Experimental investigation on ignition and burnout characteristics of semi-coke and bituminous coal blends

Ignition and burnout characteristics of semi-coke and bituminous coal blends were investigated by thermogravimetric analyzer and drop tube furnace. The results showed that the ignitability index and the comprehensive combustion characteristic index of the blends decrease as the blending proportion of semi-coke increases, but the average activation energy of the blends increases gradually. Ignition mode of bituminous coal is changed from homogeneous to hetero-homogeneous ignition with the increasing of semi-coke content in the blends. When the mixing proportion of semi-coke is lower than 45%, the burnout rate is lower than the weighted value in the early stage of combustion and gradually higher than the weighted value with the development of combustion process. However, the burnout is always lower than the weighted value to mix with 67% semi-coke. Increasing furnace temperature from 850 °C to 1050 °C can improve the mid-term reaction process, alleviate the negative effects of semi-coke on the co-combustion process and increase the burnout rate. So less than 45% semi-coke blending ratio and increasing furnace temperature are recommended for semi-coke and bituminous coal co-combustion.     

燃煤机组耦合固废焚烧关键技术研究进展

[目的]燃煤与固体废弃物混合掺烧不仅可以实现固废的能量回收利用,也是实现燃煤发电的碳减排的路径之一。[方法]文章综述讨论了燃煤电站掺混固废的研究工作,主要介绍了基于目前主流的电站锅炉为反应器开展燃煤与不同固废掺混的燃烧应用与技术发展;从燃料经济性、混合燃料的飞灰特征、污染物排放以及碳税角度评价燃煤掺混固废的燃烧技术发展;最后讨论了直接掺混和间接掺混的技术的特点。[结果]燃煤直接掺混固废燃烧时需要尽可能减少对锅炉运行的影响,特别是气体污染物的排放以及飞灰对换热面的影响和飞灰无害化处置。间接掺混可以避免混合燃料燃烧对炉膛的影响,但是需要较高的硬件成本投资且耦合技术较为复杂。富氧燃烧技术依旧需要对现有锅炉结构优化来提高该技术的适用性。[结论]直接掺混可实现性与成本优于间接掺混,且循环流化床燃料适应广的特点有利于燃煤直接掺混固废燃烧技术的应用,随着基于循环流化床的富氧燃烧技术的发展将更有利于实现火电厂的碳减排。     

Characteristics of co-combustion of anthracite with bituminous coal in a 200-MWe circulating fluidized bed boiler

The effect of co-combustion of Vietnamese anthracite with Australian bituminous coal on the performance of a commercial circulating fluidized bed boiler was observed in the Tonghae thermal power plant.The temperature in the cyclone exit of the boiler increased slightly, which caused a decrease in the desulfurization efficiency as the co-combustion ratio of the bituminous coal increased from 40 to 100%. The unburned carbon fraction also increased. Consequently, the fine particles of the bituminous coal had lower combustion reactivity than those of the anthracite.NO_x emissions decreased as the bituminous coal ratio increased, although the fraction of nitrogen in the bituminous coal was higher than that in the anthracite. However, the emission of dust was found to increase due to an increase in the amount of CaO and MgO in the fly ash, which could lower the efficiency of the electrostatic precipitator.From these results, we concluded that the complete switch from the anthracite to Australian bituminous coal was possible, although the efficiency and the operation stability became lower than before. Additionally, as a future study, it is necessary to monitor the instability of the temperature increase and its effect on the prolonged clinker formation in the boiler.     

低NOx排放燃烧技术及燃烧优化的试验研究

介绍了煤燃烧过程中NOx生成机理和电站锅炉采用低NOx燃烧技术.通过对某电厂670 t/h锅炉进行炉膛出口氧量、一次风速、二次风配风方式、燃烧器上、下组的给粉方式、一次风煤粉浓淡比等对NOx排放量、飞灰可燃物含量和锅炉再热蒸汽温度的影响规律的试验研究.得出水平浓淡风煤粉燃烧技术能降低NOx排放量,确定了给出锅炉优化运行方式.试验结果表明燃烧优化调整是提高锅炉运行的经济性和降低NOx排放量的有效方法.     

