褐煤及烟煤混煤综合燃烧特性的试验研究

第23卷第4期动力工程VoL 23 No, 42003年8月POWER ENGINEERINGAug.2003锅炉技术·文章编号:1000-6761(2003)04-2495-05褐煤及烟煤混煤综合燃烧特性的试验研究李永华1,陈鸿伟1,刘吉臻',冯兆兴2,李振中2,黄其励2(1.华北电力大学,保定071003;2.国家电站燃烧工程技术研究中心,沈阳110034)摘要:对某电厂常用的3种褐煤及其溉煤和某电厂用的烟煤及其混煤在CRF热态试验台上进行了试验研究,详细讨论了其燃尽、结渣和NOx排放特性及影响因素。图4表11参1关键词:混煤;燃尽;结渣;NOx排放中图分类号:TQ533文献标识码:A随着我国工业的快速增长,煤的消耗量增加,NO3排放特性进行了研究。褐煤混煤由某电厂常加上运输困难、煤矿分布不均等因素,因此,许多用霍林河、羊草沟和梅河煤组成,烟煤混煤由某电电站锅炉有燃用混煤的倾向。由于混煤的燃烧特厂用的神华、新高山和平朔煤组成。性与其组分煤种不同,因此研究混煤的燃烧特性褐煤和烟煤的煤质分析见表1所示。试验煤是非常必要的。粉细度R9=35%。本文在燃烧试验台上,对混煤的燃尽、结渣和表1煤质分析煤种霍林河煤羊草沟煤梅河煤新高山煤平朔煤干基水份Ma2.54工业分析空干基灰份A24.4243.51.397.7417.99空干基挥发份v307520528.0131.23空干基固定碳FCJ3260.9760.71空干基碳Cad6.7473.5175.14空干基氢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燃烧低位发热量(J/g)1591912388198192601027900245701试验设备和过程试验台主要由5部分构成:燃烧系统,数据釆集和控制系统、压缩空气冷却系统、在线烟气取样试验设备是从加拿大引进的半工业化燃烧试分析系统以及制粉系统。整个试验台系统流程如验台(CRF)。其设计的最大燃煤量是20kg/h,燃图1所示。此试验台炉膛直径为0.4m,有效高为用中硫煤,热功率为640MJ/h。主要特点是对不4.2m,一、二次风可分别由风加热器加热同冷却速率的锅炉模拟有较好的灵活性。它的最至150℃C和350℃C。在煤粉燃烧器两侧,有丙烷燃大优点是设备齐全,控制系统较为先进,实验数据烧器,用来预热燃烧室至相当高温度,以达到煤粉可在线检测,实验结果重现性好。点火中国煤化工重目的。炉内温度CNMHG气从尾部水平收稿日期:2001-09-21修订日期:200201-09烟道取出,经由顺磁氧气分析仪和冷焰光氮氧化基金项目:华北电力大学博士基金060105作者简介:李永华,华北电力大学博士物分析仪在线检测其成分。尾部有静电除尘器。2496·动力工程第23卷B-3出趣气歌炉渣取样点33飞数取样点口曰自e图1cRF试验台1一吊车2—一运煤皮带3—吸铁器4—碎煤机5一碎煤斗6-给煤机7一给煤风机8一磨煤机9消音器10—空气加热器11-过滤器12一旋风分离器13一布袋除尘器14一防爆器15—排粉机16—排粉烟囱17—绞龙18-粉煤仓19螺旋给粉机20—燃烧器21一一次风机22-一次风电加热器23-二次风机24一二次风电加热器25一炉膛26一烟道27-烟气冷却装置28一烟气冷却风机29一烟气再热加热器30—一静电除尘器32一变压器吸风机2试验结果及分析程的固体未完全燃烧损失。但在本文的试验条件下,炉焦量很大,并可以准确测量其份额,可达煤2.1混煤燃尽特性灰量的10.70%~40.48%。因此,由炉焦所引起在本文中,用燃烧不完全损失来表示混煤的的未完全燃烧损失是不能被忽略的。因此本文的燃尽特性。一般地,固体未完全燃烧损失由下式计未完全燃烧损失由下式确定:算Q(;aC-+,4c32825A≈32825Aa(4nCm100-ca)%(1)(2)式中Q—试验炉输入热量,kJ/kg%Aa空干基灰份式中a炉焦份额,%aa—飞灰份额,%c—炉焦含碳量,%ad—炉渣份额,%由式(2)计算的试验结果显示于表3。