常村矿煤泥水煤浆的燃烧实验研究

煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范》执行优秀期常村矿煤泥水煤浆的燃烧实验研究吴小军,刘仁生,房连增(潞安矿业集团煤炭运销总公司,山西长治046204)摘要;通过在卧式圆筒形燃烧炉上对煤泥水煤浆进行试烧实验,研究煤泥水煤浆的着火燃烧、结渣以及污染物排放等规律,测试配风参数、火焰温度、炉膛出口温度和飞灰含碳量等特性参数,摸索低挥发分(V=14.82%)煤泥水煤浆的着火稳燃技术措施。实验结果表明,常村这种低挥发分煤泥水煤浆能在工业炉内正常着火和稳定燃烧,最高燃烧温度能达到1500℃以上,燃烧效率卯.2%;由于此种水煤浆燃烧温度较高,设计锅炉时应考虑采取降低NO,和防止结渣措施。关键词:煤泥水煤浆;燃烧试验;工业锅炉中图分类号:TQ5344文献标识码:A文章编号:10066772(2008)050051-05在目前国际石油价格高居不下,对环保要求日廉的电煤销售。笔者的目的就是考察用潞安常村矿益严格的客观条件下,中国水煤浆技术的推广应用的低挥发分洗选煤泥制备的水煤浆的燃烧特性。实得到了迅猛的发展。目前全国的水煤浆生产能力已验在1台水煤浆卧式圆筒形燃烧炉上进行,内容包达到2300万ta(其中汽化水煤浆800万ta)。从括测试配风参数、火焰温度、排放特征、炉膛出口温事水煤浆技术研发、水煤浆生产及应用的单位(企度、飞灰含碳量等特性参数以及煤浆的操作参数同业)达到了百余家,全国大部分的省、市、自治区都时与山西大同水煤浆进行对比试验,并对结果进行在研究水煤浆。在燃用方面,水煤浆燃料已在20余对比分析,所得结果为10h/t贫煤原生煤泥水煤浆台电厂燃油锅炉(65-670Uh)、300余台工业锅炉锅炉设计提供依据。(35Uh以下)和数百台各式各样的工业窑炉上燃用。水煤浆作为一种能源形式被越来越多的人所认可。1试验系统和实验方法目前,商品水煤浆制浆用煤的干燥无灰基挥发1.1试验系统分均在25%以上,山东是产水煤浆的大省,其制浆煤泥水煤浆燃烧试验系统如图1所示。该试验用煤基本都采用气煤、肥煤等炼焦煤但中国炼焦煤系统由水煤浆供应系统、压缩空气系统、水冷却和清资源严重不足,且价格越来越高若利用这些高挥发洗系统以及试验炉组成分煤制浆,成本较大,且浪费炼焦煤资源。水煤浆炉前供应系统由储浆和搅拌罐、供浆泵煤泥是煤炭洗选工艺中出现的副产品,其颗粒过滤器和流量计、压力表等组成。制备好的水煤浆很细持水量高运输不便,应用受到限制,经济价值储存在储罐或搅拌罐里,利用供浆的压力,把水煤浆低。但如果将灰分较低的洗选煤泥直接制备成水煤送到炉前喷嘴中;炉前布置水煤浆回路,和泵的转浆,正好利用了煤泥的特性,既降低了制浆成本,又速结合起来进行水煤浆流量调节。大大提高了煤泥的经济价值,扩大了应用范围,还有用于水煤浆雾化的压缩空气由空压机提供,炉积极的社会和环保效益。前设置压力表和流量计,能在线检测压缩空气的流潞安煤属于低灰、低硫、高固定炭含量、高发热量和量、可磨性好的贫煤和贫瘦煤,以前一直作为价格低YH中国煤化工CNMHG收稿日期:2008-06-20作者简介:吴小军(184-),男,湖北黄冈人,工程师毕业于福州大学现在安矿业集团煤运销总公司从事洁净煤技术研发工作常村要据浆的燃烧实验研究炭烧(3)煤泥水煤浆燃烧试验正式测试时间约4~5h学气调器回(4)在进行煤泥水煤浆燃烧试验同时,选择中空气压缩机国典型水煤浆一山西大同水煤浆进行对比试验,并体力表子流晴计对结果进行对比分析。输浆泵过滤器力本上球阀2实验水煤浆特性炉膛价Q三通阀门2.1水煤浆成分水煤浆成分见表1。球阀蓄水池表1试验煤质特性分析图1煤泥水煤浆燃烧试验系统工业分析元素分析%小gC.H4Ns01.2试验炉常村煤泥0.8614.8214.8272503147080.383.561.220.311.85图2为试验炉烟风系统以及测点布置图。该试大同烟煤1.308442.9362333107876.784.060.821.646.96验炉为卧式圆筒型布置燃烧器布置在炉前为旋流2.2水煤浆特性燃烧器;燃烧烟气由卧式炉水平烟道转入垂直烟道水煤浆特性见表2。