利用CCD测量炉膛温度场及NOx排放特性试验研究

炉膛火焰中的局部高温是NOx排放量升高的重要原因，利用CCD摄像机对炉膛温度进行了测量，测温原理为双色法。在各种不同工况下。对锅炉负荷、过量空气系数、煤种、炉膛温度和燃烧器运行方式等因素同锅炉NOx排放特性之间的关系进行了实验研究。实验结果表明：随着各种影响因素的改变，炉膛温度相应发生变化，NOx排放亦表现为不同的变化规律。CCD能有效地实时监测炉膛温度，诊断局部高温，从而有助于改进燃烧，调节运行工况，有效降低NOx排放。     

分级燃烧对层燃炉NOx减排的效果研究

将分级燃烧低NOx技术应用于层燃炉,在实验炉中测试了其对NOx排放的控制效果.实验表明,空气分级在不对燃烧构成很大影响的前提下可以达到28%的NOx减排效果,而燃料分级则可降低NOx55%,可见分级燃烧对层燃炉中NOx控制也是有效的.     

神华煤粒径在分级燃烧中对NOx排放的影响

在多路进风一维炉上,研究不同粒径的神华煤在分级燃烧中氮氧化物的排放规律.结果表明:不分级燃烧时中等粒径煤粉氮氧化物的排放较高;分级燃烧时,分级的程度越大,氮氧化物排放越低;普通分级燃烧时粒径的影响很明显,但仍是中等粒径的氮氧化物的排放明显较高;深度分级燃烧时粒径的影响被削弱;在主燃烧区固定风量时,燃尽风的增加会导致氮氧化物的排放略微升高;并且分级燃烧会减少神华煤的飞灰含碳量.     

低NOX燃烧技术及其在我国燃煤电站锅炉中的应用

针对我国以煤为主的电力状况，对我国电站锅炉目前采用的低氧燃烧、空气分级和燃料分级燃烧的各影响因素进行了分析和总结，根据采用某些低NOx燃烧技术后尚不能使燃用低挥发份无烟煤、贫煤和劣质烟煤的电站锅炉NOx排放达到国家标准要求的事实，指出了进一步进行降低燃用以上煤种NOx排放水平的空气分级和燃料分级燃烧技术研究的必要。图2参12     

基于正交设计的分级分区头部流动特性研究

针对某650 MW超超临界燃煤锅炉在深度调峰过程中燃用大同烟煤时无法稳定燃烧的情况开展研究,就如何提高锅炉在低负荷运行中稳燃性的问题,对原煤种进行掺混改良,改变不同富氧燃烧配风方式,利用计算流体力学模拟软件模拟了不同工况的炉内燃烧情况。模拟结果表明：由于锅炉降低负荷运行增加了原煤种的着火难度,固定碳含量低且挥发分高的煤种可以较好适应锅炉运行调整;富氧燃烧可以提高锅炉低负荷运行时的出口烟温,能满足后续脱硝处理的要求;随着富氧燃烧程度的增大,煤粉燃烧耗氧量增加,每秒燃烧的煤粉颗粒数增加,加剧了炉内的燃烧,使燃烧更稳定;当富氧浓度大于27%时,不能高效提高炉内温度,NOx排放量增多;当富氧浓度为27%时,炉膛出口NOx排放量按6%O2折算为负增长的最小值,是该锅炉低负荷投运较为理想的工况。     

自动可调叶栅煤粉分配器在富拉尔基发电总厂锅炉的应用

富拉尔基发电总厂1号～4号炉均已成功地改造安装了自动可调叶栅煤粉分配器。此分配器能在运行中对空气和煤粉分配进行调节,实现了风粉分配由不可控制到有效控制,有效调整炉膛出口温度,避免或减轻炉内结渣,使锅炉的低负荷不投油稳燃能力得到大大增强,并且由于燃料在炉内燃烧被分为过浓燃烧和过淡燃烧两部分,使NOx排放量低于373mg／m^3,机械不完全燃烧损失降低了1．166％,具有良好的经济效益和社会效益。     

