煤种及煤粉细度对炉内再燃过程脱硝和燃尽特性的影响
煤质变化对锅炉燃烧影响及应对措施(2021版)
( 安全技术 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改煤质变化对锅炉燃烧影响及应对措施(2021版)Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that peoplemake mistakes煤质变化对锅炉燃烧影响及应对措施(2021版)概述：近年来由于煤炭行业矿难频发，国家对煤矿的整顿进一步加大力度，克拉玛依周边小煤矿被全部关停，导致供热公司的煤碳供应日趋紧张，公司的煤源由以前单一的和丰煤矿转向为以和丰、铁厂沟、大红沟等为主的煤矿，煤炭质量较以往有很大的变化，煤种杂、煤质差，引发了各供热车间司炉工劳动强度明显加大，锅炉及辅助设备故障明显增加，职工工作环境有所恶化，环境保护工作难度明显突出，更有甚造成锅炉燃烧运行困难，锅炉出口温度不能达标，严重影响了城市居民的正常供热。
1煤碳的燃烧过程：煤从进入炉膛到燃烧完毕，一般经历四个阶段：水分蒸发，当温度达到105℃左右时，水分全部被蒸发；挥发物着火阶段，煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧。
挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右；焦碳燃烧阶段，煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。
此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。
煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段；燃烬阶段，这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。
良好燃烧必须具备三个条件：1、温度。
温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。
层燃炉温度通常在1100~1300℃。
2、空气。
空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。
煤粉细度及浓度对炉内燃烧的影响
爆炸三个必要条件：可燃物浓度，氧，点火能量。
水分的影响： 煤粉水分影响流动性与爆炸性。
☻ 水分高：流动性差，易堵，粉仓搭桥。影响着火与燃烧。 ☻ 水分低：自燃与爆炸。干燥耗能增加。
煤粉细度 Rx
煤粉的细度Rx（Dx） 用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。如 筛孔边长为xμm，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为b，留在筛子上 的煤粉质量为a，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示
这是因为在一定的煤粉浓度下, 煤粉越细, 进行 燃烧反应的表面积就会越大, 而煤粉本身的热阻却 减小, 因此可以加快化学反应速度, 更快达到着火; ☻煤粉细度R90 由10% 减小到5% 时, 着火温度降低 了239 ℃, 着火距离缩短了130 mm;
☻煤粉细度R90由20% 减小到10%, 着火温度降低了 36 ℃, 着火距离缩短了70 mm, 变化幅度减小。 因此, 仅从促进低挥发分煤着火稳燃的角度考虑, 煤粉细度R90为5%是一个较好选择。
☻由于高温空气与煤粉气流温差较大，在与煤粉气 流混合时其温度略有降低； ☻随着煤粉脱出挥发分及挥发分的着火燃烧，周围 烟气温度又开始升高； ☻当烟气温度突升时，煤粉开始着火，本文以烟气 温度突升时所对应的距离为着火距离。
煤粉浓度对着火的影响研究
图2
煤粉浓度与着火距离的关系
煤粉浓度对着火的影响研究
☻煤种特性 ☻加热环境的温度 ☻加热时间的长短
daf
T越高，Vdaf越大。
时间越长，Vdaf越大。
煤粉越细，Vdaf越大。
