烟煤混煤燃烧特性的实验研究

焖煤混煤燃烧特性的实验研究发电设备(2007 No.6).;研究与分析:Ac..e.c烟煤混煤燃烧特性的实验研究朱建忠，吕当振’，姚洪2(1.燕山石化公司动力事业部二电站,北京102500;2.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘要:近年来 ,混煤燃烧在世界范围.特别是在中国得到了广泛的应用。针对这种情况,选定4种单一煤种及其9种混合比例的混煤进行了试验研究,得到了着火温度、可燃性指数w.m7和综合燃尽指数Sn等数据,确定了几种燃烧特性较好的混合比例的混煤。关键词:能源与动力工程;煤的燃烧;混煤;掺混比例;着火特性;燃尽特性中图分类号:TKI6文献标识码:A文章编号: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我国是世界上唯一以煤为主要能源的大国,煤,可提高经济效益。这样的能源构成在今后相当长的一段时期内不会然而,混煤虽是简单的机械混合过程,但其燃改变。作为一次能源,煤的利用方式在我国主要烧特性并不是组分煤种的简单叠加。由于不同煤是燃烧,火力发电站用煤约占原煤消耗的30%左种在燃烧过程中相互影响，使得混煤的煤质特性右。近年来,由于原煤供不应求,很多电厂很难燃和燃烧性能更加复杂。煤的着火和燃烧稳定性是用设计煤种,而是使用几种煤的混煤或掺烧。顸影响锅炉炉内燃烧稳定性的主要因素。对已投运计以后相当长的时间内,混煤的使用将更为广泛。的锅炉,当煤种改变时将涉及煤的着火性能对锅如果使用正确的方法来配煤,则有以下优越性": .炉的适应性和如何进行改造等问题,因此对混煤(1)提高锅炉热效率,以节约煤炭;(2)充分利用的着火性能进行深人研究就显得特别重要。因当地煤炭资源,做到物尽其用;(3)尽量少用优质此,中国煤化工的燃烧特性,包收稿日期:0025;修囡日期2007-0625MYHCNMHG作者简介:朱建忠(1970-),男,工程师，主要从事热电站技术和管理工作。421●发电设备(2007 No.6)烟媒混煤燃烧特性的实验研兖括着火温度、燃尽特性、燃烧特性曲线13)。综合分析仪.测量煤在氧化性气氛下燃烧的质量变化，得到热重曲线，并用专业软件1实验ThemalAnalysis进一步分析。通过热重分析方法,1.1 实验煤种.进行煤样的着火稳燃特性和综合燃烧特性试验。本文选用A、B、C、D4种煤为研究对象,A煤1.3 实验条件挥发分相对较高,灰分含量高;B煤发热值高,但本实验将煤样放人仪器的坩埚中,通人一定.挥发分低;C、D煤灰熔点低,且难以燃尽。4种煤流量的空气,同时以一定的升温速率将煤样加热的工业分析、元索分析、发热量、灰熔点等特性数到足够高的温度,测定相应的TC、DTG曲线。燃据见表1。其中以A煤作为主煤,其它3种煤作烧特性试验条件如下:为配煤,选取混煤配比的方式见表2。(1)升温速率20。C/min;工作温度从室温到表1煤的工业分析与元素分析数据1 200 °C;分析项目BC(2)反应气体是空气,流量100mL/min;全水分w1%5.21 3.60 3.802.20(3)煤样质量20^_10 g,煤粉细度200μm筛分。灰分N%47.88.14.70 19.1029.80挥发分V/%.11.52 9.01 8.33 11.362结果与讨论固定碳FC/%38.2874.59 70.372.1 混煤的热重实验结果{TG和DTG曲线)低位发热量Q./MJ.kg-' 13.27 28.19 26.1222.66图1给出了9个混煤的失重曲线(TG)和失重全硫s/%6.131.29 3.49 .s.36速率曲线(DTC),从工业元素分析可以看出混合碳C/%37.9476.57 68.8658.73后的煤都是烟煤,挥发分含量都很低。从图中可氢H/%.3.472 3.156 2.918 2.935以看出,9种混煤开始迅速失重的温度相近,但也氧0/%1.8631.265 2.260.349有区别,一般A主煤配比比较大时,其失重要快,氦NI%0.405 1.319 1.167 0.826灰的软化温度 ST/C 1500 1490 1290 1 200失重速率要大。主要是因为A煤含挥发分量最高,挥发分在较低温度下便析出燃饶。比较DTG表2九种混煤序号和配比曲线可以看出:A/B配煤最大失重速率要小于其序号煤种配比A:X它2种配煤,其原因主要是B煤固定碳最高,发热B13:2量最大,而挥发分含量低,焦炭燃烧的温度高,因AVB2:1此最大失重要小。总之,从混煤的失重曲线可以3:1c11:定性地判定煤种燃烧的难易程度,通过分析软件.:2NC2:和经验公式定量地判断其燃烧性能。