(原四角炉烟道)后,经尾部烟道和除尘器后,由引风机送入烟囱。助燃空气经二级预热后,温度可达饔2试验水煤浆特性200℃以上。1级预热器为专门设计制造的电加热浓度粘度体积平均粒度低位热值器,另一级是利用烟气余热的空气预热器。常村煤泥水煤浆70.24429大同烟煤水煤浆63.205003.748旋风除尘器注:表中粘度数据是剪切速率为1001对应的表观粘度从煤样的工业分析值可以看出,潞安常村煤泥气预热器的空气干燥基的挥发分仅为14.82%,远低于大同空气空气电加热器烟煤的27.93%,也低于一般水煤浆用煤的挥发分鼓风机1516-18含量。因此,这种低挥发分煤制备的水煤浆,其着火和燃烧特性是笔者的考察重点表2为实验水煤浆的浓度、黏度和发热量的实引风机验值。从表2可以看出,常村煤泥水煤浆的浓度很图2试验炉烟风系统及测点布置高,达到了70.24%,而大同水煤浆浓度较低,仅为1-11—测炉内温度;12—测炉膛负压、尾部氧量尾63.20%,这可能与煤质和制浆工艺有关。常村煤泥都烟湿:13-测尾部烟气成分;14测电加热器入口空气水煤浆的发热量较高达到了20.86MJ/kg。流量;15—测炉前热空气温度;16-18—测中心风、环形风、一次风风量;19—测浆压:20测压缩空气压力、流量;3燃烧试验结果21—测冷却水人口水温及流量;22—测冷却水出口水温3.1燃烧特性炉膛部分长度3.8m,内径分二短,m长部分内3..,1试验工况径600mm,1.8m长部分内径760mm。炉膛四周布试验工况见表3。置水冷夹套,内衬为耐火砖和耐火水泥。表3试验工况汇总1.3试验方法工况浆样投浆量/kgh-1负荷/%日期(1)水煤浆燃烧前先用轻柴油点火燃烧,待炉内达到一定温度后,投入水煤浆;水煤浆着火和燃TH中国煤化工36烧稳定后逐步减少油量,直至关停轻柴油;CNMHG负荷最低降到38.4kg/h(2)撤掉油枪后对水煤浆燃烧进行调整(配风、旋注:低负荷试验时投浆量逐步下降,越往后越低,而表强度浆流量压力等),在正式测试前稳定0.5~h;中数据是平均值《洁净煤技术)2008年第14卷第5期煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范)执行优秀3.1.2试验炉和浆系统运行参数度分布情况如图3所示。表4中数据显示,各工况浆泵出口压为0.691.07MPa,其中常村煤泥水煤浆降负荷工况,由于储常村煤泥水煤浆全负荷一常村煤泥水煤浆降负荷浆罐底层煤浆粘度增加浆泵出口压比全负荷工况120一大同烟煤水煤浆略高,回浆压也略高。各工况压缩空气的压力略高于浆枪压力。表4主要运行参数沿炉醇轴向距离/m图3炉内温度分布泵出口压0.89常村煤泥水煤浆全负荷工况沿炉膛轴向炉温水浆浆枪压MPa0.510.460.32平最高,降负荷工况炉内温度水平有所下降,大同烟系0.220.330.36煤水煤浆炉膛温度与常村煤泥水煤浆降负荷工况相统回浆压平均喷浆量kg/104316s04105当。这是因为常村煤泥热值比大同烟煤高,同时常压缩压缩空气压MPa0.58051村煤泥水煤浆浓度也比大同煤泥水煤浆高。另外,空气压缩空气流量m3/h10.071279由于大同烟煤的挥发分含量较高,沿炉膛轴向温度热风温度176分布明显存在2个峰值,前面较小的温度峰对应挥次热风量867.76568.91739.84次热风量m3/h发分的着火和燃烧,后面较大的温度峰对于焦炭的95.55着火和燃烧过程。常村煤泥水煤浆由于挥发分含量水量m3/h0.416/3719/48较少,挥发分燃烧的峰值不明显,挥发分和焦炭燃烧炉膛温度(13孔)℃123集中在炉膛中部;常村煤泥热值比大同烟煤高,稳出口氧量(12孔)%2.91定燃烧过程炉膛内火焰白亮耀眼;常村煤泥水煤浆注:表中降低负荷工况,最低稳定工况可以达到384kg/h降负荷工况(平均喷浆量65.04kg/h)炉膛内温度水平与大同烟煤水煤浆相当,其最低负荷(38.4kg{/h)炉膛出口13号测孔处温度显示与燃料相关是时,仍能稳定着火和燃烧,此时炉膛内靠近燃烧器区炉内温度水平的反应,数据显示常村煤泥水煤浆全域温度明显降低,火焰中心向炉膛中后部转移。