木粉与塑料粉循环流化床中共燃的NOx生成研究

为减少废塑料在焚烧过程中NOx的生成及充分利用生物质能,提出在循环流化床中将废塑料和生物质进行共燃的处理方法.在实验室循环流化床装置上进行了木粉和塑料粉的共燃实验,研究了温度、木粉和塑料粉混合比例对NO和NO2生成浓度的影响.实验结果表明:随温度升高,NO生成浓度升高,而NO2生成浓度迅速降低;随木粉和塑料粉混合比例增加,NO和NO2生成浓度均降低;共燃时NO的生成量低于2种物料单独焚烧时其生成量的线性叠加,实验条件下NO的减少量最高达43.3%.为寻找二者共燃时NOx生成的一般性规律,采用径向基神经网络建立了NO生成的预测模型,预测结果表明该模型具有很高的准确性.     

空气分级燃烧低NO_x排放数值模拟研究

由煤燃烧产生的NOx引起的污染受到世界各国的重视.因此研究降低污染物排放成为燃烧研究的重要课题.对某电站锅炉的实际情况,进行了空气分级燃烧降低NOx的数值模拟研究,并和改造后的运行结果进行了比较.结果表明,分级燃烧可有效降低NOx排放,为电站锅炉清洁燃烧提供了依据.     

300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤燃烧特性的数值模拟及经济性分析

对某300MW烟煤/高炉煤气混燃锅炉掺烧褐煤的燃烧特性进行数值模拟和经济性分析,分析了褐煤完全取代烟煤、部分掺烧褐煤和不同高炉煤气掺烧比例等因素对炉内温度场和CO摩尔分数分布的影响.结果表明:褐煤完全取代烟煤后,炉内温度显著降低而炉膛出口烟气温度明显升高,影响了锅炉运行的安全性;褐煤取代部分烟煤后,随着褐煤掺烧比例的增大,炉内温度逐渐下降,炉膛出口烟气温度升高但CO摩尔分数变化不大;在褐煤掺烧比例一定时,随着高炉煤气掺烧比例的增大,炉膛最高温度明显降低且炉膛出口温度升高,CO摩尔分数的峰值逐渐减小;纯烧烟煤的发电成本为117 090元/h,当掺烧40%褐煤和20%高炉煤气时,发电成本降为80 107元/h,发电成本比纯烧烟煤降低了31.59%.     

夹心风对炉内热负荷分布的影响

通过试验研究了四角布轩切向燃烧锅炉炉膛内热负荷分布情况,比较了投入与不投入夹心风时炉内热负荷分布的变化。试验在一小型热态模拟试验台上进行,使用了一种自制的辐射式热流计。试验所用燃料为铜川分煤。结果表明,投入夹心风后炉内热负荷洞 炉膛高度方向的衰减速度加快。     

燃尽风对炉内流动和燃烧过程影响的数值模拟

燃尽风作为降低锅炉NOx排放浓度的一个措施已在我国得到逐步推广应用。应用数值模拟方法，对1台600MW对冲燃烧煤粉锅炉，在满负荷下燃尽风对炉内流动、燃烧和传热过程的影响开展了研究工作。应用混合分数／概率密度函数法模拟湍流燃烧，用P-1辐射模型开展辐射传热模拟，利用拉格朗日／欧拉法处理气固两相间的动量、质量和能量交换，对挥发份的析出采用单步反应模型，采用动力／扩散反应速率模型模拟煤粉颗粒的表面燃烧。研究发现：一方面，燃尽风的应用改善了炉内气流的充满情况，延迟了煤粉燃烧过程氧气的供应，加强了炉内的还原性气氛，降低了炉内最高火焰温度，有利于降低NOx排放浓度；但另一方面。燃尽风的应用将导致煤粉燃烧效率下降。     

