温度和SiO_2添加物对准东煤中碱金属的赋存形态及迁徙特性的影响

针对准东煤富碱金属和燃烧易结焦的问题,研究了温度和SiO2添加物对准东煤中碱金属赋存形态及迁徙特性的影响。结果表明:准东煤中Na主要以水溶态存在,而K、Ca和Mg主要以不可溶态存在;随成灰温度升高,煤中水溶性Na含量显著降低而不可溶性Na含量升高;添加SiO2对准东煤中Na具有显著捕集效果,在降低灰中水溶性Na的同时提高了不可溶性Na含量。     

碱性金属在立式旋风炉上的迁移规律研究

新疆准东煤由于其高碱特性,燃用过程中出现了严重的结渣沾污问题。本文在工业旋风炉及旋风炉试验台上采集样品,通过能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)分析其元素及晶体化合物构成,结合取样处烟温研究碱性金属在旋风炉上的迁移规律。结果表明:碱性金属有向尾部富集趋势,前置室高温下,液态渣可捕获部分碱性金属,燃尽室、过热器及尾部旋风子处出现碱性金属富集;854～1200℃下大量碱性金属硫化凝结在受热面上,726～834℃下部分碱性金属反应生成某些低温共熔体,加重该处受热面沾污;旋风炉全烧准东煤尚需在提高碱性金属元素捕捉率,减少碱性金属向尾部迁移量方面做深入研究。     

新疆准东煤结渣沾污特性研究

通过对某准东矿区煤样进行燃烧特性分析、灰熔点测定、煤及煤灰成分分析和碱金属赋存形式分析,揭示准东煤结渣、沾污机理。结果表明:准东矿区煤质着火稳定性与燃尽性能介于烟煤和褐煤之间;煤中水溶钠居多,有机钠和不可溶钠含量较少,煤中醋酸铵溶性钾占50%以上;煤灰中Na_2O含量达7%,属于典型高钠煤,具有严重结渣和沾污特性,可为锅炉设计、选型以及运行提供理论依据。     

准东煤旋风燃烧火焰光谱分析方法

提出了一种基于主成分分析(principalcomponent analysis,PCA)分离和辐射率多项式拟合的光谱分析方法,能够从光谱仪检测信号中同时反演火焰温度、辐射率和气相Na浓度。在一台旋风炉上开展了试验研究,结果表明,准东煤旋风燃烧火焰在可见光波段满足灰性假设,火焰温度检测误差小于4%。Na的特征谱线辐射强度与气相Na离子浓度成正比例关系,可利用Na在589nm处的特征谱线反演气相Na浓度。旋风燃烧时煤灰中绝大部分的Na会挥发进入气相,配风方式对Na的释放没有影响。在旋风筒尾部气相Na向液渣和飞灰中迁移。     

两大矿区准东煤结渣和沾污特性对比研究

通过燃烧试验研究了五彩湾矿区与将军庙矿区准东煤的结渣和沾污特性,结果表明五彩湾煤灰中Ca含量较高且较易结渣,将军庙煤灰中Fe含量较高且较易沾污,在燃烧利用中应区别对待。     

准东煤碱金属在350MW煤粉炉内的沿程分布特性

准东煤以高钠煤为主,在燃用准东煤过程中存在严重沾污、结渣问题,掌握锅炉不同受热面内的碱金属分布特性对锅炉的安全稳定运行具有重要意义。文中采用XRF、ICP-OES、XRD测试方法对某燃用准东五彩湾煤的350MW电站锅炉的沿程沉积样品进行分析。结果表明:水冷壁、一级过热器及末级再热器沉积样硬度较大,屏式过热器沉积样结构疏松;对沉积样进行组分分析,发现中低温区域沉积样(末级再热器及一级过热器)以硫酸盐为主,高温区域沉积样(水冷壁及屏式过热器)以硅酸盐/硅铝酸盐为主;末级再热器沉积样结构分层明显,沾污最为严重,其Na含量高于其他区域,且Na含量从贴近管壁内层到外层逐渐降低,同时Ca含量逐渐增加。     

