相图法在准东高钠煤掺烧研究中的应用

利用三元相图分析了准东地区高钠煤煤灰的相图特征以及准东高钠煤(南露天矿煤)与低钠煤(将军戈壁煤)掺混后煤灰熔融特性的变化,并对南露天矿煤及其高比例混煤做出结渣性预测。通过一维火焰炉试验验证了三元相图的分析结果,得出南露天矿煤为极易结渣煤种,其掺混比例≥70%时混煤结渣状况严重,推荐南露天矿煤的最大掺烧比例为60%。     

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。     

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。     

掺烧废弃硅粉对准东煤钠迁徙及灰熔融影响的实验研究

将废弃硅粉与准东五彩湾煤掺混燃烧,研究其对准东五彩湾煤钠迁徙及灰熔融特性的影响。实验结果表明：准东煤掺混硅粉后,灰样中的钠显著增加,固钠率随硅粉掺混比例的增加而增加;灰样的灰熔融特征温度随硅粉掺混比例的增加,呈现先降低后升高的趋势,XRD及XRF分析表明,掺混硅粉会导致准东煤灰内的CaSO₄提前发生分解,分解产生的CaO容易形成低温共融的钙铁辉石,是导致准东五彩湾煤灰样熔融温度降低的主要原因,但掺混比例达到9%时,方石英成为灰样内主要成分,能够起到“骨架”作用而导致灰样熔融温度升高。     

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。     

准东高钠煤在液态排渣旋风炉上燃烧及沾污特性试验

准东煤易着火、易燃尽,是优良的动力用煤,但使用过程中沾污结渣问题严重。本文在液态排渣旋风炉上对准东煤进行燃烧试验,通过扫描电镜对灰渣样的显微形貌及成分进行研究,并分析其飞灰烧结强度。结果表明:准东煤在旋风炉上燃烧完全,且可以通过调整风量和配风方式来控制NOx生成;旋风炉内高温段形成的液渣中出现了Fe元素的富集、中低温段灰样中出现了Na、Ca、S元素的富集,旋风炉灰渣中均含有一定量的碱金属元素,液渣中碱金属元素质量分数低于原煤灰中,而灰样中的碱金属质量分数较高;旋风炉飞灰烧结强度高;低熔点组分的Na、Ca硅铝酸盐、硫酸盐是造成结渣沾污的重要因素。     

高钠煤煤灰对NaCl蒸气捕获性能分析

燃用高钠煤锅炉沾污结渣极其严重,极大地限制了高钠煤的燃烧利用及开发。为探索高钠煤煤灰对气态含钠化合物的捕获能力,研究哈密煤煤灰及五彩湾煤煤灰燃烧过程中对氯化钠的捕获性能。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(Inductivelycoupledplasmaopticalemissionspectrometer,ICP-OES)分析钠捕获实验前后高钠煤煤灰样品中钠含量变化进行钠捕获性能研究,并结合X射线衍射仪(X-rays diffraction,XRD)研究煤灰中矿物成分在钠捕获过程中的演变规律以探究煤灰的钠捕获机制。研究发现哈密煤煤灰在810℃时钠捕获能力较强,可通过物理吸附与化学反应固定NaCl蒸气。随着温度的增加H-900的物理吸附能力降低且会向环境中释放自身所含有的钠,导致其钠捕获能力下降。五彩湾煤煤灰中硅铝含量低而钙镁含量高,无法有效地通过化学反应和物理吸附固定NaCl蒸气,W-900处于钠饱和状态,不具备降低烟气中气态含钠化合物含量的能力。     

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。     

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。     

高钠煤燃烧利用现状

对高钠煤燃烧利用现状进行了综述。根据萃取方式,煤中钠的存在形式可分为水溶性钠、酸溶性钠和不可溶钠。介绍了煤阶、显微组分和氯对煤中钠存在形式的影响,概括燃烧过程中煤中钠的迁移规律及其影响因素。在燃烧前期煤中钠可在不同存在形式之间转化,并在燃烧后期由煤中释放出来。阐明了高钠煤燃烧利用过程中的沾污机理:释放到烟气中的钠冷凝在换热面管壁上,并与烟气中物质化合形成硫酸盐,由此造成的沾污是黏结性积灰和高温腐蚀综合作用的结果。最后,结合高钠煤沾污的特点,概述了高钠煤燃烧利用过程中防止沾污与积灰的方法,并讨论潜在的高钠煤提质技术。     

