水热提质褐煤的转化利用研究进展

中国褐煤储量丰富,但高含水率、低热值的特点制约了褐煤的加工转化和利用。水热脱水提质工艺由于具备脱水耗能低、脱氧、碳化以及表面改性等深度改性的特点而受到关注。目前,褐煤水热提质研究多偏向于单点的机理研究,而水热提质对于各种煤炭热转化及加工利用的影响及其产业化应用的前景分析缺乏。本文在阐述褐煤水热提质发展历程的基础上,重点探讨了水热提质对水煤浆制浆、液化、气化、热解和燃烧等方面的影响机理,并针对褐煤水热提质工艺和产业化应用存在的问题,提出了推进水热提质煤和水热废水直接制备高浓度水煤浆工业化应用,积极开展水热褐煤提质及转化利用工艺的技术研发,以及将褐煤水热提质与水煤浆气化、煤热解多联产系统、提质煤成型等工艺过程进行有机耦合等建议。     

宝日希勒提质褐煤NOx排放特性试验研究

我国褐煤资源较为丰富,干燥提质技术的日益成熟使其大规模利用成为可能。在多路进风一维炉上,对不同含水量的4种宝日希勒提质褐煤进行了不同分级送风比例、不同燃尽风入炉位置和不同煤粉细度下的燃烧试验。试验结果表明：① 空气分级燃烧能够明显降低提质褐煤的NO_x排放水平;② 为使NO_x排放控制达到最好效果,建议褐煤提质后所含水分以9.0%左右为宜;③ 通过燃烧调整,燃用提质褐煤NO_x排放质量浓度可降低至250~300 mg/m³;④ 在燃用提质褐煤的锅炉设计中,不仅应注重空气分级程度和燃尽风位置的选取,还应统筹考虑煤粉细度和含水量。     

褐煤半焦贫氧旋风燃烧特性研究

在实验室规模的小型立式旋风筒中,对工业制备的内蒙古锡林浩特褐煤半焦的贫氧旋风燃烧特性进行了试验研究。结果表明:在过量空气系数为0.5~0.9时,贫氧燃烧产物的热值在1 500~3 500kJ/m3之间,且随着过量空气系数的增加而降低;随着过量空气系数增加,半焦燃烧碳转化率增高,当过量空气系数0.6时,半焦燃烧碳转化率97%,炉内燃烧区温度升高,在过量空气系数为0.7时,燃烧区温度可达1 280℃,高于灰熔点,这对保证液态排渣非常关键;给料量增加对半焦燃烧特性影响不大,表明旋风筒燃烧室对燃烧褐煤半焦具有良好的负荷调节特性;贫氧燃烧条件下,旋风筒NO的排放质量浓度较低,随着过量空气系数和给料量的增加,旋风筒NO的排放质量浓度提高。     

褐煤半焦旋风燃烧数值模拟

褐煤经低温热解后残余固体半焦的利用一直制约我国低阶煤分质转化和高效清洁利用的发展。本文采用旋风炉燃烧褐煤半焦的方法,通过Fluent软件模拟了不同过量空气系数下旋风炉模型内温度、速度、组分体积分数的分布情况,同时对焦炭转化率和NO_x排放特性进行了研究。结果表明:本文所采用的数值模拟方法可以准确地描述褐煤半焦在旋风炉内的燃烧情况;过量空气系数在0.5~0.7时,半焦在旋风炉内的转化率均大于98.4%,且NO_x排放质量浓度较低,最高仅为144mg/m3。采用旋风炉燃烧可以实现褐煤半焦的高效清洁利用,对我国低阶煤转化利用的发展具有重要意义。     

流化床轻度气化褐煤提质技术的试验研究

基于流态化技术原理,提出了流化床轻度气化褐煤提质工艺技术。该技术有效降低了系统的复杂性,利于大型化应用。在中试装置上完成了相关的试验研究。试验研究表明,经过提质的褐煤,成品水分近趋于0,发热量5000 kcal/kg左右。其化学稳定性与原煤相比明显提高,接近于烟煤的特性。     

