无烟煤与贫煤的混煤NOx排放特性的实验研究

第32卷第9期锅炉技术VoL.32,No.92001年9月BOILER TECHNOLOGYSep., 2001文章编号: CN31-1508 (2001)09-0011-04无烟煤与贫煤的混煤NOx排放特性的实验研究方立军，高正阳，殷立宝，张月，李加护，阎维平(华北电力大学29号信箱，河北保定071003)关键词:混煤; NOx 排放特性;燃尽特性摘要:利用小型煤粉燃烧试验台对贫煤、无烟煤及其3种配比的混煤进行了实验研究,分析了上述煤种在不同配风下NOx的生成规律,并对其燃尽特性进行了研究,提出实现混煤高效低污染燃烧的过量空气系数范围.中图分类号: X77文献标识码: A烧器为旋流式.配有数据记录和控制系统、燃烧0引言系统、冷却烟气系统和旋风分离系统。图1为煤燃煤过程中产生的污染物主要是氮氧化物和粉燃烧试验台的系统示意图。硫氧化物. NOx对大气的污染问题越来越引起人们的重视11.有关资料表明，电站锅炉的NOx排放量占各种燃烧装置NOx排放量总和的一半以电上,而且80%左右是由煤粉锅炉排放的[2]。目前,和1号加国内许多大型机组采用设计煤种中贫煤掺烧无烟|梦煤的方式，这种方式对劣质煤的利用带来了一定口2号确|的经济效益,然而国内对该类混煤的研究还不充03号分,尤其是对其污染物排放规律的研究基本是一04号项空白.因此，对燃用上述煤种的NOx生成机理开数据采集处展研究,提高锅炉的效率、降低NOx排放量是十分理输出系统赉矍香重要的.本文结合上述单煤的一些特点,对混煤的引风机+eL手06号NOx排放特性和燃尽特性进行了分析和研究.图1煤粉燃烧试验台系统示意图1试验设 备和方法说明: 图中1号~6号为沿炉膛纵向自上而下6个测孔1.1试验系统概述烟气采集和分析系统如图2所示。烟气分析煤粉燃烧试验台是模拟电厂锅炉炉内燃烧系统采用德国ROSEMONT公司生产的烟气分工况的试验设备.该试验台的出力为363MJ/h,析仪;MH中国煤化工co. CO2. so2. NO炉膛内径为300mm,高2580mm,垂直布置,燃及0CNMHG生线检测.收稿日期: 2001-03-27基金项目:本研究获电力行业青年科技促进费项目资助.作者简贪方嬴痛军,工学硕士,现为华北电力大学动力系教师。2锅炉技术第32卷0-通过调节一、二次风风量来实现的。一次风风温为4室温,二次风风温为250C.具体实验工况见表2.52试验结果 与试验分析‘2.1单煤及混煤NO排放的试验结果图2烟气采集及分 析系统流程图单煤及其混煤炉膛出口处NO浓度分布见1-取样枪; 2-滤杯; 3-干燥剂; 4-流 量计;5-真空泵; 6-烟气分析仪图3,沿炉膛纵向的NO浓度分布见图4~图8.1.2试验工况800NO浓度(6%02)试验模拟了贫煤和无烟煤及其3种配比混50 t煤在不同工况下的NO排放情况.试验用贫煤和00 F无烟煤的工业分析如表1.无烟煤与贫煤分别按g 6503:1.1:1.1:3的比例进行混配，简称为混煤i 600x1r。贫煤(wp31).混煤(wp11)和混煤(wp13).有资料表o贫煤:无烟煤=3:1▲英煤:011:明,混煤的I业分析成分可由单煤的相应组分算00x贫煤:无烟煤=1:3幂无烟煤s0术平均得到，能够满足工业要求。工况(1~S,8~12, 1-20226,28-32)实验过程中,控制炉内总的过量空气系数是图3试验煤样炉膛出口处的NO浓度分布表1试验煤样的工业分析水分(MD)灰分(A,ad)挥发分(V,ad)固定碳(Fc,ad)高位发热量(Qgr,ad)煤种%MJ/kg无烟煤0.7826.199.4263.6124.84贫煤0.7927.214.4457.5724.745表2实验工况工况实验煤种过量空气系数a .过量空气系数a1.09118混煤(wp31)1.1361.133191.1491.1881.2141.2021.2722混煤(wp11)1.061.108231.11.224241.1531.0301.1661.068261.232101.12271.1091128混煤(wp13)1.076121.197汨惜---1211.143中国煤化工1.01.17141.154:YHCNMHG1.18315无烟煤.1.209321.25161.0443371.084 .