2.2蓍火温度分析)2A/D相光大等学者结合燃烧热重曲线研究了煤的燃烧,得出煤的可燃性指数w. /咒,用于反映煤1.2 实验仪器在燃烧前期的反应能力[41。热重分析方法(TGA)是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。用于热重w.1T= E.(O)...W. (1)法的仪器是热天平,它是研究煤燃烧特性的一种式中:E为活化能;R为气体常数;W_为燃烧反有效手段。实验记录的热分析曲线详细描述了煤应的最大速度值; w,为着火温度T下的燃烧速在燃烧过程中的水分蒸发、挥发分析出、燃烧及燃度;W_/ W.项表示该煤种的燃烧反应最大速度值尽各个阶段中的质量变化及相应的变化速度。燃与着中国煤化工为燃烧速度，烧分布曲线的形状表征煤热解、燃烧、燃尽的难易.程度。mg/miMHCNMHG燃烧曲线的斜本文采用德国NETZSCH公司的STA409型热422 ●姻煤混煤燃烧待性的实验研究发电设备{2007 No.6)90AB.-- 2:1 |AB.3:1Ig8AB -.-. 2:1AB + 3:15200400600800100012000200400 60080010001200温度/C(a) NB溉煤10AC-一12gAC.... 3:2AC士K-4s0 2004006008001000 12000 200400 600 8001000 1200温度1"C(b) AC混煤}10 t100AD-F问AD-2:1I60VD一-1:2IAD--.1:1AID ..2:0 2000400600 8001000120000 400600 80010001200温度/°c温度! C(c) A/D混煤图1 9种混煤的燃绕失 重曲线(TC)以及失重速率曲线(DTC)这两项在一定意义上代表了从们到T_表3煤的可燃性指数(w时的相应温度)燃硗速度的变化趋势,即煤煤种配比T:1C (dC1dt)_ ,Ing"min~' .m?排序在着火之后的反应能力。wW_T; 可以认为是一3:2 515.60.97701.S71个放大了的反应性能指数,主要反映煤在燃烧前2:1529.50.9911.5513:1517.40.9608.538期的反应能力,数值越小,可燃性越差。各类煤的1:1524.90.91941.444w__ 1野值有明显差别,分辨率较高,结果见表3oVC 2:522.00.96931.534从表中可以看出:随着主煤比例的增大,其前3:1 518.61.09751.751期反应能力增强,主要是因为主煤的挥发分含量0.99901.615 .较高的缘故,这也是A/C=1:1和2:1可燃性指数/D_ 1:1.1.24802.018小的原因。对于A/C=3:1和A/D=1:1和2:1中国煤化工_ 2.09而言,煤的可燃性指数w_./T较大,煤在前期反2.3:DYCHCNMHG应能力强,也就是说更易着火燃烧。通过可燃性指数w./的分析,可以了解,423●发电设备(2007 No.6)烟堞棍煤燃烧特性的实验研兖煤粉在燃烧初期的特性。但对电站运行而言,煤式中:(&)_为最大燃烧速度，mg/min;粉的燃尽特性直接影响电厂经济性,因此,研究混煤的燃尽特性非常必要。本文采用综合燃烧特性(o)..为着火温度 T.下的燃烧速度，my/min;指数Sw来表征煤的着火与燃尽特性( ,其定义是:对于缓慢加热的燃烧过程,燃烧反应初期即着(dG)为平均燃烧速 度(可燃质的质量与其燃火阶段可认为是动力区,即化学动力学因素控制尽时间的比值),mg/min;T,为燃尽温度, C。反应速度,并可近似地用阿累尼乌斯定律表达燃式(5)中, R/E表示煤的活性,E值越小,反应烧速率,即心= Aexp(-长)能力越强;()为燃烧速度在着火温度下d式中:G为煤的质量,mg;为燃烧速率,mg/min;的数值，其值越大,表明着火越猛烈;(C)_ !A为前因子,min^';E为活化能,kJ/mol; T为颗粒(oC).. 为燃烧速 度蜂值与着火时燃烧速度之温度,K;R为气体常数,8.31 J/(mol+K)。对上式求导并整理,得比;(0S) 1r. 为可燃质平均燃烧速度与燃尽温d(G)=(3)E * dr\dr)度之比,其值越大,表明燃尽越快。所以式(5)综在着火点,则有合反映了煤的着火与燃尽特性SN:最().. =(). .光(4)R ..() .()经整理后可得:SNT. T(L)S,值越大,说明煤的燃烧特性越佳。各种煤r.(dG)燃烧特性的优劣,与S%值的大小是相联系的。dr/r.q ' dG一般来说，由褐煤到无烟煤,着火与燃尽是由易变τ=η难,Sw值由大变小。煤的综合燃烧特性见表4。(禁)_ (部)_.(票)_(5)T表4各煤种的综合燃烧特性指数煤种配比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从表中可以看出,9种混煤综合燃烧指数值中燃烧更为完全。