燃煤积焦处理

国煤炭资源分布不均,煤炭资源品种繁多,造成不同煤矿的煤质差别也很大。随着燃煤发电机组容量的大型化,煤燃烧特性与锅炉的匹配问题也更加突出。动力用煤的燃烧特性直接影响着锅炉运行的安全性和经济性,已成为有关部门的重大研究课题。因此研究锅炉混煤掺烧对火力发电厂的发展有重要意义大唐国际云岡电厂二期工程为热电联产综合利用项目,除热电工程外,还有与其相配套城市污水处理以及灰渔综合利用工程。机组建成投产后,既可以解决大同市居民冬季采暖和集中供热的问题,又可以使民用燃煤小锅炉的数量减少,大同地区空气质量将得到改善,符合国家对环保的要求。二期工程建成后,大同地区的供电能力将大大提高,投资环境和旅游环境得以改善,城区人民的生活条件不断完善,具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。该工程被列入山西省“十一五”期间重点建设项目。云闪二期工程为2X300MW燃煤空冷供热机组,配置武汉锅炉厂生产的WGZ1100/17.5-1型亚临界自然循环锅炉,采用五台ZGM95QG型MPS中速磨煤机,正压直吹式制粉系统、燃烧器摆动调温、四角切圆燃烧、一次再热、单炉膛平衡通风、固态排渔、全钢悬吊结构、三分仓容克式空气预热器、紧身封闭布置的n型汽包炉。等离子点火启动,设计煤种为大同烟煤。锅炉主要参数见表1:表1-1锅炉主要参数(BMCRI:况)最人选续蒸发M过热器山口蒸汽过热器山口蒸汽再热蒸汽流M再热器进/出口蒸^^汽压力llOOt/h17.5MPa540°C907.65t/h3.79/3.59MPa再热蒸汽(热段)再热蒸汽(冷段)给水温度排烟温度锅炉保证热效率温度温度540°C327.rC279.9°C129.9°C93.64%随着能源的R益紧张,煤炭资源也日益严峻,尤其是燃煤火电机组,全国大部分火电机组燃用煤种都不同程度偏离设计煤种,为降低燃料成本,掺烧劣质煤成为必然。大唐国际云闪发电有限责任公司二期机组自投产以来,由于受到煤炭市场因素影响,公司决定将掺烧一定比例的劣质煤。自2010年6月2円首列火车褐煤进厂,二期工程6月13円起开始掺烧,在接下來的短短2个月时间内,公司累计掺烧褐煤4万余吨,每天掺烧量从最初的300吨达到2000吨,掺烧比例也从7%稳步上升到20%。为了不影响脱硫效率,力争在最大限度降低燃料成本的同时实现安全、环保、效益的统一,公司技术人员结合机组工况进行反复测算,与掺烧25%、30%等较2平北屯力人学硕?位论文的社会和经济效益,国内外学者都对混煤燃烧方面做了大量的研究工作。很多研究者不同程度地对混煤的热解性、着火点、燃尽性、结澄性及污染物排放特性和最佳混煤配比等做了大量的研究工作,为电厂掺烧混煤提供了一定的指导依据。1.2.2国外混煤掺烧技术研究现状从于二十世纪七十年代中期开始,国外学者就对电厂燃用混煤开始进行研究。美国电力研究协会(EPRI)于1989年开发完成了煤质影响模型(CQM),并开始了煤质专家系统(CQE)的幵发。英国IEA煤炭研究所也对12个国家的60个电厂进行了调查,从电厂实践和经验来确定煤质对电厂运行的影响Jones等人在小型实验炉上进行了8种煤质的燃尽性能实验,得出了不同煤质燃尽性能趋势,并作了比较分析;Hurt和Mitchell根据滴管炉内燃尽性能的实验结果建立了煤粒燃烧活化参数与含碳量的燃烧模型;Fiveland和Jamaluddin考虑了焦碳氧化反应机理及气相混合强度大小不同,建立了一维工程模型,该模型采用了Arrhenius表示法,并成功地模拟了39种煤的燃烧状况,该模型能够模拟煤在实际锅炉内的燃尽性能。之后,Davis、Hurt和Weber等人对上述模型进行完善,将反(减)活化参数纳入焦碳反应模型中,提出一个改进的炉内燃烧率的模型在过去三十多年里,国外学者对混煤特性研究进行了大量的工作,分析了是否能通过组分煤的燃烧特性来预测混煤的燃烧特性。而对于二元混煤,其燃料特性呈现出可加性,但是烧特性表现的较为复杂,主要是受到组分煤的煤质和混煤配比的影响当组分煤的煤质相近时,混煤的燃烧特性呈现出可加性。但当组分煤的煤质相差比较大时,混煤的燃烧特性呈现出非可加性。这是因为在燃烧过程中,组分煤种的矿物质之间会发生化学反应,并且相互影响,而且煤质相差越大,灰成分相差就越大,这种非可加性就表现地越显著,尤其是不同哈氏可磨性指数的煤相互混合。