高碱煤液态排渣燃烧条件下碱金属释放特性研究

采用液态排渣旋风燃烧技术可优先将煤中Na等碱金属以硅铝酸盐熔渣的形式从炉底排出,从而有效减缓燃高碱煤锅炉尾部受热面的强沾污、结渣问题。高温液态排渣燃烧条件下Na的迁移、释放特性对其在炉内渣膜的捕捉行为影响巨大。为此,在沉降炉上研究了3种典型高碱煤(地表高氯煤、将军庙煤、沙尔湖煤)在液态排渣高温热解—燃烧过程中,煤中Na的释放特性以及Ca、Fe等对Na释放行为的影响。研究结果表明：热解阶段,水溶性Na主要以Na₂SO₄、NaCl等形式释放,1 500℃下释放率为63.1%～68.6%;酸溶性Na主要通过分解或与自由基反应释放,1 500℃下释放率为64.4%～79.2%;高温下,部分水溶性Na、酸溶性Na会与灰中硅铝酸盐矿物反应转化为不可溶性Na。Ca、Fe在热解阶段对Na的释放影响并不显著;焦炭燃烧阶段,水溶性Na和酸溶性Na的释放率达95%以上,灰中不溶性Na分别为3种原煤中不溶性Na的2.64倍、2.28倍和5.6倍,表明高温液态排渣燃烧条件下,高温熔渣对Na具有一定的捕捉作用,且以不可溶性Na的形式固化于高温熔渣当中。     

新疆高碱煤旋风燃烧火焰中气相碱金属的检测与分析

新疆高碱煤中富含的碱金属易挥发进入气相,准确测量火焰中气相碱金属浓度是调控新疆高碱煤燃烧的重要基础。本文采用光谱分析方法对准东高碱煤旋风燃烧火焰中气相Na、K离子体积分数进行了测量。结果表明：在可见光波段,Na的特征谱线为589 nm, K的特征谱线为765.9和769.3 nm, Na、K离子特征谱线辐射强度与气相Na、K离子体积分数成正比例关系;旋风燃烧温度下,煤中绝大部分水溶性的Na离子和全部的K离子会释放进入气相,该过程不受配风方式和氧体积分数的影响;在旋风炉尾部,气态Na、K离子体积分数降低,碱金属由气相向固相迁移。     

准东煤旋风燃烧过程碱金属迁移规律

为研究旋风燃烧过程对碱金属迁移的影响,对比研究了燃用准东煤的旋风炉和室燃炉内碱金属Na、K的迁移规律.结果表明:旋风燃烧条件下Na在渣中的存在形式为不可溶的硅铝复盐,而在灰中的存在形式为硫酸盐和硅铝酸盐;渣中不可溶的K被全部置换进入气相;与固态排渣的室燃炉相比,旋风炉具有较高的捕渣率,水平烟道飞灰中Na、K盐浓度会升高...     

新疆高碱煤沾污结渣特性中试试验研究

为了深入研究新疆高碱煤沾污结渣特性,利用3 MW煤粉燃烧中试平台进行了典型新疆高碱煤燃烧过程中灰的生成及其沾污结渣特性研究。实验结果表明:在炉膛燃烧区域的渣样主要以含铁、钙矿物为主,如:磁铁矿(Fe3O4)、钙硅石(CaSiO_3)等;在高温对流受热面区域,由于煤中Na、K等碱金属的升华、冷凝作用以及沾污层与烟气中SO_2、飞灰颗粒之间的物理化学反应,其沾污层主要以熔点较低的无水石膏(CaSO_4)、无水芒硝(Na_2SO_4)以及Na-Al-Si和Ca-Al-Si的低温共熔体。这些低温共熔体在较低的温度下(850℃~1 150℃)具有较强的黏性,能够进一步捕捉烟气中的飞灰颗粒,加速沾污层厚度的增长,使得新疆高碱煤沾污层增长速度较其他易沾污煤要快得多。     