对负荷工况温度最高因为常村煤泥热值高但挥发分比3个工况,大同水煤浆最高温度点最近,约在低,燃烧推迟;降负荷工况,投浆量减少,13号孔温1500mm处;煤泥水煤浆次之,约在200mn处;而相应降低;大冋煤浆挥发分高于常村煤泥水煤浆,煤泥水煤浆低负荷最远,约2500m处。说明煤泥着火和燃烧主要在炉膛内完成炉膛尾部13号孔温水煤浆燃烧火焰虽然较高但火焰还是较长。度最低。炉膛出口附近12号测孔处的氧量数据显图4是径向温度测点布置,炉内径向温度分布示,常村煤泥水煤浆工况氧量维持在2%~6%左右;是测试各样品在1500m位置炉膛截面上的径向温大同煤浆工况的氧量数据较高(1L4%),是由于实度,由双铂铑热电偶测定。径向温度呈现中心稍高验时炉膛内11号孔和12孔之间的漏风处未填堵,两边稍低的温度分布型式。由炉膛最内侧开始,测造成大量漏风,氧量数据相应升高。3.1.3点火过程各工况点火过程分为3个阶段:投油点火和油/300mm燃烧阶段;投浆减油混烧阶段;停油全浆燃烧阶段00mm测试孔3.1.4炉内温度场分布中国煤化工达到一定的燃烧温度是燃料燃烧的基本目的之CNMHG燃烧温度是以燃烧过程热量平衡为基础的,是指在一定的燃烧条件下,燃料燃烧后产物所能达到的最高温度。釆用红外高温计测量的炉内沿轴向温图4径向温度测点布置常村钙数的燃烧实验研究煤炭燃烧点位置分别为-300mm,-200mm,-100mm,0mm,粒受到高温,迅速热解挥发分析出,首先产生大量100mm,200mm,300mm。由于300mm测点靠近测CO,随后挥发分着火,CO浓度又迅速降低;NO,的试口,温度最低。随测点位置移向炉膛中心,温度升生成与燃料样品中的含氮量呈线性关系,可以分为高炉膛中心两侧形成高温区这可能与火焰的旋流燃料型NO,和热力型NO2,前者与燃料中的挥发分有关。含量有关挥发分含量越高生成的NO4越大热力3.1.5炉内气氛分布型NO,主要与炉膛温度有关,炉膛温度升高,NO炉内气氛布情况如图5~图7所示。生成量增加图中显示NO,浓度沿炉膛轴向先升6000高,达到最大值后保持稳定,燃烧器出口附近温度较3低,同时CO的存在使局部形成还原性气氛,NO浓4000=8Q9z度较低,随着挥发分的着火燃烧,炉膛温度升高,§NO(燃料型和热力型)浓度升高但随着燃烧的进2000行,氧浓度逐渐下降,NO,生成量不再增加。另外各样品测定的炉内SO2浓度维持在较低水平。3.1.6炉内颗粒燃尽度向距离/mm常村煤泥水煤浆沿炉膛轴向抽取的颗粒物样品图5煤泥水煤浆烟气沿炉膛轴向分布(全负荷)含碳量均高于大同烟煤水煤浆,原因是常村煤泥挥发含量较大同烟煤低,但固定碳含量较大同烟煤高如表Ⅰ中数据所示。炉膛出口附近(离开燃烧器NOx→S0:700a4520mm对应13号测孔),大同烟煤水煤浆的炉内颗粒含碳量小于10%,常村煤泥水煤浆炉内颗粒物的含碳量则在15%左右,说明低挥发分的常村煤泥水煤浆燃尽较大同烟煤水煤浆困难。3.1.7燃烧效率计算M0。260300400测试飞灰含碳量15.2%,炉渣含碳量不到1%,但因炉渣取样只能在停炉后进行,渣样在炉内停留图6煤泥水煤浆烟气沿炉膛轴向分布(降负荷)很长,数据会偏低,经计算燃烧效率达到972%。但飞灰含碳量还是明显偏高,说明这种煤泥水煤浆tco燃尽需要较长时间,在大锅炉设计中应注意这个问No、→题3.2结渣特性结渣特性如图8图9所示00200030004000轴向距离/m图7大同烟煤水煤浆烟气沿炉膛轴向分布如图所示,各样品O2、CO、NO,等烟气成分沿炉膛轴向的分布规律相似,主要表现为以下几个方面,即,从离开燃烧器喷口后O2浓度急剧下降第12号图8常村煤泥水煤浆(全负荷测孔(3650mm)O2浓度保持在4%-6%左右,大同中国煤化工荷(火焰温度)密烟煤水煤浆燃烧实验12测孔O2浓度髙达10%左切相YHCNMH水平较高,硅碳右,是由于炉膛内1l号和12号测孔之间存在漏风棒上灰渣质地较为致密并且有光泽,局部有熔融情造成的;水煤浆喷入炉膛后,水分迅速蒸发,煤粉颗况;降负荷工况,炉内温度明显降低,硅碳棒上灰渣《洁净煤技术》2008年第14卷第5期煤炭燃烧全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范》执行优秀期刊6%之后,数据显示,常村煤泥水煤浆燃烧后烟气中的SO2含量小于561mg/m3,低于大同烟煤水煤浆的SO2的排放浓度,比国家要求燃油锅炉SO2排放量都低,是因为其原煤中含硫较低。