☻煤粉颗粒的直径
挥发分对燃烧的影响
着 火 温 度 （ ）
℃
Vdaf (%)
Vdaf （%,） 挥发分对着火温度的影响
挥发分对稳燃负荷的影响
45、煤粉细度对窑的煅烧和熟料质量有什么影响
煤粉细度对窑的煅烧和熟料质量有什么影响煤粉的粒度直接影响燃烧的速度进而影响烧成带的温度和长度。
煤粉细一些，燃烧迅速、完全。
如果煤粉过粗，燃烧速度慢，高温带拉长，火力不集中，将降低烧成带温度从而影响质量。
对立窑来说，熟料中煤灰份分布不均匀而相对集中，形成所谓的煤灰窝，这样影响熟料质量的均匀性，降低熟料的成品率。
在采用白生料和半黑生料的立窑工艺中，作为外加煤，一般要求粒度不大于5mm，其中3mm以下的应占90％以上。
但煤粉过细会降低煤磨产量，增加电耗，回转窑用的煤粉细度一般控制0.08mm方孔筛筛余在8%～15%。
煤挥发分高的取低值，即应放粗些；反之取高值，即挥发分低的磨得粗些。
对立窑工艺来说，煤粉过细还会对煅烧带来不良后果。
因为立窑生产是燃料与生料一起成球入窑，料球在煅烧中逐渐下降，与向上的冷空气逆向而行。
由于窑中进行的一系列的物理化学反应消耗了空气中大量氧气，因此当料球进入予热带后，窑内的热气体中的氧就已很少，而碳酸盐却已分解出一定数量的C02气体，该带温度已达750～800℃，此时，料球表面的细煤就与C02发生包氏反应：C+C02→CO (吸热反应)在底火稳定，通风良好时，生成的CO迅速被气流带到上层，因上层更加缺氧，且温度更低，CO便不能与02燃烧而同烟气一同被排出窑外，造成不完全燃烧热损失，浪费能源。
当窑内通风不良且物料间又形成了空穴时，CO不能及时被排往窑外，而大量聚积在空穴中，一旦达到一定浓度且具备其它条件时，则可能发生CO爆炸喷火事故。
另外，煤粉过细，煤粉在烧成带的燃烧速度很快，使底火层较薄，边部更甚，使物料在烧成带煅烧的时间缩短，烧结反应进行得不充分，易产生生烧料。
而较粗的煤粒燃烧速度慢，在予热带不易与C02发生包氏反应，而是下移到温度较高、氧气较多的高温带去燃烧，既使高温带热力集中，提高烧成温度，又可使底火层有一定厚度，使物料在高温带停留必要的时间，充分进行烧结反应。
因此，一般认为立窑煅烧所需的煤粉细度以0.08mm方孔筛筛余在40±5％左右为宜。
煤粉锅炉经济煤粉细度
煤粉锅炉经济煤粉细度摘要：煤粉磨制得越细，着火越容易，利于燃烧完全，飞灰含碳量降低，减少二次燃烧的可能性；同时炉膛火焰中心相对降低、锅炉效率相对提高。
但是提高煤粉细度，制粉系统的电耗增加，磨煤机内磨煤部件磨损增大，增加维护量，制粉系统经济性随之降低。
合理的煤粉细度选取，使机械不完全燃烧损失和制粉耗电之和最小，有利于锅炉的安全经济运行。
关键词：煤粉细度；挥发份；煤粉均匀性；经济性；制粉耗电；细度选择；R900前言现代大中型锅炉一般均采用煤粉燃烧，经破碎后的原煤输进磨煤机磨制煤粉，成品煤粉应保证稳定着火并燃尽，煤粉有效燃烧起决定作用的首先是煤粉的细度，即表面积乃是衡量煤粉品质的重要指标；在煤粉细度相同的情况下，均匀性忧的煤粉不仅对煤粉在炉内的燃烧（着火和燃尽）影响极大，也有利于降低飞灰可燃物，同时对抑制NOx生作用也明显。
作为能源消耗大户，节能减排一直是锅炉工作人员追求的目标，提高锅炉燃烧效率，降低飞灰含碳量是其重要的途径之一。
选择合理的煤粉细度能够改善锅炉燃烧，提高燃烧效率，实现节能减排。
实践经验表明，煤粉磨制得越细，着火越容易，利于燃烧完全，飞灰含碳量降低，减少二次燃烧的可能性；同时炉膛火焰中心相对降低、炉效相对升高。
但是提高煤粉细度，制粉系统的电耗增加，磨煤机内磨煤部件磨损增大（特别是钢球磨），增加维护量，制粉系统经济性随之降低。
因此，在实际运行中，选择使机械不完全燃烧损失和制粉系统能耗之和最小的煤粉细度，这样的煤粉细度称为经济煤粉细度。
所以对电厂而言，调试单位会根据设计煤种的可磨系数给出磨煤机正常运行中煤量和电流的参考值。
通过正确合理的手段确定经济煤粉细度对于设备的安全经济运行是非常有意义的。
1煤粉细度煤粉细度是煤粉的重要指标之一，它反映了煤粉颗粒群的粗细程度。
煤粉细度是指把一定量的煤粉在筛孔尺寸为x微米的标准筛上进行筛分、称重，煤粉在筛子上的剩余量占总量的质量百分数定义为煤粉的细度Rx，即式中a－筛孔尺寸为x的筛上剩余量；b－通过筛孔尺寸为x的煤粉量。