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。     

260 t/h纯烧准东煤循环流化床锅炉设计与运行

新疆准东地区煤以高钠煤为主,具有极强的沾污结渣特性,电站锅炉在燃用准东煤过程中易出现水冷壁结渣,对流受热面沾污积灰,影响锅炉的正常运行。根据准东煤的煤质特点,分析了发生结焦沾污的基本过程,提出了利用循环流化床锅炉循环燃烧的技术特点,通过受热面的合理布置及设计以应对燃用准东煤可能出现的结焦沾污问题,并进行了设计研究和工程应用。锅炉投运后的运行结果表明,该锅炉能够长期纯烧准东煤,运行稳定。在燃煤灰分中Na₂O含量6.0%的准东煤,运行一年后,锅炉各受热面均未出现沾污及结焦现象。在尾部低温省煤器吹灰器投入运行时,锅炉排烟温度能够维持在150 ℃左右。     

准东煤掺烧NH_4H_2PO_4对灰分变化和灰熔融特性的影响

通过X射线衍射图谱分析结合灰熔融性测定,研究了准东煤燃烧过程中的矿物质赋存形态变化及添加NH_4H_2PO_4对准东煤灰分特征和灰熔融特性的影响。试验结果表明,空气气氛下,随着准东煤燃烧温度从800℃升高至1100℃,灰中钠长石、钙铁辉石和蓝方石等熔点较低且熔融性较强矿物质含量升高,灰中主要矿物质皆为助熔性矿物质。煤中添加比例PO_4~(3-)/Na≥0.5、温度800℃以上,混煤灰中生成新的Ca_(2.71)Mg_(0.29)(PO_4)_2、 Al PO_4、 Ca_3(PO_4)_2、Ca_9Fe(PO_4)7、Ca_9Al(PO_4)7、Ca_2P_2O_7和Mg_2P_2O_7等高熔点物质。当PO_4~(3-)/Na 1时,混煤灰熔融性温度明显升高,软化温度由1144℃增加至1418℃(PO_4~(3-)/Na=4),煤改善为中等结渣倾向。可见添加NH_4H_2PO_4能够有效抑制低熔点、助熔性含钠矿物生成,促进高熔点物质形成,提高灰熔融特性温度。     

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(Na_2O)、w(Fe_2O_3)、w(CaO)、B、B/A×w(Na_2O)等指标在一定范围内,即w(Na_2O)≤4%;w(Fe_2O_3)≤10%,当w(CaO)15%时,w(Fe_2O_3)≤8%;w(CaO)≤20%,B≤36%,B/A×w(Na_2O)≤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。     

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。     

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。     

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。     

硫酸钠沉积转化特性及对灰熔融性的影响

Na2SO4是加剧高碱煤沾污结渣特性的重要中间物质。为阐明炉内固相Na2SO4生成转化机理及对灰熔融性的影响规律,采用气相反应动力学分析了Na2SO4(g)的生成,总结了渣层不同温度下Na2SO4的沉积和转化特性,通过灰熔融性和高温矿物演变实验研究了Na2SO4的高温转化及对灰熔融性的影响。结果表明:Na2SO4(g)是气相Na的主要赋存形式。900℃及以下Na2SO4(g)大量凝结并沉积,中低温渣层中的Na2SO4稳定存在。渣层温度沿径向升高,沉积于高烟温区域灰渣外层的Na2SO4熔融,并发生高温转化,与飞灰中石英、刚玉等矿物发生铝硅酸化反应,1 000℃左右大量生成钠长石,硫酸钠含量高时生成钠霞石,高于1100℃进一步转化为钙钠长石、青金石、蓝方石等矿物。Na2SO4高温下转化为低熔点含钠铝硅酸盐,其助熔共晶效应导致灰熔融温度大幅降低,加剧结渣。     

准东脱钠煤煤灰沾污特性试验研究

为了分析准东高钠煤经过脱钠工艺处理以后的煤灰沾污性能,采用煤灰烧结强度、煤灰烧结比例以及200 kW沾污试验台对脱钠煤进行了相关试验研究。结果表明:高钠煤经过脱钠工艺处理以后,仅煤灰中的钠含量降低,其他煤质指标基本不变;准东脱钠煤的沾污性能较原煤有较大幅度降低,但仍属于严重沾污等级,这主要和本次准东高钠原煤煤灰成分中的CaO和MgO质量分数较高有关;对于本文准东脱钠煤,建议炉膛出口温度T_(FEGT)(折烟角尖端垂直方向)960℃,或者将原煤中的钠脱至更低值。