在3种c—飞灰含碳量,%单煤中,梅河煤的燃尽率最高,羊草沟煤的燃尽率炉渣含碳量,%最低。在4种混配方案的混煤中,3MH(30%梅该方程的前提是:am+a山=1。煤灰的成分主河+7%程林河)的树尺性能更优于2M8H(20%要是飞灰和炉渣,结焦的量占煤灰的比例非常小。梅中国煤化工6羊草沟+70%霍所以焦的量可以忽略。在这种情况下,上述方程能林CNMHG(20%羊草沟+够正确描述煤的燃尽特性。加上在电站煤粉锅炉80%霍林河)。由此可以看出:当2种煤相混时,燃的实际燃烧过程中得到炉焦的量非常困难,因此尽性能好的煤占的比例越大,混煤的燃尽性能也上述方程一般用来计算电站煤粉锅炉实际燃烧过越好。第4期2497表3褐煤单煤及混煤燃尽率了各煤种焦渣比的试验结果。从表中可以看出:梅序号固体未完全燃烧损失(%)煤种河煤和3MH煤(30%梅河+70%霍林河)的结0%草沟+8%霍林河渣趋势较强霍林河煤的结渣趋势较弱该结果基1-2330%梅河+70%霍林河本由该电厂的实际燃烧工况所证实,说明本文的3.47100%梅河结渣判别方法具有较好的准确性。4.1420%梅河+80%霍林河从表5中还可以看出:2Y8H的结渣性比羊草沟和霍林河单煤强得多。这表明,当2种结渣性0%羊草沟+70%霍林河较弱的单煤相混时,若混煤的比例不当,有可能出10.24100%羊草沟现强结渣性。这是因为在混煤中,2种煤灰出现了共熔现象,使混煤灰熔融特性温度要低于任一种单烟煤及混煤的燃尽情况示于表4。煤。不适当的混煤比例会导致结渣性。因此,对混煤表4烟煤及混煤可燃物含量的实际应用,其比例要根据试验情况进行确定表5焦渣比试验结果炉膛出飞灰可燃炉渣可燃工况口氧量物含量(%)物含量(%)序号煤种焦/渣17.48神华煤26.373M7H27.881.4480%神华+20%平朔16.6724.24羊草沟60%神华十40%平朔15.6229.413Y7H27,72霍林河0.3950%神华+50%平朔00烟煤的燃烧特性试验,重点考察了结渣性能。从表4中看出:烟煤试验结果燃尽情况都不本试验采用硅碳棒作为结渣测试元件,伸入炉内好,和褐煤试验相比有较大差距可能与煤种有关1400C~1000℃不同温度区域经一段时间后取系,但可进行烟煤的相互比较由于这里没有单烧出,用肉眼观察棒上结渣的物理状态,从而判定试验平朔煤的可燃物数据,从以前的热天平分析知道,煤种的结渣特性。试验结果如表6表11所示。平朔煤燃尽比神华煤差。所以,对于烟煤试验也可从表中看出:除了平塑煤以外,其它煤随着温以得出这样的结论:混煤燃尽特性介于组分煤种度的降低,结渣程度逐渐减轻由于平塑煤不易结之间随着难燃煤份额的提高,混煤的燃尽性能变渣,在试验温度范围内平塑煤的结渣程度变化不明显。神华煤易结渣,超过1200°C时结渣严重。混2.2混煤结渣特性配不易结渣煤后,混煤结渣程度减轻。从表8、表结渣是复杂的物理化学过程。它不仅与煤灰9、表10中3种混煤比较可以看出:不易结渣煤掺的成分有密切的关系,还与燃烧器型式、炉膛结混比例提高,结渣趋势是减弱的。可以通过掺混不构、燃烧温度水平、炉膛空气动力学特性和炉内气易结渣煤,以达到减轻结渣的目的氛等因素有关。现在,有些方法可以对煤粉燃烧进表6神华煤不同温度区域结渣特性表行结渣预报与评价例如灰熔融特性灰成分及粘播人点温度1312317129性分析等。但在实践中没有一种方法具有足够的红褐色,红褐色,黑灰色准确度。硬度高,硬度高,质地较为灰色,质粮据试验台的条件,可以对粘在炉墙上的焦渣型状态中国煤化工量和掉到炉底的炉渣量进行准确的测量。在本文CNMH易刮下中,对褐煤的结渣特性用焦量和渣量的比例作为结渣特性的判别标准这个比例越大,说明粘在炉结渣趋势结渣严重结渣严重结渣中等结渣轻徽墙上的灰量大,该煤种的结渣性就越强。表5表示·2498力工程第23卷表780%神华+20%新高山混煤不同温度区域可能是由于2种褐煤混合后,挥发份析出先后顺结渣特性表序不同以及它们之间的相互作用的结果。