煤质及粒度对层燃过程燃烧特性影响的研究
摘要 ： 通过 对煤 在层 燃锅 炉 中燃烧 性 能的测 定 ， 究煤 变质程度 和 粒度 对煤 炭燃 烧过程 中 研 烟 尘排 放 浓度 、 火时 间、 烬 时间 、 烧 火焰 长度 、 渣含 碳 量的 影响规 律 。为 降低 层燃锅 炉 着 燃 燃 灰 中煤炭 燃烧 细微 颗粒 物 的排放 、 效提 高不 同煤 质 的清 洁 、 有 高效利 用提供 理论 依据 。
１ 实 验条 件及 煤 质 分 析
１ １ 试 验装 置 ．
自制小 型层燃 炉燃 烧测 试 系统 。
收 稿 日期 ：０ ８— ２— １ ２ ０ ０ ３
基 金 项 目 ： 育 部 重点 课 题 （ １３ ） 教 ００ ６
作者简介 ： 周国江（ ６ 一 ， 黑龙江海伦 教授 ， １ ３ ） 男， ９ 中国矿业大学（ 北京） 在读瞎土研究生。主要从事煤炭清洁、 高效利用方面的研究。
煤质及粒度对层燃过程燃烧特性影响的研究 ４１
维普资讯
表 １ 各 原 煤 样 的 筛 分 结果
ห้องสมุดไป่ตู้％
的燃 烧 ， 同时 也 影 响 烟 尘 的排 放 ， 与 Ｌｒ １ ａ． 这 ａ ｙ．Ｂｘ ｒ ｔ 、 ｅ ｒ 刘小 伟 等 研究 结果 相 一致 。从 实 验结 果 可
肿等 疾病 ， 给人 类 的呼 吸系统 造成 很 大 的危害 ¨。 。 为 了减少 燃煤 过 程 中细 微颗 粒 物 的产 生 ， 者 笔 研究 了不 同煤 质 、 同粒 度 的煤 在 层 燃 过程 中 细微 不 颗粒 物 的排放 特性 ， 寻找 出煤 炭 层燃 过 程 中细 微 颗 粒 物 的排放 规律 及其 影 响 因素 ， 为煤炭 的洁净燃 烧 ， 降低燃 煤 的大 气污染 提供 理论 依据 。
直吹式制粉系统出粉管煤粉均匀性对燃烧的影响
国内大容量电站锅炉普遍采用直吹式制粉系统，对于四角切圆燃烧方式，其最基本特征是直流燃烧器的几何轴线与位于炉膛中心的一个或数个假象切圆相切，在炉膛内形成一个总体旋转的火球，达到稳定煤粉燃烧，获得高的燃烧效率的目的，并保持炉内不结渣，同时结合分级燃烧技术，还可获得低的氮氧化物排放浓度。
由于粉量偏差造成炉膛内切圆偏斜，产生热负荷偏斜、结渣、炉内燃烧工况恶化，飞灰含碳量高等问题。
对于旋流燃烧器，由于以单个燃烧器组织燃烧，各燃烧器一次风量和煤粉浓度的分配不均衡对锅炉安全优化运行也是不利的。
制粉系统各输送管道的煤粉分配的不均衡，各支管粉量偏差大，风煤比偏差大，造成后期风粉得不到充分混合，燃烧状况不理想，负荷响应慢，炉渣可燃物高，严重影响锅炉的安全经济运行。
同时，支管内风粉不均匀，出现的绕绳现象，如果分层状态的空气和煤粉进入燃烧器，就会导致,火焰不稳定，燃烧不均匀，未燃碳（LOI）增加，结渣，冲刷炉壁，CO和O2不平衡等现象。
因此，改善制粉系统各输送管道的煤粉分配的均衡及支管内风粉均匀性，是提高锅炉燃烧效率，降低煤耗，提高锅炉安全运行的有效手段。
控制燃烧型NOx（不包括再燃烧）采用在燃烧初期限制氧气量，使燃料氮转变成氮气（N2）而不是一氧化氮（NO）。
然而，这会伴随燃烧效率降低、导致燃料成本增加、粉煤灰销售收入的损失和静电除尘器除尘效率的降低。
改进粉煤的细度和分配能降低灰含碳量而不使NOx排放量明显地增加。
同时，在正常运行范围内NOx的产生量基本上与过剩空气量成线性关系，而灰含碳量随着过剩空气量减少而快速增加。
不良的粉煤分配也将引起与安全有关的火焰稳定性的恶化，并加快了粉煤系统部件的腐蚀和粉煤在管道中沉积。
煤粉细度测定和控制的利益适合的煤粉细度，能使燃烧更充分，减少飞灰含碳量；增加对煤种的适应性；减少煤粉在炉膛内的燃烧时间，降低出口烟温；Ø增加制粉系统出力，增加磨煤机的储备，降低制粉电耗Ø稳定燃烧，均匀的一次风粉使燃烧火焰中心不偏斜，减少火焰偏斜造成的刷墙，减少炉膛的结焦；Ø合理的风煤配比，降低飞灰含碳量，提高飞灰的利用价值Ø通过在稳定运行的条件下降低风量，降低氮氧化物的排放.Ø降低制粉系统的（但是安全的）输送速度，减少一次风风量，提高制粉系统出力300MW锅炉机组燃烧调整及优化孙见生（国电宣威发电有限责任公司发电部）[摘要]本文叙述了国电宣威发电有限责任公司锅炉运行中出现的问题，针对出现的问题进行了分析并采取了措施，对取得的成果进行分析总结。
