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。     

恒温下准东煤粉燃烧特性研究

针对准东煤碱金属含量高导致灰熔融温度低、在燃烧过程中容易造成沾污及结焦等问题,利用恒温热重实验系统,研究了准东煤的燃烧特性及温度、煤种掺混等对燃烧特性的影响。实验结果表明：单煤煤种燃烧过程中,不同煤种燃尽时间、燃烧速率存在显著差异,其中路茂通坎乡煤种和永华金泰煤种差异最大,路茂通坎乡煤种易着火,燃烧速率快,燃尽时间短;随着温度升高,单煤燃烧失重曲线发生左移,燃尽时间缩短,燃烧速率上升,表明温度升高会加速煤粉燃烧,并且1 000℃后提高温度对焦碳燃尽的促进作用更明显;掺混燃烧过程中,掺烧高挥发分的煤种可以有效改善煤粉燃烧初期着火特性,而掺烧高固定碳煤种可使燃尽时间延长,从而降低燃尽率;混煤掺烧能够提高灰熔点,有效改善准东煤熔融特性,从而在煤源方面减少或者避免炉膛受热面沾污、结渣,确保锅炉运行的安全性和经济性。     

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。     

准东煤与福建无烟煤燃烧特性的对比实验研究

通过对比准东煤与福建无烟煤的煤质分析、燃烧特性指数、燃烧动力学参数等,分析了准东煤与福建无烟煤的燃烧特性差异。结果表明：准东煤的挥发分明显高于福建无烟煤,属于极易着火的煤种；福建无烟煤与准东煤硫分低,燃烧中对环境污染小,但灰熔点都相对较低,容易结渣；准东煤的热重曲线较福建无烟煤向低温区偏移,峰区较宽,燃烧失重峰为双峰,着火方式由非均相着火向均相着火转变。准东煤的综合燃烧特性指数较大,表观活化能小；准东煤的煤反应活性和燃烧特性明显优于福建无烟煤。依热重分析,准东煤与福建无烟煤的着火温度分别为673.17 ℃和397.49 ℃,燃尽温度分别为803.05 ℃和741.18 ℃,活化能分别为191.39 kJ/mol和26.32 kJ/mol,综合燃烧特性指数分别为3.162×10-5和2.775×10-3。     

恒温下准东煤及其混煤燃烧过程中NO释放特性研究

基于恒温热重-燃烧污染物在线监测系统,通过对NO瞬时释放曲线的分析,并结合燃烧反应动力学计算,研究了恒温条件下燃烧环境温度对准东煤燃烧过程中NO释放特性的影响。结果表明：随温度升高,单煤和混煤燃烧过程中NO的释放时间会显著降低,释放速度显著提高;煤种成分的差异会导致NO释放特性的差异,固定碳挥发分的质量分数对NO释放有影响,而灰分的质量分数对NO释放无影响,当高固定碳、高挥发分的煤与低固定碳、低挥发分的煤进行掺混燃烧时,混煤的NO释放量和释放速率会降低。当燃烧过程中掺混北山煤时,混煤NO释放量低,释放速率慢,可以看作是一个较为优良的混煤掺烧方案。     

高岭土对新疆高碱煤沾污结渣特性的影响研究

为深入研究高岭土对减缓新疆准东高碱煤沾污结渣特性的影响规律与作用机制,利用3 MW_(th)多功能煤燃烧中试平台模拟实际电站锅炉四角切圆燃烧环境下研究高岭土对新疆准东高碱煤燃烧过程中灰的生成及沾污结渣特性的影响。试验结果表明:高岭土成分以SiO_2为主,虽然SiO_2单质熔点高达到1 730℃,但煤灰中SiO_2主要以非晶体状态存在,有时可提高熔融温度,有时则起到助熔作用;添加10%高岭土后,其炉膛结焦比纯烧准东高碱煤要好一些,虽然仍有流渣,但其渣的致密程度要比纯烧准东高碱煤要低;在炉膛燃烧区域准东高碱煤的碱酸比(B/A值)高于添加高岭土对应灰样的碱酸比值,而在高温对流受热面烟温区域(末级过热器、末级再热器区域),添加高岭土后其灰样的碱酸比值比燃准东高碱煤工况下灰样的碱酸比要低,添加高岭土后,与纯烧准东高碱煤相比,高碱酸比分布温度区间沿烟气流向方向向后推移,即易发生严重沾污的烟温区间向低温区域偏移。因此,相同条件下其在对流受热面上的沾污烧结程度要低,添加高岭土对降低锅炉对流受热面发生大面积沾污具有一定的效果。     