相差较大,对于A/B的所有配比和A/C=1:1和2中国煤化工:1而言,Sw较小,主要是挥发分含量较少以及固定碳含量较高的缘故。A/C=3:1、A/D=1:1和2YHC NMH G中,着火温度差:1综合燃烧特性指数s%相对较大,在燃烧过程别不大,但 A/C=3:1.A/D=1:1和2:1的着火点424●烟煤起煤燃烧特性的实验研究发电设备(2007 No.6)相对较低,煤的可燃性指数w../7 较大,煤在前[2]高正阳,方 立军.混媒燃烧待性的热重试验研究[J].动力I程,002,22(3):1 764-1 767. .期反应能力强,更易着火燃烧。(2) 9种混煤综合燃烧指数Sy值相差较大。[3] 李永华.陈鸿伟.烟煤灧煤综合燃烧试验研究[J].电站系统工程,2002. 18():11-13.对于A/B的3种配比、AC=1:1和2:1而言,Sw4] 相光大,姚 伟.煤粉气流着火温度的试验测定[D].西安热较小,主要是挥发分含量较少以及固定碳含量较工研究所,1990,5.高的缘故。A/C=3:1、AD=1:1和2:1综合燃烧5] Ewenhiph R H. Igition o Coml Puricles: A Reriew [J].Combustion und Flame, 1989 ,7(1):3-30.特性指数Sw 相对较大,在燃烧过程中燃烧更为6] 邱建荣,马毓义,曾汉才,等.棍煤特性的综合性试验研兖完全,可以认为这3种混煤都是较好的混煤比例。[J].动力工程1993,13(5):3236.7] Kuhn V R. Verbrenung von Kohenischungan [J]. VGB,参考文献:Krfretesechrike, 1986,3.[1] 陈文敏,张自劭.动力配煤[M].北京:煤炭工业出版社，8] 孙学信.燃煆锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京:中国电力出版社,020.1999.行业信息 !我国水电在大力建设中1“西电东送"中的水电kW。黔网2006年新增装机容量4900 MW,创历2000年11月初,贵州洪家渡(600 MW)、引子渡史之最。预计2007年底,规模以上工业增加值将(360MW).乌江渡(扩建1 250 MW)、索风营(600超过17%。在拉动贵州经济的五大支柱产业中,MW)等七项工程全面开工,促进了“西电东送"。电力作用位居第一。根据规划,我国“十一五"期间将加快“西电东3我国水电装机容居世界之首送”三大通道建设:(1)将贵州乌江、云南澜沧江截至2001年底,我国大陆常规水电装机容量和桂、滇、黔三省区交界处的南盘江北盘江、红水达7.7x 10' kW,超过了美国,排名世界首位。葛河的水电资源以及黔、滇两省坑口火电厂的电能洲坝水电站1983年投运,总装机2715 MW;二滩开发出来送往广东,形成“西电东送"南部通道;水电站1999年投运3300MW;广州抽水蓄能电站(2)将三峡和金沙江干、支流水电送往华东,形成装机2400 MW,是世界上最大的抽水蓄能电站。“西电东送"的中部通道;(3)将黄河上游水电和进入21世纪后,我国水电高速发展,溪洛渡12.6山西、内蒙古坑口火电送往京津唐地区形成“西电GW、龙滩4.2 CW、拉西瓦4.2GW等- -批特大型东送”的北部通道。水电站相继开工,三峡左岸机组全部投运。2004“西电东送”工程将西北、华北、华中、川渝电年9月26日,随着“西电东送"北部通道骨干之一网联网,可实现水电丰枯互补水火互济和跨域补的公伯峡1500MW水电站1号机组投运,我国水偿调节,并使3个大区电网的电力结构得以优化。电装机突破100GW,到2006年底,我国水电装机2“西电东送"中 贵州电网的贡献容量达到128.6GW。2006年贵州省内河流水量偏枯,贵州(黔)电目前,我国规划的13大水电基地的开发正在.网充分发挥火电作用,黔网统调发电量完成8.28全面推进,金沙江澜沧江、雅砻江、大渡河、黄河x 10*kW.h,同比增长27.78%。黔电送两广2.5上游等流域的水电建设正加紧进行。继三峡、溪x 1010 kW.h(其中送粵2.18 x 10'0 kW.h),同比增洛渡之后,我国第3座装机超过10 CW的水电站长51.43%，比合同电量多送2.3x 10° kW. h。一-白鹤滩水申站也将千2010年前后开工。今2006年,贵州电网最大日发电量2.77x 10* kW'h,后我中国煤化工:煤火电比重将最大日省内供电量1.68x 10* kw.h,最大日发电相对Y片CN M H G排放有利。负荷1.30亿kW,最大日省内供电负荷7.88 x 10'(赵旺初供稿)425●