浅谈煤的成分及特性对锅炉燃烧的影响
浅谈煤的成分及特性对锅炉燃烧的影响摘要：随着煤炭价格的一路上涨，火电厂的发电成本日益增高，很多发电企业甚至都面临着亏损，煤质的好坏对火力发电企业的影响越来越重要。
此外，面对严峻复杂的内外部形势，做好能源保供工作尤为重要，为了确保发电机组的安全稳定运行，就必须探讨煤中不同的成分及煤的特性对锅炉燃烧的影响，让运行人员根据煤质的不同及时进行调整，为保供工作筑牢安全基础。
已经发现，煤中的某些典型成分对锅炉正常工作有负面影响，同时，研究煤中不同的成分及煤的特性对燃烧设备的影响还能延长设备使用寿命，保证发电机组的稳定经济运行。
关键词：煤的成分；燃烧设备；硫分；灰分1硫分对锅炉燃烧的影响煤中硫包括可燃硫和不燃硫，两者之和称为全硫。
煤中的硫燃烧产生二氧化硫和三氧化硫，它们与水蒸气化合生成亚硫酸和硫酸蒸汽，如果硫酸蒸汽在锅炉的低温烟道内，受到低温壁面的影响，使硫酸蒸汽降低到酸露点温度以下，此时，硫酸蒸汽就会凝结，硫酸液体就会对金属受热面产生腐蚀，这个过程就是低温腐蚀。
此外，硫分还会导致锅炉的高温腐蚀，煤在还原性气氛中（即煤的燃烧环境氧量不充分），硫将转变成硫化氢，硫化氢如果与金属表面接触，将会产生高温腐蚀。
煤中硫可以硫化铁即黄铁矿的形式存在，由于黄铁矿的莫氏硬度仅次于石英，为6至6.5，若黄铁矿的含量很高，就会导致煤质坚硬，煤质坚硬的煤进入制粉系统，就会导致制粉系统的电耗提升，坚硬的煤粉进入锅炉还会对锅炉的受热面产生磨损，同时也一定会导致磨煤设备的磨损。
此外，煤燃烧生成的二氧化硫和三氧化硫排出大气，在环境中进一步的转变成亚硫酸和硫酸，那么就会产生酸雨，会对环境造成污染，煤中硫每增加1%，燃用1t煤就多排放约20kg的二氧化硫气体。
烟气中的二氧化硫和三氧化硫含量升高，还会增加火力发电厂脱硫系统的运行费用，同时，对于变质程度较浅的煤，若含有较多的黄铁矿，就会由于黄铁矿受氧化放热而加剧煤的氧化自燃，不利于煤的存放。
2灰分对锅炉燃烧的影响灰分是煤在一定温度下，可燃物完全燃烧，矿物质发生一系列的分解、化合反应后的残留物。
不同煤质对煤粉燃烧器性能的影响分析
不同煤质对煤粉燃烧器性能的影响分析煤炭是世界上最重要的能源之一，其广泛应用于发电、制造和加工等领域。
煤粉燃烧器作为煤炭利用的关键设备，直接影响着煤炭的燃烧效率和环境污染排放。
不同煤质对煤粉燃烧器性能的影响是一个重要的研究领域。
本文将从煤质的碳含量、挥发分和灰分等方面来分析不同煤质对煤粉燃烧器性能的影响。
首先，煤质的碳含量是影响煤粉燃烧器性能的重要因素之一。
煤质的碳含量越高，煤炭的能量密度和燃烧热值就越高。
碳含量高的煤炭燃烧时产生的热量大，燃烧效率高，能够提供更多的热能。
因此，在使用高碳含量的煤质时，煤粉燃烧器的燃烧效率会明显提高，燃烧过程更加充分，产生的废气排放更少。
反之，低碳含量的煤炭燃烧时产生的热量较低，燃烧效率相对较低，且燃烧过程中可能会产生大量的烟尘和废气。
因此，在选择煤质时，要考虑煤炭的碳含量，选择高碳含量的煤质以提高煤粉燃烧器的燃烧效率和环境友好性。
其次，煤质的挥发分对煤粉燃烧器性能也有重要影响。
煤炭的挥发分是指在燃烧过程中容易挥发出去的部分，包括水分、揮发性有机物和气体。
挥发分高的煤质燃烧时产生的热量也相对较高，煤粉燃烧器能够充分利用这部分能量进行工作。
此外，挥发分高的煤质在燃烧过程中会产生较多的火焰和较高的火焰温度，从而提高了煤粉燃烧器的燃烧效率。
而挥发分低的煤炭燃烧时产生的热量较低，燃烧过程相对较不稳定，可能会产生火焰不稳定、爆燃等问题。
因此，在选择煤质时，要综合考虑煤炭的挥发分，选择挥发分适中的煤质以提高煤粉燃烧器的燃烧效率和稳定性。
最后，煤质的灰分也会对煤粉燃烧器的性能产生影响。
煤炭的灰分是指在燃烧过程中无法完全燃烧的无机物质，包括矿物质和残余的无机杂质。
灰分高的煤质在燃烧过程中会产生较多的灰渣，容易堵塞燃烧器的通道和降低燃烧效率。
同时，灰分还会降低煤质的燃烧热值，对环境产生不利影响。
因此，在选择煤质时，要考虑煤炭的灰分含量，选择灰分较低的煤质以提高煤粉燃烧器的燃烧效率和减少灰渣的产生。