准东高钠煤循环流化床煤气化特性

针对新疆准东高钠煤由于碱金属Na含量高而在直接燃烧时出现沾污严重的问题,基于0.25,t/d高碱煤热化学转化试验台,对准东高钠煤在不同煤气化反应温度下的气化指标(煤气成分、热值、冷煤气效率和碳转化率)特性进行了试验研究,并与对比煤种神木煤气化特性进行了对比分析.试验结果表明:准东高钠煤在循环流化床煤气化过程中运行平稳,随空煤比增加,煤气化反应温度升高,冷煤气热值降低,冷煤气效率先升高、后降低,在900,℃时达到最大,对于神华准东煤,其最大冷煤气效率为32.26%,,对于沙尔湖准东煤,其最大冷煤气效率为41.47%,,碳转化率则不断增大;与神木煤相比,准东高钠煤具有较高的煤气化反应活性,较高的冷煤气效率和碳转化率,在900,℃煤气化工况时,神华准东煤及沙尔湖准东煤冷煤气效率比神木煤分别高3.6%,和12.81%,,碳转化率分别高19.7%,和28.37%,.     

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。     

不同采矿深度准东煤物化特性和燃烧性能研究

选取天池能源浅层和深层煤样进行研究,以大同烟煤作为对比,了解采矿深度对煤质及燃烧特性的影响,为准东煤的勘探和燃烧提供必要的理论依据。研究发现,随着采矿深度的增加,煤中水分减少、灰分降低、发热量增加、含硫量减少,煤质更加接近烟煤;煤灰中Fe2O3明显减少,煤的结渣趋势减轻;煤的着火温度略有降低,燃烧速率提高,燃烧特性变好。与大同烟煤相比,准东煤高水分、低发热量、低氮含量,燃烧时着火温度显著降低且燃烧速率低。     

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...     

高碱煤中钠基化合物对灰熔融特性的影响

选取新疆准东煤田高钠煤(五彩湾煤和天池煤)为研究对象,研究了准东煤中碱金属钠的赋存形态和钠基化合物对煤灰熔融特性影响机制.向低温灰中添加不同比例的Na_2O然后制取其高温混灰,利用X射线衍射仪分析矿物质组分在不同成灰温度下演化规律,探究碱金属钠对准东煤灰熔融特性的影响机制.结果表明:准东煤中钠以水溶钠形式为主;天池煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后趋于稳定;五彩湾煤随着钠含量的增加,灰熔融温度先降低后升高.天池煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中白云石、氢氧化钙分解产生大量CaO,碱金属钠促进CaO与煤灰中Si、Al等反应生成含钙钠的低温共熔体,且有低熔点矿物无水芒硝生成;五彩湾煤掺混10%,Na_2O导致灰熔融温度降低,是由于煤灰中新生成低熔点的钙铁辉石和无水芒硝,且碱金属钠促进钙铝黄长石和镁黄长石等含钙矿物质的低温共熔反应,掺混过量Na_2O导致灰熔融温度升高,这是由于煤灰中生成了大量高熔点矿物质.     

不同灰化温度下准东煤碱/碱土金属的析出特性

实验考察了不同灰化温度下3种不同矿区的准东煤碱/碱土金属的析出特性。结果表明,随灰化温度升高,灰分含量减少,减少程度与煤灰成分有关;不同矿区准东煤灰中碱金属、碱土金属以及氯元素含量差别较大;灰化温度对碱金属 Na、K 元素析出的影响因煤样矿区不同而迥异,与碱金属的赋存形式有关;实验温度范围内(500～815,℃),碱土金属Ca、Mg元素的析出基本不受灰化温度的影响;煤灰中氯元素对碱金属的释放特性有影响。     

添加剂对准东煤结渣特性的影响

针对富碱金属准东煤燃烧易结渣问题,采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司煤燃烧特性试验炉对准东煤进行掺混添加剂的燃烧结渣特性试验。试验结果表明:掺混本种添加剂可以提高灰熔点温度,随着掺混比例的提高,抑制准东煤结渣的作用增强。进一步分析显示添加剂的加入未明显改变渣层的晶体结构,其对结渣的抑制作用主要源于其与渣层的高速碰撞、摩擦和冲刷导致渣层疏松。     