第9期方立军，等:无烟煤与贫煤混煤NOx排放特性的实验研究13NO(贫煤)▲工况6NO(无烟煤:贫煤=1:3)▲工况33◆工况7工950是850是,750700骂器Ss050 t这400250谷350t1号2号.3号4号5号6号150 l1号2号3号4号5号、6号测点测点图4贫煤沿炉膛 纵向的NO浓度分布图8混煤(wp13)沿炉膛纵向 的NO浓度分布NO(无烟煤)▲工况15燃尽事Bc◆工况14。■工况13下9500.95 t是7508管S50虽0.9。贫煤0贫煤:无烟煤费:1到350.85贫煤:无烟煤=1:1x贫煤:无姻煤=1:3苇无烟煤1号2号3号4号5号6号测点工况(1-5,8- 12, 16~20,22-26,28~32)图5无烟煤沿炉膛纵向的 NO浓度分布图9试验煤样不同 工况下的燃尽情况NO(wp31)▲工况21燃尽率Bc000.8650骂5000.6台出350贫煤(工况6)0.4 f贫煤:无烟煤=3:1《工况21)梦200钻煤:无烟煤二1:1 (工227)0.2公座:无烟煤-1:3 (二次3)50无烟煤(工沈14)0|图6混煤(wp31)沿炉膛 纵向的NO浓度分布图10试验煤样沿炉膛纵向燃尽情况950 (NO(无烟煤:贫煤=1:1).工况27率由灰分示踪法确定[3]。2.3试验结果分析是750一2.3.1单煤及其混煤NO生成规律器S50燃煤产生的NOx可分成燃料型NOx.热力e 350型NOx和快速型NOx三种类型,在试验中,炉内最高温度低于1500C,因此可认为试验中生150 L成的NO主要为燃料型NOx.图7混煤(wp31) 沿炉膛纵向的NO浓度分布中国煤化工I0浓度沿炉膛轴向2.2单煤及混煤的燃尽情况分布MHCNMHG出，无烟煤、贫煤及试验煤种在不同工况下稳定燃烧时,自炉膛其混煤燃烧过程中在炉膛的上半部NO浓度沿底部6号取样孔取得灰样的燃尽率比较及各煤炉膛向下迅速增加,这说明在煤粉燃烧的前期种沿程燃尽率比较见图9.图10.各煤种的燃尽NO随燃烧的进行迅速生成;在炉膛下半部,NO1锅炉技术第32卷浓度沿炉膛向下基本不变或稍有减少,说明在煤煤(wp13)的变化波动较大,混煤(wp31)在a为粉燃烧的后期NO的生成基本停止,甚至有部分1.084~ 1.136时,燃尽率较高;混煤(wp13)在aNO被还原。这表明NO主要在燃烧前期生成,在为1.17~ 1.183时燃尽率较高.可见,过量空气系燃烧后期则基本不再生成,甚至被部分还原.因数是影响燃尽率的一个重要方面,对于上述不同此可将NO释放过程分为前期快速生成阶段和煤种,合适的过量空气系数可使燃尽率提高.后期稳定阶段.在这两个阶段影响NO含量的影同样,对于上述煤种过量空气系数对NO的影响因素不同,前期主要是挥发分、温度、过量空气响也存在着一个波动性变化。如图3所示,各煤种系数和焦碳燃烧等因素影响了燃料N的释放与的炉膛出口处NO浓度变化受不同过量空气系数氧化;后期则主要是焦炭及CO对NOx的还原。的变化影响是不同的。混煤(wp11)在a为1.16~这两个阶段内N被氧化及NOx被还原决定了炉1.24时NO浓度相对较低;混煤(wp13)在a为膛出口烟气内NOx含量.1.17~1.183时NO浓度相对较低;而混煤(wp31)两煤种混煤的NO浓度分布在炉内只有一NO浓度的变化随过量空气系数的变化较为平缓,个峰值,这一情况与以往资料中认为的两煤种混在a为1.084~1.136时NO浓度相对较低。煤NO浓度存在两个峰的结论有所不同[4),我们因此,通过上述分析可以得到,在一定过量认为这主要是由于两种煤的挥发分含量较为接空气系数下,可以使上述混煤达到较高燃尽率和近,挥发分释放并燃烧同步造成的.这一结论对较低NO排放量的目的.本文在分析试验结果的燃用上述混煤的电厂实际工作时炉内采用何种基础上,得出上述混煤最佳过量空气系数的推荐配风方式来控制NO的生成具有一定参考价值.范围为:混煤(无烟煤:贫煤=3:1)的a为1.10~从试验煤样沿炉膛纵向燃尽情况(如图10)1.14,混煤(无烟煤:贫煤=1:1)的a为1.16~可见,煤粉前期燃烧过程中(1号~3号孔),部分1.24,混煤(无烟煤:贫煤=1:3)的a为1.15~焦碳已参与燃烧,焦碳的燃烧提高了炉内温度,1.18.在上述范围内, 3种不同掺烧比的贫煤与无促进了各反应的反应速度,若此时氧量充分,煤烟煤可达到高效低污染的燃烧效果。中的N物质会迅速释放并被氧化生成NO.3结论不同煤种在不同工况下炉膛出口处的NO浓度分布(如图3)显示出,随过量空气系数的增加,通过对试验结果的分析可得到如下结论:各煤种的NO量逐渐增大.