高碱煤碱金属迁移特性及其对受热面沾污行为的影响

对新疆某台燃用新疆某高碱煤锅炉炉内灰中主要元素及矿物质迁移转化规律进行了实验研究与分析测试。研究结果表明:煤中20%的Na2O和10%的SO3由锅炉底渣排出,而其余部分的Na2O和SO3则随炉内烟气以气态或固态形式进入锅炉受热面,并在末级过热器、末级再热器受热面上主要以Na_2SO_4、CaSO4以及Na-Al-Si等低温硅铝酸盐的形式存在,从而引发锅炉高温受热面发生严重沾污、结渣等问题;通过对锅炉受热面沾污层断面的SEM-EDX分析表明:Na、Fe、Ca、S等元素是引起煤灰初始沾污的主要元素;在致密的初始沾污层上由Na_2SO_4、CaSO4等组成的大量沾污层,约有50%~96.14%的Na和Ca在600℃~850℃温度区间被硫化,且由于Na+的活性高于Ca2+,相同温度下Na的硫化比例要比Ca的硫化比例要高,除非在温度较高的区域(1 429℃),由于Na的蒸发作用,导致Ca的硫化比例比Na的硫化比例要高。     

高碱煤燃烧过程中灰中主要元素的迁移规律

针对我国新疆高碱煤燃烧过程中的强沾污、结渣特性,对某300MW亚临界高碱煤锅炉炉内各受热面的沾污灰样进行了XRF和SEM-EDX分析.结果表明:在800~1 100℃烟气温度区间内,灰样中CaO、MgO和SO3的质量分数较高;当烟气温度降低至600~800℃时,灰样中Na2O、Fe2O3和SO3的质量分数较高,Na2SO4、CaSO4和NaFeSO4等物质是导致高碱煤燃烧过程中高温对流受热面发生严重沾污的主要原因;669~915℃烟气温度区间内的灰样发生初始熔融的温度及其所对应的液相质量分数要高于其他部位的灰样;灰样C颗粒表面附着粒径为2~4μm的富含Na、S的Na2SO4等颗粒,而钠的硫酸盐在高温下具有较高的黏性和较低的熔点,这是导致该温度下发生严重沾污的主要原因之一.     

准东五彩湾煤中碱/碱土金属含量及迁移特性试验研究

了解新疆准东煤中碱金属不同赋存形态的含量及其在燃烧过程的迁移特性对于了解准东煤燃烧过程中的沾污结渣特性具有重要意义。采用以去离子水、醋酸铵溶液、盐酸为萃取剂的有序萃取法测量准东五彩湾煤中不同赋存形态的K、Na、Ca、Mg,研究了不同萃取时间、粒径下煤燃烧过程中碱/碱土金属的迁移特性。结果表明,采用有序萃取法测量煤中Na、Ca和Mg含量的推荐测量时间为12 h,而K的则应大于24 h;从大粒径准东五彩湾煤中萃取得到的水溶性Na、Ca、Mg含量相对较少,醋酸铵溶性、盐酸溶性和不溶性含量受粒径影响不大;煤中Ca含量较高,Na、Mg含量次之,K含量较低;可溶性Na占煤中Na的质量分数为90%。Ca和Mg主要以醋酸铵溶性成分存在,可溶性成分占比高达90%;准东五彩湾煤在900℃温度下,约有一半可溶性Na迁移到了气相中,可溶性K同样有较明显的迁移量,但Ca、Mg的迁移量较少。     

富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析

文章探讨了富磷添加剂对生物质燃烧过程中锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的作用机理,分析了其作用效果,考察了燃烧温度、燃烧气氛、生物质种类、Ca/K摩尔比、P/K摩尔比等主要因素对作用效果的影响规律。结果表明,富磷添加剂可以将烟气中的碱金属(主要是钾)和氯元素固定于底灰中,生成高熔点化合物,减轻碱金属熔融结渣和氯腐蚀。同时,添加剂改变了灰的物理和化学性质,使灰松软不易烧结,从而有效减轻了生物质燃烧过程中锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀。     

液渣捕捉高碱煤中碱金属特性及机理

研究了自身液渣与高碱煤界面反应的物相变化、对高碱煤中元素的捕捉率及其迁移特性,进一步结合量子化学理论研究其行为机理.结果表明:外层渣主要物相为CaSO_4,同时有丰富的Na、K复盐;高碱煤中Na、K大量迁移到液渣中,且内、外层渣元素含量不同;不同矿物元素在渣-煤界面反应中有相异的迁移方向;液渣对Na、K的捕捉率为58.15%,、54.15%,,比自身固态灰和在高温区添加高岭土捕捉率高,且在实际应用中应远大于58.15%,;有两种最易反应路径生成KCaAl_3Si_3O_(12)(H_2O)_5.     