准东煤灰熔融特性试验研究

将神华准东煤（神华煤）和天池能源准东煤（天池煤）与碱沟煤按照不同质量掺混比进行混合并制得灰样,将NaCl、CaO、Al2O3和SiO2按不同添加比例加入神华煤和天池煤并制成灰样,对上述混合灰样的熔融特性进行研究.结果表明：碱沟煤掺混2种准东煤后,随着准东煤质量掺混比的增大,混合灰各个灰熔点特征温度先降低后升高;随着灰样中Na含量增加,准东煤灰样的变形温度显著降低,软化温度、半球温度和流动温度先降低后趋于不变;当灰样中Na含量达到一定比例后,NaCl对准东煤灰熔融特性的影响明显减弱;CaO对准东煤灰熔点的影响较复杂,可以降低也可以提高灰熔点;随着Al2O3添加比例的增加,准东煤灰熔点先升高后急剧降低;随着SiO2添加比例的增加,神华煤灰样的变形温度先升高后降低,而天池煤灰样的变形温度逐步升高,其他3个特征温度均逐渐降低.     

生物质与煤混烧灰的熔融性实验研究

为解决生物质与煤混燃存在的结渣积灰问题.以稻秸秆、白杨木屑、稻壳和煤在不同配比下混合燃烧的灰分作为研究对象,利用HR-3C灰熔融性测定仪研究了生物质与煤混合燃烧的熔融特性.研究表明:生物质燃料中碱金属含量比煤中的含量要高,提高生物质的掺入比总体上会使灰熔融温度降低;此外,对于二氧化硅含量不同的生物质燃料其灰熔融性有所差...     

循环流化床锅炉燃用巴基斯坦塔尔褐煤试验研究

在3 MW循环流化床锅炉(CFB)燃烧试验台上开展巴基斯坦塔尔褐煤燃烧特性、沾污特性、排放特性等试验研究.试验结果表明:巴基斯坦塔尔褐煤为高水分、高挥发分、低灰分、低灰熔点、低热值褐煤,极易着火、易燃尽;煤中碱金属含量较高,存在较强沾污风险;石灰石纯度高、活性好,脱硫效果明显;通过合理的控制相关运行参数,可控制较低的S...     

电厂燃用准东煤结焦原因分析与解决措施

为解决电厂燃用准东煤后各级受热面出现的大面积沾污结焦问题,对五彩湾电厂煤样、灰样及焦块样品进行了化学成分与内部结构分析。与神府煤及大同煤对比后发现,准东煤中Na、K等碱金属元素含量较高;焦块内部为多层结构,最底层的碱金属细颗粒强化了煤种的积灰结渣倾向;计算了各煤样的污染指数与结渣指数,佐证了准东煤高含量的Na_2O与其强结焦性密切相关。根据分析计算结果,提出控制炉膛温度、调整炉内流场分布、合理选择煤粉细度、提高一次风速、加强炉膛吹灰及掺烧低碱金属含量煤等措施。经调试调整后,锅炉运行平稳,结焦问题得到较好控制,相关经验可为同类机组提供参考。     

新疆准东高钠煤燃烧特性的实验平台设计

新疆准东煤炭储量丰富,但高钠煤占比较高,在电站燃烧过程中结垢严重。文中从沾污、结焦的本质出发,对影响钠迁移因素(反应温度、反应气氛等)的实验平台进行了初步设计,为实验研究准东煤中碱金属钠在整个燃烧过程中的变迁形态做准备。文中研究有助于了解准东高钠煤燃烧特性,提高高钠煤的利用率及稳定性。     

灰煤混合燃料的燃烧动力学特性研究

利用TGA/SDTA851e型热重分析仪,对煤及不同灰煤比的混合燃料进行了热失重实验,获得了其热失重特性曲线。采用单个扫描速率的Coats-Redfern法、多重扫描速率的FWO（Flynn-Wall-Ozawa）法和Starink法三种典型的热分析方法求取了各样品的动力学参数。结果表明：随着灰煤比的升高,样品燃烧反应平均过程的活化能增高;灰煤比由0升高到0.15时,样品的活化能、着火温度和燃烬温度变化较大;灰煤比从0.15升高到0.45时,活化能、着火温度和燃烬温度变化较小。同时,通过对比几种分析方法的计算结果,认为采用多重升温速率法求取活化能时要谨慎,建议采用单重升温速率法和多重升温速率法相结合来分析燃料的热解及燃烧机理。     

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。