分析煤粉细度对锅炉运行特性的影响
分析煤粉细度对锅炉运行特性的影响摘要：本文介绍了220吨高温高压自然循环煤粉锅炉数值模拟的部分结果。
采用专门开发的综合数学模型进行了仿真。
该模型的主要特点是三维几何、气体湍流模型、颗粒-湍流相互作用、颗粒扩散扩散模型，基于全局粒子动力学和实验获得动力学参数的六通量辐射模型和煤粉燃烧模型。
关键词：煤粉细度；锅炉运行特性；影响引言：对220吨高温高压自然循环煤粉锅炉在不同磨煤细度和煤质条件下的5种运行工况进行了模拟计算。
该模型成功地预测了烟气温度、炉壁辐射通量等参数对炉内过程和运行特性的影响。
预测的火焰温度和底灰中可燃物含量与实测值吻合较好。
该模型在研究和实践中都有不同的应用。
煤粉切圆燃烧炉在世界各地的发电中有着广泛的应用，因为它们的优点是：炉壁热流均匀，无热流，排放比其它烧结机低。
实验和模拟都需要对炉膛进行进一步的研究。
虽然大规模测量受到限制，但数值模拟提供了一个成本效益高、工程能力强的工具，补充了实验研究。
1.炉膛结构及操作条件的个案研究。
案例研究的锅炉单元是小机组，具有220吨高温高压自然循环煤粉锅炉炉底。
该机组额定蒸汽容量650 t/h，电气输出210 MW.该案例研究炉有六个喷射器，每个连接到一个磨煤机。
磨煤机在165℃处的煤粉-空气混合物通过8个矩形管道进入炉膛，而270℃处的二次空气则通过上述管道、中间和下方的管道注入。
全燃烧器入口处的烟道截面分别为(0.51x1.23)m和(6.5x1.23)m。
在固定条件下，考虑了案例炉的运行情况.预测了不同磨矿细度和煤质的五种运行工况。
对于煤田，RGO=48.4%，60%。
考虑了15%和73.85%的磨矿细度，R9o=73.85%。
R9o表示筛网间距为90μm的筛上残留率。
煤粒密度为1300 kg/m，对研究煤进行了近、极限分析，并给出了受热值和动力学参数，并对14%的含水率进行了煤粉成分的计算。
[1]2.数学模型与数值方法所建立的综合模型充分描述了现有几何中的三维流动、燃烧和传热，详细模拟了湍流与颗粒之间的相互作用，包括考虑的湍流和颗粒的化学动力学以及煤颗粒的实际粒径分布。
燃煤锅炉煤粉细度对锅炉经济性的影响
燃煤锅炉煤粉细度对锅炉经济性的影响【摘要】：燃煤锅炉煤粉细度是锅炉运行中非常重要的一个控制参数,它不仅影响炉内燃烧状况、锅炉飞灰可燃物及大渣含量，而且影响制粉系统的电耗和发电煤耗，对锅炉经济性产生较大影响。
目前，煤粉细度多是参照挥发分经验公式计算值控制。
而分离器挡板开度可以有效地控制煤粉细度的大小，在其他工况不变的情况下，分离器挡板开度大，煤粉细度大；分离器挡板开度小，煤粉细度小。
随着分离器挡板开度的变化，煤粉细度的大小随之变化，磨煤机电耗会发生相应的改变，发电煤耗也随之变化，本论文针对煤粉细度由小到大，不同制粉电耗和煤耗下对经济性影响的探讨。
关键词：电厂锅炉锅炉燃烧调整磨煤机制粉电耗煤粉细度锅炉经济性The influence of pulverized coal fineness on the economy of theboilerAbstract: coal fineness is a control parameter of the boiler operation is very important, it not only affects the combustion conditions in the furnace, boiler fly ash combustible slag content, but also affects the power consumption of the milling system, thus it has great influence on the economy of the boiler. Currently, the coal fineness many reference volatile empirical formula to calculate the value of the control. Click here to control the fineness