半焦循环流化床高氧气浓度燃烧气体污染物排放特性试验研究

在1MW循环流化床富氧燃烧中试装置上,以煤热解后的半焦为燃料,进行了空气燃烧和高氧气浓度(50%O_2)/再循环烟气(recycle flue gas,RFG)燃烧试验,考察了在炉膛平均温度为900℃时不同燃烧气氛对热解半焦燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:半焦可在高氧气浓度O_2/RFG气氛下稳定燃烧,并且从空气燃烧向高氧气浓度O_2/RFG燃烧切换时,中试装置运行平稳。与空气燃烧工况相比,50%O_2/RFG燃烧工况下,工况稳定运行期间尾部CO_2干基浓度平均值可达到90%以上;半焦的燃烧特性得到了改善,CO排放和飞灰含碳量降低,燃烧效率升高;NO排放约为空气下的1/2,再循环NO被还原是减少的主要原因,但N_2O排放略高,与NO排放量级相同;无脱硫情况下,半焦灰自脱硫效率降低,从而导致SO_2排放较高,约是空气的2倍。     

鸡粪与稻壳混合燃料CFB燃烧特性试验研究

为深入了解鸡粪与稻壳混合燃料在循环流化床(CFB)锅炉内的燃烧与污染物排放特性,通过搭设1 MW CFB燃烧试验台,并对混合燃料进行了燃烧特性试验研究。试验结果表明,混合燃料水分和挥发分含量高、灰分低、热值低、灰熔点低,燃烧时具有易着火、易燃尽、易结焦、燃烧效率高的特点;烟气中CO含量高、SO2和NOx原始排放浓度低;另外,混合燃料燃烧后灰渣中碱金属含量高,容易粘结受热面造成积灰腐蚀,在CFB锅炉设计时应特别注意并采取相应技术措施。     

六角切圆燃烧褐煤煤粉锅炉低Nox燃烧技术研究

为了降低六角切向燃烧褐煤煤粉锅炉的NOx的排放量，文中对一台燃用褐煤的670t／h煤粉锅炉燃烧器、采用水平浓淡燃烧和分级送风技术后，进行了NOx排放特性的工业性试验研究。试验中研究了各种送风方式对NOx排放和燃烧特性的影响。试验表明，采用分级送风和水平浓淡燃烧相结合，NOx排放浓度下降了23％以上，达388．3mg／m^3，而锅炉效率有所提高，低负荷稳燃能力有所加强。     

乌拉盖褐煤半焦燃烧特性试验研究

为了解褐煤半焦的燃烧特性,以乌拉盖褐煤低温热解半焦为研究对象,在西安热工研究院有限公司自燃试验台上,采用电厂用煤煤质指标的评价体系及测试方法对其进行了试验研究。结果表明:乌拉盖褐煤半焦属于低水分、低挥发分以及高热值煤种,其燃烧性能优异,极易着火燃尽,着火稳定性较好,与国内典型烟煤性质接近,燃用时无需过多采用稳燃措施;但由于其灰熔融性较低,并具有严重的结渣倾向,为防止尾部对流受热面出现严重的结渣与积灰,建议炉膛出口烟温不高于1 000℃,且在运行中需加强吹灰,对于新建机组锅炉,应采用低氧燃烧技术以及较为严格的分级配风措施,以实现低NOx排放。     

流化床锅炉燃用波黑褐煤燃烧特性试验研究

在东方电气东方锅炉股份有限公司清洁高效燃烧技术试验中心3 MW CFB燃烧试验台上开展褐煤燃料燃烧及排放特性试验研究,并对其流化床燃烧过程中SO_2和NO_x排放及控制手段进行探讨和分析,考察了褐煤燃料的爆裂和结渣特性,为流化床锅炉燃用褐煤燃料提供了宝贵的技术支撑。     