生物质锅炉中温过热器结渣机理研究

针对国内某生物质电厂锅炉中温过热器的结渣问题进行了分析研究.采用X射线荧光光谱仪(XRF)和X射线衍射(XRD)技术手段,在确定灰渣成分和结构的前提下,分析了结渣形成与发展的过程,并在此基础上详细探讨中温过热器结渣机理.研究发现,Si是渣块中含量最多的元素,且渣块中Si的含量比飞灰中的含量高了14%左右,在渣块中主要以硅酸复盐的形式存在;渣块中的碱金属主要是Ca、Al、Fe、K、Mg和Na元素,其中Al、Fe元素含量高于飞灰中的含量,说明其在结渣形成过程中富集,对结渣的形成起很大作用.     

过量空气系数对旋风锅炉纯高碱煤燃烧及NOx释放影响特性研究

针对新型纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉,用数值方法研究了旋风液态排渣锅炉炉内空气动力场、温度场及组分分布特性,揭示了过量空气系数对旋风液态排渣锅炉燃烧及NOx释放特性的影响,确定了最佳过量空气系数.研究结果表明:旋风液态排渣锅炉整体空气动力特性良好,炉内燃烧稳定,颗粒停留时间长;在叶片倾角为30°时,随着过量空气系数α由1...     

温度对准东煤燃烧碱金属释放特性影响的激光测量研究

针对煤燃烧过程中释放的碱金属引起锅炉换热面沾污和腐蚀的问题,通过在线标定,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术定量测量了准东煤燃烧过程中钠和钾随时间的动态释放特性;实验中利用一个自制的多射流燃烧器模拟真实火焰环境,在线测量得到准东煤燃烧过程中碱金属释放过程。实验发现煤燃烧过程的挥发分阶段、焦炭阶段、灰分阶段可以通过测得的碱金属释放曲线进行时间划分;随着温度升高,煤燃烧挥发分阶段、焦炭阶段、灰分阶段的Na、K释放速率均显著增加。     

适合高碱煤的液态排渣卧式旋风燃烧器冷态实验研究

卧式旋风燃烧液态排渣锅炉技术是使大部分灰在旋风燃烧器内形成液态渣膜并从锅炉底部排出的一种锅炉技术,在解决准东高碱煤强沾污结渣问题方面具有一定的优势。采用冷态实验与数值模拟计算相结合的研究方法,分析了旋风燃烧器内的流场结构特性,并对旋风燃烧器结构参数及运行工况进行了优化。研究结果表明:旋风燃烧器中心处速度较小,在距中心线1/3半径处速度达到最大,旋风燃烧器缩口处存在明显的回流现象;二次风喷口离旋风燃烧器出口较远时有利于流场的稳定,缩口尺寸增大时回流区域变大且旋风燃烧器内风速趋于均匀。     

深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。     

一次风叶片倾角对旋风液态排渣锅炉燃烧及NOx释放特性的影响

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉,采用数值模拟方法研究了不同一次风叶片倾角下该锅炉炉内空气动力场、温度场及各组分质量分数分布特性,分析了一次风叶片倾角对炉内燃烧及NOx排放特性的影响.结果表明:旋风液态排渣锅炉炉内空气动力场良好,烟气充满度高,错列逆向布置的旋风燃烧器可强化燃烧;在所选工况范围内,随着一次风叶片倾角的减小...     