of pulverized coal, some power plants able to control the boiler fly ash content, the incomplete combustion boiler solid loss of about 1%, while some power plant boiler fly ash content is still relatively high,especially nonflammable coal boiler, the boiler solid incomplete combustion loss more than 3%, and sometimes even up to 5%, a great influence on the economy of the unit. Tangshan Thermal Power Corporation changes the face of coal fly ash combustible difficult tocontrol, the boiler combustion adjust frequently, for this problem, we adjusted boiler combustion tests to identify the influence of pulverized coal fineness on the economy of the boiler .Keywords: power plant boiler ,boiler burning to adjust ,coal mill, fineness of pulverized coal, the economy of the boiler前言制粉系统调整试验是电站锅炉燃烧优化试验的重要部分,煤粉细度的合理选择对降低可燃物及降低机械不完全燃烧损失和提高锅炉燃烧经济性有重要意义。
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第32卷2004年 第2期4 月燃 料 化 学 学 报JOURNAL OF FUE L CHEMISTRY AND TECHNOLOGYVol 132 No 12Apr 1 2004文章编号:025322409(2004)022******* 收稿日期:2003204215;修回日期:2003212203 基金项目:国家重点基础研究项目(G 2001C B409600);国家自然科学基金(50206018);国家高技术研究发展计划(2002AA527053) 作者简介:周 昊(19732),男,江苏吴江人,副教授,工程热物理专业,主要研究煤的高效低污染燃烧技术。
E 2m ail :zh ouhao @cm 煤种及煤粉细度对炉内再燃过程脱硝和燃尽特性的影响周 昊,邱坤赞,王智化,翁安心,岑可法,樊建人(浙江大学热能工程研究所,能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室,浙江杭州 310027)摘 要:煤粉再燃技术是目前电站锅炉降低NO x 排放的一种有效技术。
本文在一维沉降炉上进行了不同煤种、不同煤粉细度的煤粉再燃脱硝降低NO x 排放的试验研究。
试验结果表明:高挥发分的煤种在再燃降低NO x 时的效果更显著。
对于同一煤种,采用细度更细的煤,合适的再燃区停留时间,可以获得高的降低NO x 排放效果,并可使煤粉的燃尽率达到90%左右。
本文还采用最小燃尽高度的方法探讨了再燃过程中煤粉细度的选择方法,分析得出,为使再燃区的煤粉能完全燃烧,充分发挥还原NO x 的效果,必须采用细粉或者超细粉。
关键词:煤粉再燃;NO x 还原;细度;最小燃尽高度中图分类号:TK 222 文献标识码:A 在燃料燃烧过程中,NO x 污染气体的排放的控制越来越受到重视[1,2]。
在炉内降低NO x 排放的诸多方法中,燃料再燃是非常有效的措施之一。
研究者的大量研究结果表明,燃料再燃可使NO x 的排放量降低50%以上[3～5]。
煤粉作为再燃燃料具有使用方便和经济的优点,但煤粉再燃也可能带来飞灰含碳量增加等问题。