可见不论单煤还是混煤,(1)无烟煤、贫煤及其混煤在燃烧过程中过量空气系数是影响NO量高低的一个主要因素.NO的生成可分成两个阶段考虑,即前期快速生2.3.2单煤及其混煤的燃尽规律成阶段和后期稳定阶段。这主要是由于两个阶段图9所示为试验煤样在不同工况下的燃尽影响NO形成的影响因素不同造成的。情况.无烟煤和贫煤随过量空气系数变化其燃尽(2)无烟煤、贫煤及其3种配比的混煤, NO特性的变化规律不同,无烟煤的燃尽特性受过量的前期生成特性与后期变化规律基本一致。并且空气系数变化的影响较为明显,在a为1.133附对于NO浓度沿炉膛轴向的分布，无论单煤还是近时,燃尽率较高,而a为1.03~ 1.068时,燃尽混煤均存在一个峰值,而不同于以往资料中所认率较低;而贫煤燃尽情况的变化较为平缓,在a为的两煤种混煤NO浓度存在两个峰的结论。为1.188附近时,燃尽率较高;且无烟煤较贫煤中国煤化工选择对于由贫煤和无在相同工况下燃尽性能较差.对于由贫煤和无烟烟|YHCNMHG煤的NO排放量及燃煤组成的3种配比的混煤,混煤(wp11)燃尽率尽情况非常重要,合理的选择过量空气系数可以的变化随过量空气系数的变化较为平缓,在a为使混煤达到高效低污染的目的.由试验结果得到1.166附近时，燃尽率较高.而混煤(wp31)和混(下转第19页)方方数据..第9期鄢晓忠，等:来宾电厂420t/h锅炉汽温偏低原因分析及技改措施的探讨19及锅炉负荷的高低来确定煤粉的细度:因为Rgo造中，由于刮掉了其区域内水冷壁管上的涂料,的设计值为22~28%,针对现在运行煤质情况,使结渣现象大大降低了。建议在运行中,负荷较高时可取Rgo= 25 ~ 30%。(4)由于调整了燃烧器角度,且炉内增设但随着煤质变差和负荷的降低R9o可以小些。了卫燃带,提高了炉膛出口温度,化学不完全燃烧损失有所降低,机械不完全燃烧损失变化不4结论大,对于锅炉效率没有发生多大的变化。(1)该炉经过上面的技改和调整,通过一参考文献段时间的运行,从运行情况看:在70%负荷左右时,过热汽温能达到537~ 540C,再热汽温能达.[1]葛友康等.420t/h锅炉汽温偏低原因分析及改进措施到540C,且减温水投人了7t左右(I + II级),在[J].锅炉技术, 1986(3). .95%负荷时,过热汽温达到了535C,再热汽温在[2]锅炉机组热力计算标准方法[S].机械工业出版社, 1976.11.537C左右,减温水量为6t/h左右。可以看出:主[3] 曹汉鼎.锅炉热力计算方法与汽温问题的分析研究[J].汽温提高了约11C,再热汽温提高了约6C.电力技术, 1985.(2)排烟温度为165C,与改前的统计数[4] 孙金武.淮阴电厂220t/h 锅炉主汽温偏低原因和改进措据164C比，变化不大.原因是在运行中烟气挡施探讨[J].锅炉技术, 1997(9).板能打开,增加了对流吸热量,起到了调温作用，[s]李永兴.电站锅炉炉膛出口温度计算方法的研究与改进从而不至提高排烟温度.[J].动力工程, 1992(12).(3)改前在燃烧器附近有结渣现象,在改 [6]陈学俊等.锅炉原理[M].机械工业出版社. 1981年版.Cause Analysis for the Steam Temperature of 420t/h boiler in Laibin PowerPlant being on low side and Discussion on Improvement MeasuresYAN Xiao-zhong, HUANG Zu-wen, LI Mao-jin, ZENG Wei, OUYANG Chang-shengKey words: 420t/h boiler; steam temperature being on low side; cause analysis; improvementmeasuresAbstract: Main causes of the main steam temperatures of DG420t/h boiler in Laibin PowerPlant being on low side are analyzed. On basis of actual operation conditions; solutions are pro-posed for such problem.