581.810.750.532.741.32这除尘灰48.0630.591.3521.90.810.492140.3结论灰的熔融动态特性曲线与熔融温度一样,也是表示灰在高温下的一种特性。与熔融温度相比,能更全(1)熔融温度较高且熔融特性相近的2种水煤浆面、直观地反映灰样随升温过程的连续变化情况。从灰组成的混灰,熔融温度将高于任何单一灰,熔融过程图2可见,混灰的熔融过程明显不同于单一灰动态特性也将好于单一灰。这说明,结渣倾向性都不(1)对于熔融温度相差不大的2种水煤浆灰,发强的2种灰组成的混灰,有可能更不易结渣。生膨胀的温度范围辽河和新汶分别是1135℃~1236(2)熔融温度相差较大的2种除尘器灰及相差很℃和1155℃-1249℃,发生剧烈收缩的起始温度分大的2种炉底灰分别按不同配比组成的混灰,其熔融别是1236℃和1249℃左右。当辽河和新汶水煤浆温度YH中国煤化工单一灰之间,并且随CNMH·2004●研究论文着高熔点灰质量份额的增加,混灰熔点逐渐升高,发生态的研究[J].工程热物理学报,1998.1(19)急剧收缩的温度将向高温推移]王泉海邱建荣,李帆,等.混煤燃烧过程屮矿物质的形态(3)2种不同特性的灰按一定比例相混后,熔融温变化及相变L.化工学报,2000,51(6)度不按线性规律变化,但有较好的正向关系。这与文3张晓杰王阳,李振中,等褐煤及其混煤燃烧结渣特性的实验研究[.功力工程,199,19(6)献[对混煤灰的研究结果一致4)从结渣角度考虑,无论是结渣特性相近的还[4]王泉海曾蒲君.煤灰熔融性的研究现状与分析[J.煤炭转化,199720(2)是差别很大的2种煤灰按一定比例相混都可能不同[5]高福烨,李帆.煤的高温灰在加热过程中的行为研究[J]程度地改善结渣状况。可见,配煤对优化燃烧特性是燃料化学学报,1989,17(2)有利的。若在辽河水煤浆锅炉中掺烧一定比例的新汶[6]李帆,邱建荣,郑楚光,煤中矿物质对灰熔融温度影响的水煤浆,结渣程度将会得到很大改善。三元相图分析[J,华中理工大学学报,199624(10)[7] S Su, J H. Pohl, D. Holcombe, et al. Slagging propensi[参考文献]ties of blended coals [3]. Fuel, 2001, 80: 1351-1360「1」李帆邱建荣郑楚光,等.混煤煤灰嬸融特性及矿物质形研究论文200MW汽轮机自调整汽封的应用杨云乾(洛阳首阳山电厂,河南偃师471900)首阳山电厂2号汽轮机为东方汽轮机厂生产的窝中心,然后对自调整汽封进行测量、安装和调整。在200-130/535/535型超高压、中间再热式汽轮机,调整汽封的同时,进行隔板和动叶顶部汽封径向间隙1988年12月投产。在1995年9月至10月的第3次量和调整工作,这样可节省大量工时。大修中,首次用美国布莱登( BRANDON)自调整汽封号汽轮机汽封改造完成后,不仅机线的振动情技术对其裔、中压隔板汽封及轴端汽封进行改造。自况有了明显改善,而且取得了显著的经济效益。在汽调整汽封系美国布莱登工程公司(简称ABF)的专利封改造前,由ABE技术人员和中方技术人员一起对开技术,其利用蒸汽压差变化可以自动调整汽封的漏汽缸后的汽轮机进行了汽道评估。据评估数据测算,若间隙。在起停机过程中布莱登汽封与汽轮机轴之间的该机利用小时按7000h计算,则由于隔板、轴端和动径向问隙达(3.00~3.80)mm,这样就避免了由于开机叶的汽封径向间隙过大造成漏汽增加而引起的电量损过程中过临界转速时振动增大而引起汽封与轴之间的失每年可高达3800万kWh。汽封改造后,由于汽封动静摩擦保证了机组运行的安全性。同时由于在机径向间隙比改造前减小,大大减少了通流部分的漏汽组带负荷运行时,关闭到正常状态的自调整汽封比传损失,提高了汽轮机的热效率。在180MW工况下,大统汽封能保持更小的轴封间隙,从而提髙了机组的经修后的汽轮机热耗率比大修前降低了济性。98.5kJ/kW·h,即比大修前降低了1.13%。高压缸首阳山电厂2号汽轮机对高中压部分共54圈汽相对内效率比大修前提高了2.0%,中压缸相对内效封进行了自调整汽封改造,对2~21级动叶叶顶汽封率提高了2.80%。运行实践表明,改造前180MW工进行了配套改造,改造费用共150万元。54圈新汽封况与改造后20MW工况下的主蒸汽流量相当,各段块委托东方汽轮机厂按照ABE提供的加工图纸进行抽汽压力也基本相同。初步估算,每年1台200MW补充加工·电厂按技术要求对其进行逐块验收。改造机组可节约标准煤约39601·年经济效益在80万元左中,首先对汽轮机轴系按联轴器找中心,并调整隔板洼右。收稿日期中国煤化工[热力发电·20042CNMHG