摘入点温度1360801020红褐色,红褐色,黑灰色,硬度高,硬度高,质地较为灰色,质350表面光表面光松散,量地松散,渣型状态滑,呈釉滑,呈釉钟乳状集不粘结质型,难质型,难合体,可易刮下→单烧霍林河煤刮下刮下刮下结渣趋势结渣严重结渣严重「结渣中等结渣轻微5050100130030333停留时间/ms表880%神华+20%平朔混煤不同温度区域结渣特性表图2在炉内的沿程分布描人点退度13502.3.2煤中含N量对NO排放的影响12001050黑褐色从图3中可以看出,总的趋势来看,随着煤粉灰褐色,粘结在一粘结在一灰色,质灰色,质含氮量的增加NO,的排放浓度也在增加。因为渣型状态起,质地起,可刮地硫松,地疏松,煤粉燃烧生成的NO3主要是燃料型NO,燃料中较脆,强易刮下易刮下含氮量的增加,在其它条件相同的情况下,势必会度差结渣势姑渣中等结中等结渣轻微结渣轻」有助于NO.的生成。但这种趋势不明显。这是由表960%神华+40%平朔混煤不同温度区域结于煤粉含氮量增加,其转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。画入点温度1404131010100红褐色灰褐色粘结在灰色,质灰色,质粘结在坚硬,难起,可刮地硫松,地疏松,渣型状态起,质地mo000m易刮下易刮下刮下结渣趋势结渣严R结渣中等结渣轻微结渣轻微表1050%神华十50%平朔混煤不同温度区域含氮量/%结渣特性表图3煤粉含氮量与NO.排放浓度水平的关系曲线插人点温度140013201801030红褐色,灰褐色,600灰色,质灰色,质粘结在一粘结在渣型状态地疏松,地硫松起,难刮起,可刮易刮下易刮下下结渣趋势」结渣严重」结渣中辱结渣轻微结渣轻微表11单烧平朔煤匾入点温度渣型状态浅棕色较硫松烧结灰浅棕色轻硫松烧结灰炉麓出口氧量/%结渣趋势结渣轻微结渣轻微图4煤粉细度与NO,排放浓度水平的关系曲线2.3NO排放2.3.3煤粉细度对NO排放的影响2.3.1炉内NO3浓度沿程分布8H混煤在2种不同的煤粉细度情图2为单煤及混煤的NO浓度炉内沿程分况中国煤化工2种煤粉细度为布从图2中可以看出:无论单煤还是混煤在着火R2CNMHG200=2.1%,R2o=初期NO,大量生成燃尽阶段由于焦碳的还原作25.6%。由图中可以看出:随着煤粉细度的不同,用,NO的浓度有所下降。混煤的NO3生成有一O,的排放水平不同。煤粉越细,NO排放浓度定的波动,出现2个峰,而单煤只出现一个峰,这越高。这一方面是由于煤粉越细,煤中氮越易析方数据第4期动力工程2499出;另一方面,细煤粉与空气混合的较好,所以试验结果表明:不适当的混煤比例会导致强结渣NO3的排放浓度升高。性。因此,对混煤的实际应用,其比例要根据试验3结论情况进行确定。混煤的NO,生成有一定的波动,出现2个本文在燃烧试验台上完成了褐煤和烟煤及其峰,而单煤只出现1个峰。随着煤粉细度的不同混煤的燃烧特性研究。根据试验台的条件,修正了NO的排放水平不同。煤粉越细,NO排放浓度常用的判别固体未完全燃烧损失的计算方法。试越高。从总的趋势来看,随着煤粉含氮量的增加验结果表明:当2种煤相混时,燃尽性能好的煤占NO2的排放浓度也在增加。本文的试验结果表明的比例越大,混煤的燃尽性能也越好。这种趋势不明显本文提出了用焦渣比的方法作为判别结渣特性的依据,判别结果和实际锅炉燃烧情况吻合较参考文献:好,说明本文的结渣判别方法具有较好的准确性。[1]李永华混煤高效低污染燃烧特性研究[D保定:华北电力大学博士学位论文,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页)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中国煤化工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