罗马尼亚罗威纳里褐煤在循环流化床锅炉中的燃烧及排放特性

罗马尼亚罗威纳里(Rovinari)超临界(21)(15)(15)MW机组循环流化床(CFB)锅炉设计燃用该地区Pinoasa煤、Rosia煤、Tismana煤,本文对这3种褐煤进行了理化分析,并在(18)MW CFB热态试验台上进行了燃烧特性、排放特性、灰渣特性等试烧研究。结果表明:设计燃料为高水分、中高硫分、高挥发分、低灰熔点、低热值的年轻褐煤,石灰石中CaCO_3质量分数为(24)(21)(13)(23)%;3种燃料采用CFB燃烧具有很好的燃烧稳定性和安全性,在设计床温下运行不存在结焦、结渣和沾污风险,同时爆裂特性较强、着火和燃尽特性优良,污染物排放低,非常适宜CFB燃烧。     

600 MW烟煤锅炉掺烧褐煤问题分析及改造措施

某600 MW机组超临界直流烟煤锅炉,掺烧褐煤后出现再热器减温水量大、NO_x排放浓度高等问题。通过制粉、燃烧系统摸底试验、燃烧调整等方法,分析了问题产生的原因。结果表明:掺烧褐煤后炉膛内燃烧存在一定程度的滞后,火焰中心整体有所抬高,导致了主燃烧器火焰与OFA的相对距离减小,再热器吸热量变大,而火焰在还原区的停留时间过短,一定程度上增加了NO_x排放。通过对燃烧器实际运行工况的计算,提出针对性改造方案并通过数值模拟、冷态试验等方法加以验证后,对该电厂实施了相应改造,改造后锅炉再热器减温水量明显下降,NO_x排放浓度也得到了有效控制。     

低阶煤O2/CO2气氛下燃烧生成颗粒物的特性

选取了2种低阶煤在不同气氛下沉降炉中进行燃烧实验,产生的灰颗收集到粒旋风分离器和低压冲击器中,利用透射电子显微镜和扫描电镜分析亚微米颗粒和超微米颗粒的形态,利用扫描电镜能量色散谱仪联用,透射电子显微镜能量色散谱仪联用和计算机控制的扫描电镜分析灰颗粒的化学元素组成。研究结果表明:O2/CO2燃烧改变超细颗粒物的大小分布和灰中元素的浓度分布,但没有改变细颗粒的生成机制。对于含有更多有机结构矿物质的褐煤,O2/CO2燃烧提高了Fe、Na/K、Al和Si的气化程度,也因此增加了亚微颗粒的浓度,而且褐煤中的Fe元素的气化较为特殊,O2/CO2燃烧氧气浓度的增加提高了Fe气化后在其他粒子上的附着。     

煤粉粒度对煤粉燃烧NOx排放特性影响的试验研究

利用一维热态实验炉分别对不同粒度煤粉燃烧时，NOx排放特性随煤种、过量空气系数、温度的变化规律进行了研究。研究结果表明：NOx的排放浓度与煤粉粒度存在一个煤粉粒度临界值，当煤粉粒度小于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度减小；当煤粉粒度大于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度增大；煤粉超细化后，褐煤、烟煤的NOx的排放浓度明显减少，贫煤、无烟煤则变化不大。     

滇池污泥与劣质褐煤混烧的热重试验研究

利用热重分析法对滇池污泥、劣质褐煤及其按不同比例混合的混合燃料进行了燃烧试验.结果表明,随着污泥掺入比例的增加,褐煤与污泥混合燃料着火温度逐渐降低,但可燃性指数和综合燃烧特性指数降低;污泥的活化能小于褐煤的活化能,并且随着污泥比例的增加,混合燃料的活化能逐渐降低.从混合燃料燃烧的整个过程看,其着火和燃尽特性在某些方面优于褐煤和污泥单独燃烧.     

褐煤及其混煤燃烧NOx生成的试验研究

大气中氮氧化物（NOx)是目前国际上普遍关心的环境保护问题之一。特别是在我国,大型电厂锅炉多燃用两种或两种以上的混煤,因此研究混煤燃烧过程中氮氧化物的排放特性具有重要意义。该文在容量为640MJ／h的煤粉燃烧试验台上,对某电厂燃用的几种褐煤及其混煤的NOx动态排放特性进行了研究。着重考察了氧浓度、煤粉细度、水分、煤粉含氮量以及一二次风比例对氮氧化物排放量的影响。结果表明：过剩氧量对NOx浓度水平影响很大,当其它条件不变时,NOx排放浓度随炉膛出口过剩氧量增大而上升;煤中水分含量的不同,对NOx排放浓度水平有一定的影响;煤越细,NOx排放浓度越高;随着煤粉含氮量的增加,NOx的排放浓度也在增加;一次风率越大,氮氧化物排放量越大。大型电厂锅炉高效清洁燃烧提供了理论依据。     