高岭土对准东煤结渣特性影响试验研究

高岭土对防止准东煤结渣有一定的效果,但现有研究多是在实验室条件下进行的,与实际锅炉内应用环境差别较大。为研究高岭土在实际锅炉燃烧环境下对准东煤结渣的影响,本文在一台全烧准东煤的锅炉上,利用一根结渣探针伸入炉内模拟锅炉水冷壁,高岭土粉末由空气输送并喷射到探针表面以验证其防结渣效果。现场试验结果表明:高岭土防结渣效果与其自身组分直接相关,若高岭土中本身碱金属质量分数就偏高,则无法缓解准东煤的结渣。     

高碱煤燃烧过程中屏式过热器分层结渣机理研究

中国的准东煤储量巨大,但由于其Na、Ca含量较高,燃烧准东煤的锅炉炉膛出口过热器表面上结渣和沾污问题严重。为了阐明其结渣机理,对某350 MW锅炉出口屏式过热器（烟气温度1 000 ℃左右）的焦样进行分析,发现焦体内部存在明显的分层结构,不同层焦样中元素含量明显不同,化合物形态也存在较大差异。这是由于在焦体发展过程中,随着沉积表面温度逐渐升高,焦体的灰颗粒之间发生差异较大的物理化学反应而形成的。通过对不同层焦样的化合物形态进行整理并详细分析,最终提出了各层不同化合物的形成机理。     

准东煤的燃烧特性及对策分析

准东煤为低灰份、低硫、低中灰熔点、高水分、高挥发份、中高热值、高Na、高Ca,属于强结焦性、强沾污性燃料。煤中的高钠含量是导致燃高钠煤锅炉受热面沾污、结渣的主要影响因素。在目前的锅炉设计技术下,采取适当优化措施,同时综合运用运行控制、原料预处理、增加添加剂等都方面的手段,初步可以解决准东煤在煤粉锅炉上燃用问题。     

准东煤一维炉燃烧结渣特性试验

本文采用XRF检测仪、XRD衍射仪和FSEM-EDX分析仪对4种典型准东煤进行一维炉试验,研究硅碳化硅棒收集到的灰渣样的矿物相特征及化学组成。结果表明:高钠煤在高温区渣棒上的渣样表现为黑色熔融状实心球体或油膜,极难除去;低钠煤渣棒上则是通过熔融形成的多气泡渣样或疏松灰样,易于消除;高钠煤渣棒上渣样矿物组成包含钠长石和氯化钠等含钠矿物,而低钠煤则包含多莫来石晶体;高钠煤燃烧过程中的富钠组分的沉积是准东煤沾污结渣的主要诱因。     

耦合炉内气相碱金属检测的结渣预报系统研究

高碱煤在燃烧过程中释放的碱金属导致炉膛受热面的沾污、结渣问题，影响锅炉运行的安全性，开展炉内结渣趋势的判断研究具有重要意义。采用煤灰成分分析的结渣趋势判别方法与火焰发射光谱技术结合，在锅炉上安装了一套火焰发射光谱系统用于检测炉内气相碱金属质量浓度，使用气冷式取样枪在炉膛出口区域开展结渣试验以获得沉积样的沉积趋势。根据在线监测结果，开发了一种动态预测炉内沾污结渣预报系统。试验结果表明，系统能够实时反映燃烧工况下各参数的监测结果，可以对当前燃烧状态下的结渣趋势进行提示，为预防结渣和进行燃烧调整提供参考。     

氧化硅添加剂对准东煤高钙飞灰物相热转化作用的差示扫描量热分析

为研究氧化硅添加剂粒径和掺加比对防治准东煤结渣沾污的影响,使用差示扫描量热仪(differentialscanning calorimeter,DSC)研究准东煤高钙飞灰和2种不同粒径氧化硅的掺混样品的升温热流特征,并使用X射线衍射分析加热样品的物相变化。结果表明准东煤飞灰中含钙相的显著热转化和氧化硅添加剂的作用均发生在810℃以上温度,添加剂促进高钙飞灰加热产物的钙黄长石向钙长石转化。2000目氧化硅的防治效果比100目氧化硅的更好。硅灰比为1:9时2000目氧化硅可使飞灰DSC吸热谷温度延后50℃,有效地减缓飞灰熔融物质的生成,但是硅灰比增加到1:1时,其减缓飞灰生成熔融物质的效果并不更显著。工程上使用氧化硅添加剂防治准东煤的结渣沾污时,选择粒径小的添加剂可能比增加氧化硅的掺加量更有效。     