层燃炉低NOX再燃烧技术的实验研究

在分析煤燃烧过程中NOx生成及破坏机理的基础上，提出采用再燃烧技术降低层燃炉NOx排放的方法，并通过热态单元体模拟炉，在不同高度上布置再燃燃料喷嘴和燃尽风喷嘴，实验研究了再燃燃料量、再燃区停留时间和主燃区空气过剩系数等因素对层燃炉NOx排放的影响。结果表明：采用再燃烧技术能有效降低NOx的排放，在实验条件下，降低NOx排放的最大值约为60％。图3表1参3     

不同煤种混煤燃烧时NO_x生成和燃尽特性的试验

在一维沉降炉上对无烟煤、贫煤、烟煤及其混煤的燃烧特性进行了研究,分析了不同因素对NOx排放量的影响,并讨论了不同过量空气系数、掺混比及一、二次风比例对燃尽率的影响,试验结果表明：当烟煤的掺混比例为25％,NOx的排放量较低,混煤燃烧时沿程分析结果表明,煤种特性的不同导致NOx排放时有不同的峰值。     

通过煤粉浓缩预热低NOx燃烧器实现高温空气燃烧技术的研究

以煤粉浓缩预热低NOx燃烧器(PRP)为例,说明了通过组织高温烟气回流快速预热低风煤比的一次风煤粉气流,可以在燃煤锅炉上实现具有高稳燃和低NOx排放性能的高温空气燃烧.工业试验和应用表明:PRP燃烧器特殊的预热室结构可以有效控制一次风粉的预热,快速加热煤粉颗粒并使之在达到燃烧器喷口时接近着火温度,因而具有优异的煤种适应性、低负荷稳燃能力和低NOx排放特性,是在燃煤锅炉上实现高温空气燃烧的一种良好的燃烧器.     

Study of optimal pulverized coal concentration in a four-wall tangentially fired furnace

The effect of fuel lean/rich conditions (1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 and 1:6) on the furnace core temperatures, carbon in fly ash and slag and NO_x emissions was investigated in a 1 MW four-wall tangentially horizontal bias fired furnace for Yibin anthracite and Shenmu bituminous, respectively. Results shown that furnace core temperatures increased at first and then decreased along the height of the furnace when anthracite burned. The furnace core temperature at the height of primary air nozzles was the highest when the bituminous lean/rich varied from 1:1 to 1:3, and its trend was similar to the anthracite when the bituminous lean/rich was changed from 1:4 to 1:6. The ignition of anthracite required a heating stage, while bituminous could timely ignite due to high volatile. However, when the bituminous lean/rich was too low resulting in the relative lack of oxygen, it still needed a heating stage. With increased coal concentration, the furnace core temperatures in the primary air section went up firstly and then down, but the carbon in fly ash and slag showed adverse behavior. This was due to the high coal concentration corresponding to high volatile concentration leading to the timely ignition and burnout, causing higher furnace core temperature in the primary air section and decreased carbon in fly ash and slag. Corresponding to the highest furnace core temperature in the primary air section and the lowest carbon in fly ash and slag, the optimal pulverized coal concentration of anthracite and bituminous was 0.796–0.810 kg coal/kg air and 0.586–0.607 kg coal/kg air, respectively. In addition, with increased pulverized coal concentration, the NO_x emissions reduced quickly with a slight decrease in the range of the optimal pulverized coal concentration.     

燃用褐煤锅炉改烧烟煤时干燥剂的计算及选取

200MW褐煤机组在全改烧省内烟煤时,进行了改前改后的对比性试验,试验中发现,锅炉可满足全烧省内烟煤,锅炉效率基本达到烧褐煤时的设计值,燃烧稳定,未发现结焦,但制粉系统存在磨出口温度高、含氧量高等问题,通过对干燥剂的重新热力计算及选取,确定以“高温炉烟 热风 压力冷风”为合理的干燥方式,并满足制粉系统的防爆要求。