(上接第14页)出版社, 1998.的上述混煤过量空气系数的推荐范围为:混煤[2]何佩鳌,电站系统工程,我国燃煤电厂NOx控制和洁净燃(无烟煤:贫煤=3:1)的a为1.10~ 1.14,混煤烧技术[ M],1993,(1).(无烟煤:贫煤=1:1)的a为1.16-1.24,混煤[3]中国煤化工学与技术[ M ],无烟煤与(无烟煤:贫煤= 1:3)的a为1.15~ 1.18.”1HC N M H G诗性研究,1996,(2).[4]邱建荣等,华中理工大学学报,混煤燃烧特性及污染物形成规律的研究[J],1993,(10)(增刊).{1]毛健雄,毛健全,赵树民.煤的清洁燃烧[M],北京,科学(下转第32页)32锅炉技术第32卷.害气体,排人大气摄人人体危害健康,引起广泛体易生的温度区间,减少其排放量.关注.二嗯嘆等系在350~ 600C的温度下富生,4结束语伴随还原性气氛共存,当温度高于750C时分解。现有国家规定在温度850C滞留2秒钟,依(1)浆渣焚烧是在城市生活垃圾焚烧基础此控制其排放量,试运行中主燃室出口温度达到上的托展,浆渣焚烧炉的一次试运成功,为造纸此要求。另外还注意减少启、停和压火次数,在业中的废弃物综合利用处理开创了新途径。启、停时尽快提高升、降温速率,从而缩小有害气(2 )废弃物焚烧处理,可消除危害,保护环境,The Operation of the First Unit of Pulp Residue IncineratorZHU Xin-qi, ZHANG Cai-gen, ZHANG Ji-meng et alKey words: pulp residue after paper-making; incineration treatment; waste heat recovery;boiler renovationAbstract: The pulp residue after paper -making is usually discarded as wastes, but HuazhongCompany makes a heat recovery through incineration. This article mainly introduces the charac-teristics of the pulp, thermolysis and combustion featrures, furnace internal procedure strcuture,relevant structure of the incinerator, electrical program control and operation etc.(上接第19页)Experimental Research on the NOx Emission Features of Anthraciteblended with Lean CoalFANG Li-jun, GAO Zheng-yang, YIN Li-bao, ZHANG Yue, LI Jia-hu, YAN Wei-pingKey words: blended coal; NOx emission features; burn- out featureAbstract: In light of the experiment on small pulverized coal test bed to study the lean coal, theanthracite and the blended coal with three different mixing ratio, this article analyzes the NOxgenerating law of the above coals under different air distribution and researches on their burn-outfeatures to give a coefficient range of excessive air which can realize a blended coal combustionof high efficiency and low pollution.中国煤化工MHCNMHG