有机固废和煤掺烧对重金属及颗粒物生成的影响研究

有机固体废弃物（OSW）中含有多种重金属,燃烧过程会随烟气排放,造成一定的环境危害,因此对OSW和褐煤掺混燃烧过程灰分中的重金属迁移和颗粒物生成特性进行了实验研究。结果表明：燃料在燃烧过程中各种重金属的释放不单取决于燃料本身的质量浓度,而且和高温作用下的化学机制密切相关;混合燃料烟气中产生Pb、Cd、As元素的含量明显低于典型燃料和校核燃料单独燃烧时烟气中产生的重金属元素含量;而Cu、Zn、Co、Mn在飞灰中均有较高质量分数;800、850℃下选用的4种燃料制得的灰分的粒径分布均大致呈现单峰正态分布;当温度升高到900℃后,除产生小粒径灰分外,还可能会产生较大粒径的灰分颗粒。     

褐煤自燃特性热重实验及动力学分析

对锡盟褐煤和印尼褐煤进行热重实验,并与大同烟煤、平顶山烟煤、神华低灰烟煤、阳泉无烟煤等煤样进行了对比。通过分析热重曲线,将煤从吸氧氧化到燃烧的整个过程分为物理吸附、水分蒸发失重、吸氧增重、煤受热分解、燃烧和燃尽6个阶段,并得到各阶段的特征温度点。结果表明,2种褐煤的自燃倾向明显大于其他4种烟煤和无烟煤。通过Coats-Redfern积分法研究煤样的氧化燃烧动力学特性,计算煤样的活化能,得到6种煤的氧化过程属于一级化学反应,且褐煤自燃倾向性较强;煤样粒度越小,褐煤自燃倾向性越强;随着氧气浓度的增大,煤样更易自燃。     

烟煤锅炉掺烧褐煤对机组安全经济性影响的研究

燃煤发电厂锅炉多煤种掺烧对机组安全经济运行具有十分重要意义。结合某电厂350 MW超临界烟煤锅炉掺烧蒙西褐煤的试验,分析验证了褐煤掺烧对降低标煤单价、提高锅炉效率、降低NO_x排放等主要指标的影响,取得较好的经济效益;通过掺烧试验探索机组在不同负荷下的最佳配风方案,提出锅炉CO质量浓度在线监测和燃尽风流量占比对低氮燃烧和锅炉效率的影响,一般控制CO质量浓度在200 mg/m³左右、燃尽风比率以7.0%～15.0%为宜,为解决低氮燃烧与燃烧效率之间的矛盾问题提供借鉴;通过优化燃烧调整试验、锅炉液体除焦剂注射试验以及改进锅炉冷灰斗光滑度等综合治理措施,有效缓解了锅炉受热面结焦问题,取得较好效果。可以为电站锅炉配煤掺烧和节能减排提供参考。     

600 MW机组旋流对冲燃烧锅炉在变煤质工况下的燃烧优化模拟

针对某电厂一台600 MW机组旋流对冲燃烧锅炉燃用4种不同热值混煤,采用Fluent软件对该锅炉的燃烧特性进行研究,并在此基础上进行燃烧优化调整。模拟结果表明:混煤燃烧炉内速度场和温度场分布较为对称;总二次风风量不变时,内二次风比例过大或过小均会使NO_x排放质量浓度偏大;特定的内二次风比例下,存在最优的外二次风旋流角度,模拟显示30°为最优的外二次风旋流角度;随着燃用煤平均热值增大,NO_x排放质量浓度逐渐增大,平均热值超过25 122 kJ/kg的入炉煤不适宜在该炉燃用。本文的研究结果可为同类型前后墙对冲锅炉掺烧不同热值煤时的燃烧优化提供参考。