折算O2等于6%之后,各样品NO,排放量在800-1000mg/m3NO,排放量也与燃料含氮量有关4实验结论图9常村煤泥水煤浆(降负荷)(1)试烧表明常村煤泥水煤浆能在工业炉内正成松散状属于沉积状态易被吹风装置吹掉,降低常着火和稳定燃烧,最高燃烧温度能达到150℃以其结渣的可能性。上,燃烧效率97.22%。通过调整水煤浆供应量可33污染物排放特性以很方便调节炉内温度。表5烟气中S0,和NO,的含量(2)试烧表明常村煤泥水煤浆在试验炉内低负荷稳燃性能较好,最低稳燃负荷37%,一般可在0,样品%10%原始值6O2原始值6年050%以下,且负荷调节十分方便。煤泥水煤浆(3)烟气中污染物SO2浓度较低在56mg/m(全负荷)8.347511.14561233734860以下,能满足国家环保排放要求;NO,排放量在800降负荷)1.7859114153004984-100mg/m,有点偏高建议在大锅炉设计时适大网1a41821056240m4当考虑降低NO措施:C0排放处于较低水平(4)炉内结渣情况与锅炉负荷密切相关,高负如表5中所示,各工况尾部烟气的含氧量在荷时结渣严重出现熔融渣;低负荷结渣情况明显8%~14%,其中常村煤泥水煤浆降负荷工况的氧含改善即与炉内温度关系较大,运行时须适当控制炉量较高,达到13.78%,这是因为降负荷工况的燃烧内温度。器配风量偏高造成的。各样品尾部烟气中的CO浓(5)炉内颗粒含碳量测试分析和温度场测试结度较低,说明挥发分燃烧情况较好,燃烧较完全。对果表明,常村煤泥水煤浆火焰较长,燃尽需要时间相于重要的大气污染物SO2和NO,在折算02等于对较长。Combustion tests on slime cws from Changcun mineWU Xiao-jun, LIU Ren-sheng, FANG Lian-zengMarketing Corporation of Lu'an Mine Group, Changzhi 046204, ChiAbstract: By the trial-burn test of slinme cws onthe horizontal cylindrical burming fumace, the laws on the ignitability, combustibility, slag-bonding and release of pollutants of the slime cws were researched. The air distribution parameter, flame temperature, the temperature of stokehole and the carbon content of flying ash were tested. The technic measures about ignition and stable buming of the low volatile slime cws(, =14. 82%)were explored. The results show that the low volatile slime cws from Changcun mine can catch fireburning temperature comes to above 1500 centigrade degrees, co中国煤化工22%, Because ofthe high combustion temperature of the slime, when designing bered how to reduceNO, and prevent slag-bondingYHCNMHGKeywords: slime CWS; combustion test industrial boiler常村污到委捲的燃烧实验研究