330MW燃准东煤电站锅炉烟气沿程灰沉积特性研究

准东煤作为优质的动力用煤因其在燃烧过程中沾污污、结渣问题严重,制约了此煤炭资源的有效利用。因而掌握其结渣、沾污机理对准东煤得以广泛应用有重要意义。文中借助ICP、SEM-EDX、XRD及灰熔点测试手段对燃烧准东宜化煤的330MW电站锅炉烟气沿程沉积样分析研究,结果表明:后墙水冷壁、后屏再热器至低温过热器处沉积样均由松散的大小不一的小球及渣块混合而成,分隔屏过热器与后屏过热器沉积样呈现大的骨架结构;根据沉积样形貌、组成成分及矿物组成分析,将沉积样分为硅酸盐类与硫酸盐类,分隔屏过热器与后屏过热器为硅酸盐类沉积样,后墙水冷壁、后屏再热器至低温过热器为硫酸盐类沉积样;硅酸盐沉积样黏度、灰渣熔点较高,而硫酸盐沉积样黏度及灰渣熔点较低。     

100 MW机组锅炉油页岩掺烧准东煤试验

我国淮东煤和油页岩储量丰富,但在燃用淮东煤和开发油页岩时均遇到阻碍,二者互补掺烧有望取得良好效果。对此,在100 MW机组上进行了油页岩掺烧准东煤的试验研究,从燃料特性、煤粉细度及均匀性、烟气温度变化、炉内沾污结渣情况、热损失与热效率等方面对系统掺烧后锅炉的安全性和稳定性进行了评估。结果表明:掺烧油页岩并大幅提高准东煤燃用比例后,煤粉颗粒细度稍有增大,均匀性变差;排烟温度呈波动性降低趋势,炉内沾污和结渣情况不明显,飞灰可燃物质量分数大幅降低,锅炉热效率最大提高约1%。     

磷酸钙对缓解准东高钠-富铁混煤结渣倾向的影响

针对新疆地区高钠煤与富铁煤掺混燃烧中发生的严重结渣难题,本文采用沉降炉探究Ca3(PO4)2在降低高钠-富铁混煤结渣倾向方面的潜力,并结合多种表征方法对探针收集的渣样的成分、矿物相和形貌进行了详细分析。结果表明:添加3% Ca3(PO4)2即可显著提升准东混煤的灰熔点,软化温度提升幅度高达200 ℃,变形温度提升150 ℃;对于高钠与富铁质量比为40:60的原混煤,炉内1 200 ℃位置非冷却探针表面黏附的灰渣呈熔融状,其致渣组分主要为Fe2O3和含Si-Al-Ca矿物相的低温共熔体系;添加Ca3(PO4)2后,1 200 ℃区域探针表面黏附的灰渣基本呈颗粒状,熔融度降低,而在1 000 ℃区域探针表面收集的灰样变为松散状且易于吹除;掺混3% Ca3(PO4)2后黏附灰渣的熔融度降低的主要原因为Ca3(PO4)2能结合含Na、Ca组分生成高熔点的Ca5(PO4)2SiO4和Na3Ca6(PO4)5,有效固留气态含钠组分,减少含碱金属/碱土金属组分的冷凝以及它们同含Si、Al矿物相结合发生低温共熔反应的可能性,该添加剂在减小高钠-富铁混煤结渣倾向方面具有较好的效果。     

新疆准东煤特性研究及其锅炉选型

利用西安热工研究院有限公司燃烧试验台,对准东煤的着火、燃尽、沾污和结渣特性等进行了研究。结果表明,准东煤的着火、燃尽性能优良,而沾污、结渣严重。对于在役锅炉,应加强电厂堆、配煤管理,合理控制准东煤掺加比例;优化锅炉运行方式,适当提高易结渣部位的吹灰次数。对于新建锅炉,应重点从燃烧方式、炉膛热负荷、炉膛出口烟温、煤粉细度和吹灰器布置等方面进行优化,防止受热面的沾污和结渣。     