降低高钠煤碱金属含量预处理技术研究

我国新疆准东地区煤炭资源丰富,但煤中Na等碱金属含量高,燃烧后易在尾部受热面结渣,影响锅炉机组正常运行。本文从高钠煤中钠的存在形式及碱金属迁移规律研究出发,介绍了高钠煤的预处理技术现状,并进行了技术对比。     

洗煤对高碱煤碱金属迁移及灰熔融特性的影响

针对燃用某高碱煤种遇到的强沾污、结渣难题,对典型高碱煤种分别用去离子水、1 mol/L硝酸和1 mol/L醋酸铵进行了洗煤,并用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICPOES)、X射线荧光仪(XRF)、和X射线衍射仪(XRD)等分析测试仪器对不同溶剂洗煤前后煤中的碱金属元素、矿物质组成进行了分析与测试。研究结果表明:3种洗煤介质对煤中Al和Si几乎没有脱除效果。但去离子水对煤中Na、K、S、Fe的脱除率在50%左右;硝酸和醋酸铵能对煤中Ca和Na的脱除率达到90%左右;洗煤后煤灰的熔融温度虽然变化不大(DT升高11~42℃),但洗煤后由于Na、S等碱金属的脱除,使得在灰的熔融过程中,初始液相析出温度由原煤的700℃升至900℃(硝酸)和1 100℃(醋酸铵);且初始液相析出的质量百分比也由17wt%降低至5.38wt%(去离子水)/5.09wt%(硝酸),这对降低高碱煤的沾污程度起着至关重要的作用。     

纯烧准东煤循环流化床锅炉设计与运行研究

准东煤中碱金属和碱土金属含量高,在燃烧过程中极易引起受热面结渣沾污,影响锅炉的安全稳定运行。根据准东煤的煤质特点,分析准东煤燃烧过程中的结渣沾污机理,提出纯烧准东煤循环流化床锅炉设计方案,通过调整受热面的布置方式,使对流受热面避开碱金属蒸气的易结渣沾污温度区间,并开展工程验证。结果显示：不同负荷下锅炉能够稳定运行,且效率均超过93%。在锅炉纯烧准东煤6个月后,受热面表面仅有松散浮灰,表明锅炉可长期纯烧准东煤且不会产生结渣沾污现象。     

准东煤循环流化床气化过程中的矿物质转化行为特性

基于0.25,t/d高碱煤热化学转化热态试验台,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜-X射线能谱(SEMEDX)和电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)等手段,研究了准东天池木垒煤在煤气化过程中的矿物质转化行为.结果表明,天池木垒煤中含有大量Ca和Na,且主要分别以CaSO_4和NaCl的形式存在,其他矿物质元素多以硅铝酸盐矿物形式存在;在煤气化过程中,Na的硅酸盐是引起底渣聚团的主要原因,K、Mg、Fe、Ca等元素组成的低温共熔体和复合硫酸盐对聚团起低温助熔剂的作用;挥发的Na会在飞灰颗粒表面富集,导致尾部受热面出现积灰沾污现象,同时飞灰中有富Ca絮状物生成.     

硅铝矿物对将军庙煤中碱金属Na迁移转化特性影响的研究

采用实验和数值计算的方法研究新疆煤在高温燃烧条件下添加硅铝矿物后碱金属Na迁移转化特性的影响。通过实验获得高温条件下煤粉燃烧生成的碱金属Na的赋存形态,在此基础上通过计算软件FactSage得到硅铝矿物对碱金属Na迁移转化特性的影响。研究结果表明：硅铝矿物在煤燃烧过程中对含Na物相有良好的捕捉效果,抑制气相Na的生成;SiO₂对含Na物相的捕捉固化效果明显,SiO₂添加量越多,对气相Na的释放有较好的抑制效果;Al₂O₃对含Na物相也有捕捉固化效果,也会抑制气相Na的释放,但其与Al₂O₃添加量相关性较小;硅铝矿物的混合物对含Na物相的固化和捕捉效果最好,对气相Na的生成也具有较强的抑制作用。同时计算结果表明温度是影响气相Na释放量的决定因素,是影响含Na物相生成量和占比的主要因素。