如何选择合适的再燃煤种、煤粉细度及再燃工况是煤粉再燃技术中关心的问题。
1 试验装置和试验方法煤粉再燃脱硝试验在一维沉降炉上进行的,试验台架见图1。
主炉恒温段长度1m ,炉膛内径50mm ,炉温自动控制。
液化石油气和空气在多孔介质燃烧器中燃烧生成模拟烟气,在空气中混入部分氨气进入多孔燃烧器燃烧以生成具有一定浓度NO x 的模拟烟气。
模拟烟气经烟气喷口送入炉膛,再燃燃料从燃料喷口送入炉膛,实现再燃脱硝试验。
采用多孔介质燃烧器燃烧强烈而且稳定,不会发生预混或扩散气体火焰易发生的燃烧不稳定,易灭火等问题,方便实现模拟烟气中含氧量和NO x 浓度的控制,相比于采用气体钢瓶配气系统,不需控制很多配气阀门,且生成的模拟烟气各气体组分之间的比例符合实际。
调节模拟烟气含氧量等参数时,只需调节送入燃料和空气量即可,简化了试验过程。
试验中对氨气在多孔介质燃烧器中转化为NO x 的比例进行了测试,结果表明多孔介质燃烧器后基本无氨气泄漏,这是由于多孔介质燃烧器内燃烧温度高,燃烧通道曲折而且形成微小的多孔燃烧,从而大大增加了燃烧强度和稳定性,使NH 3的氧化反应进行得非常完全。
图1 煤粉再燃试验台架示意图Figure 1 Schematic diagram of the coal reburning testing facility 1—gas analyzer ;2—sucking pum p ;3—s olid sam pler ;4—sam 2pling probe ;5—therm ocouple ;6—furnace tube ;7—S iC tub ;8—insulation;9—coal feeder ;10—mixer ;11—primary air tube ;12—secondary air tube ;13—flow meter ;14—valve ;15—water extractor ;16—cooling tube ;17—pum ping line ;18—porous media burner ; 19—mixer ; 20—NH 3cylinder ;21—liquid petroleum gas cylinder ; 22—air com press or ;23—flashback chamber采用水冷探针对沉降炉沿程的烟气成分进行分析,并在线监测炉膛出口的烟气组分,炉膛出口同时设置飞灰分离装置,以获得飞灰样品以测试再燃燃料的燃尽率。
试验过程中所有测量得到的气体组分浓度都折算到6%含氧量。
采用四种不同煤化程度的煤作为再燃燃料,四种煤涵盖了无烟煤,贫煤和烟煤。
无烟煤选用晋城表1 再燃煤种特性T able 1 Characteristics of the reburn coalSam ples Proximate analysis w ad Π%MAVFCUltimate analysis w ad Π%C H N S t O Huainan 0.6929.6525.4544.2160.74 3.82 1.130.35 3.62Y anzhou 1.4522.9429.5146.1063.86 4.36 1.130.58 5.68Zhengzhou 0.5623.6514.1161.6867.00 3.86 1.300.72 2.91Jincheng0.5222.167.3270.068.983.021.090.433.80煤,贫煤选用郑州煤,烟煤则选取了淮南煤和兖州煤作为代表煤种。
具体的煤种工业分析和元素分析可见表1。
2 试验结果及分析2.1 煤种的影响 图2给出了不同煤种在相同工况下脱硝率的比较。
试验工况为:炉膛温度为1200℃、煤种细度均为80μm 、过量空气系数α为1、NO x 初始值为500×10-6左右。
由图可见,随再燃燃料减少,四种煤的脱硝率都逐渐减小。
但是在相同的试验工况下,不同煤种还原NO x 效果是不同的。
NO 还原能力的大小顺序依次是兖州煤>淮南煤>郑州煤>晋城煤。
图2 不同煤种的再燃效果比较Figure 2 E ffects of coal rank (1)Y anzhou coal ;(2)Huainan coal ;(3)Zhengzhou coal ;(4)Jincheng coal 煤粉作为再燃燃料,挥发分的多少对NO 的均相还原有重要影响。