煤粉锅炉高比例燃用准东高碱煤试验研究

准东煤储量大、开采成本低,是新疆准东地区最经济的动力煤种。但准东煤结渣、沾污性极强,严重制约锅炉安全稳定运行。准东地区锅炉通常需要掺烧20%以上低碱煤,而该地区低碱煤储量少、价格贵,发电厂降本增效受到严重制约。为了促进企业降本增效,在五彩湾电厂350 MW机组锅炉上开展了高比例燃用准东高碱煤试验研究。采用燃料燃烧全过程协同优化策略防控锅炉受热面结渣沾污,向煤中添加高岭土调控煤灰成分,对制粉系统、燃烧系统、吹灰系统的运行参数进行了深度优化。现场试验结果显示：协同优化策略解决了该型锅炉长期存在的水冷壁大面积流渣、燃烧器喷口结渣堵塞、对流受热面严重沾污的难题,锅炉运行安全性和带负荷能力大幅度提高,入炉煤结构可长期保持为92.5%准东高碱煤+7.5%高岭土,综合经济效益显著。     

准东煤锅炉掺烧时煤灰成分控制研究

为了提高准东煤锅炉掺烧低钠煤或者高岭土的安全性,并给出明确的掺烧原则,本文通过分析准东煤、低钠煤以及高岭土的煤质特点,近30台掺烧准东煤锅炉设计煤质和入炉煤质特点,结合不同矿区准东煤在一维火焰炉上的结渣和煤灰烧结沾污性能测试结果,得到了影响准东煤锅炉安全运行的关键煤质指标。结果表明:为了保证准东煤锅炉的安全运行,必须控制入炉煤煤灰中的w(Na2O)、w(Fe2O3)、w(CaO)、B、B/A×w(Na2O)等指标在一定范围内,即w(Na2O)≤4%;w(Fe2O3)≤10%,当w(CaO)>15%时,w(Fe2O3)≤8%;w(CaO)≤20%,B≤36%,B/A×w(Na2O)≤2.3。对于XY电厂锅炉,短期满负荷运行可考虑掺烧准 混2,其次是准混1,在80%及70%以下负荷可考虑掺烧准混3和准混4。建议采用预混掺烧方式,以更好地防治结渣和沾污。     

100％全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉关键参数设计

准东高碱煤属于高全水分、中等热值、低灰分、特低~低有害元素含量（低磷、特低氯、特低氟、低砷含量）、易磨、极易着火和极易燃尽煤种,燃烧性能优良,但由于准东高碱煤煤灰中碱金属尤其是Na₂O含量较高,具有严重结渣沾污倾向。本文以600 MW等级机组为例,对现役机组掺烧高碱煤运行性能进行分析,并参考现役350 MW全烧准东煤锅炉运行状况,对炉膛关键参数采取理论计算与实践经验数据相结合方式,提出了全燃准东高碱煤的660 MW机组锅炉炉膛、受热面、燃烧器、制粉系统、吹灰系统等的关键参数及系统设计布置,可为全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉设计提供借鉴。     

大型准东煤锅炉炉型和燃烧方式选择研究

准东煤灰中的钠、钙含量较高导致其具有严重结渣和沾污特性。本文针对不同炉型和燃烧方式的600 MW等级机组准东煤锅炉,在分析煤质特性和运行性能的基础上,给出了大型准东煤机组锅炉炉型和燃烧方式等关键参数的选择意见和建议,并从高岭土掺烧、干渣机设计、智能吹灰控制等方面提出了具体的运行和优化措施。在不同炉型及燃烧方式下,大型高钠煤锅炉的运行经济性和环保性差别不大,但塔式炉在燃用较低灰分高钠煤时优势明显。建议在新建机组中针对高钠煤的特殊性进行改进设计,通过受热面内移、除渣系统优化、高岭土添加系统一体化设计等手段,实现准东煤经济安全全烧的目标。