在煤的挥发分中碳氢化合物(CH ,CH 2,CH 4)和含氮组分(HC N ,NH 3)等在贫氧时都能有效的还原NO 。
其中,CH i 根对NO 的还原作用是主导作用。
煤的挥发分在热解时将析出大量的碳氢化合物,产生大量的CH i 基团,挥发分含量越高,则CH i 基团越多,NO 的还原效果也将越好,从表1煤种的工业分析和元素分析中可知这四种煤的挥发分依次是兖州煤>淮南煤>郑州煤>晋城煤。
由煤的异相还原的机理可知[6],煤焦的比表面积在NO 的异相还原中也起着重要的作用。
挥发分高的褐煤和烟煤在挥发分析出后通常煤焦的比表面积大于贫煤和无烟煤,因此NO 的还原效果也越好。
表2对不同煤种相同工况下(炉膛温度1200℃、煤种细度80μm 、过量空气系数α=1、再燃燃料所占比例为20%、NO x 初始值为500×10-6左右)的燃烬率进行了分析比较,四种煤燃烬率依次分别为淮南煤93.58%>兖州煤93.09%>郑州煤88.88%>晋城煤86.14%,基本上和煤种挥发分高低一致。
由于淮南煤的固定碳比兖州煤略低,在同工况下燃烬率略高。
煤灰的化学组成成分不同,对再燃效果也有一定影响,主要表现为煤灰成分对再燃反应过程有一定催化作用,而煤灰中的碱性成分可吸收HC N ,而酸性成分可吸收NH 3,从而影响再燃效果。
煤灰成分对再燃过程的影响比较复杂,本文限于篇幅不作深入探讨,表2列出了各再燃燃料的煤灰组分。
表2 不同煤种试验灰分分析T able 2 Ash analysis for different coals reburning in same conditionSam ple Fe 2O 3w Π%MgO w Π%CaO w Π%T iO 2w Π%Al 2O 3w Π%S iO 2w Π%Carbon content in fly ash w Π%Burnout ratio w Π%Huainan 13.690.997.12 1.1426.8846.43 3.9093.58Y anzhou 5.070.75 2.53 1.7338.5050.26 4.4293.08Zhengzhou 7.08 1.14 4.45 1.2328.9648.337.4588.88Jincheng12.501.285.531.2620.5446.709.5686.147412期周 昊等:煤种及煤粉细度对炉内再燃过程脱硝和燃尽特性的影响2.2 煤粉细度的影响 图3给出了淮南烟煤细度的变化对脱硝率的影响(炉膛温度1200℃,α=1,再燃燃料比例20%,NO x 初始值500×10-6)。
由图可见随煤粉变细,脱硝率逐渐增加。
细度越细,煤粉的燃烧速率增加,由于O 2的加速消耗,颗粒表面附近的氧分压力降低较快。
煤粉燃烧过程碳颗粒表面的还原气氛加强,还原反应更加充分。
粒径从20μm 到80μm ,还原效率从40%降到了27%。
对再燃燃料比例占20%时的试验工况进行尾部抽样灰分分析,随着煤粉粒径的增大,燃尽率依次为93.86%>93.68%>93.58%,可见随细度的变粗燃尽率减小,但对于燃尽性能较好的烟煤,燃尽率受细度影响相对较小。
图3 煤粉细度对再燃脱硝率的影响Figure 3 E ffects of coal fineness on reburning performance图4 停留时间对再燃脱硝率的影响Figure 4 E ffects of residual time on reburning per formance(1)t =1.4s ;(2)t =1.2s ;(3)t =1.0s ;(4)t =0.8s2.3 停留时间及再燃区燃尽高度的影响 图4给出不同停留时间对脱硝率的影响曲线。
从图中可以看出,淮南煤随着再燃区停留时间的增加,NO x 的降低显著增加。
再燃燃料投入位置的选择对NO x 的还原效果和锅炉燃烧效率影响较大。
不同的喷入位置所形成的燃烧环境不同,燃料在炉内的停留时间不同,所取得的效果也不同。
通常所选择的位置应该温度相对比较高,可以形成微还原性气氛,并且能够保证有足够的反应停留时间。