对于混煤的可磨性指数,没有一个可以预测的一般方法,而是需要用实验的Nugroho与Mcintosh⑶研究表明,高品质煤的自燃特性与煤粉的颗粒尺寸有很强的依赖性,而劣质煤则要弱一些。因此在判断煤的自燃特性时,必须认真考虑煤粉颗粒尺寸分布的影响。混煤中随着高发热性煤的比例增大,混煤自燃的趋势也增大。4平北电力人学硕上学位论文高比例进行对比,测定出目前所采用20%的掺烧比例为较安全比例。褐煤的主要特点是水分大、发热量低和灰溶点低,掺烧褐煤后不仅影响锅炉燃烧的经济性,还会影响锅炉安全、运行维护、热交换器的寿命、除尘器的效率、烟气排放和灰的处理等诸多问题[']。煤质变化会给锅炉系统带来很多问题,如随着低位发热量的降低,在出力不变的情况下,燃煤量有所上升,过量空气系数也随之上升,导致烟气流量上升,则排烟热损失上升,烟气对烟道的磨损也会增加。给煤量增大,会使磨煤量上升,因而送、引风机出力上升。煤水分增大后,使得系统的积灰和腐蚀加剧,引起受热面吸热能力下降,传热效率降低。以上这些问题都会很大程度的影响电厂锅炉系统的经济性和安全性,并对环境造成不利的影响2]。因此,对于云闪二期工程来说,研究掺烧褐煤对锅炉燃烧系统运行性能的影响,.采取预防性措施,及时调整运行参数与工况,使其与燃烧的煤质相匹配。继续完善?掺烧方案,寻求适合锅炉的配煤掺烧的更佳平衡点与最大掺烧量。以保证锅炉安全、可靠、经济、低污染物排放运行,是十分有意义的。本论文以此作为研究对象,在火电技术迅速发展的今天,既具有重要的理论意义,又具有广泛的应用前景。1.2混煤掺烧技术综述1.2.1混煤掺烧技术概念众所周知,混煤不是单一煤种的简单叠加。混煤是一个及其广泛的概念,包括不同种类的煤与煤、煤与添加剂、煤与生物质、煤与垃圾等组分的混合。本文是对大唐云闪电厂混煤掺烧进行技术研究,为电厂混煤掺烧提供一定的理论依据。混煤惨烧技术是按一定比例通过掺混不同煤质特性的煤种,来改变混煤的煤质特性,以适应设备对煤质的要求,达到资源的最大利用。混煤本身是一种物理掺混过程,即燃料生产流通部门根据用户对煤质的要求,将若干种不同种类、不同性质的煤按照一定比例掺配加工成混合煤,这种混合煤虽然具有掺配单煤的某些特征,但其综合性能已改变,因此实际上是人为加工而成的一个新煤种^]。由于不同煤种的煤质特性存在一定的差异,必然会影响锅炉的安全运行和经济性,所以混煤过程中,要使各种煤种相互“取长补短”,充分发挥各掺配煤种的优点,才能使配出的混合煤在综合性能上达到“最佳性能状态”,以满足用户和设备的要求。研究混煤燃烧对锅炉安全和经济的运行具有很高的指导意义,同时也具有很高3随着人类社会的可持续发展,环境与能源问题円益突出,已经引起人们的广泛关注。能源作为社会发展的重要基础资源,随着世界人口的不断增加和社会的不断发展,能源消耗量也不断增加。从能源的消费结构上来看,从上世纪70年代幵始,化石类能源就一直是世界的主要能源。煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源,我国煤炭资源丰富,是世界第一产煤大国,煤炭产量占世界总量的37%,而且我国的能源消费分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%。而我国的石油、天燃气资源也相对比较匮乏,这就决定了在未来相当长的时期内,我国仍将是以煤炭为主的能源结构。随着国民经济不断持续的发展和其他资源的短缺,煤炭仍占有重要的战略地位[1]。随着我国经济的持续发展,能源消耗不断增加。据国家统计局公布的数据[2】,初步核算,2011年能源消费总量34.8亿吨标准煤,比上年增长7.0%。煤炭消费量增长9.7%;原油消费量增长2.7%;天然气消费量增长12.0%;电力消费量增长11.7%。煤炭资源在我国一次能源消费总量中占70%以上,比世界平均水平高出大约40个百分点。我国长期以来的主要的4个耗煤产业电力、冶金、化工和建材的煤炭消费量约占总煤炭消费量的70%左右,尤其是电力行业,煤炭的消费量占总消费量的一半以上以煤为主的能源消费结构和比较粗放的经济增长方式,带来了许多环境和社会问题,使我国经济的可持续发展受到严峻挑战[4]。虽然我国煤炭能源总量位于世界前列,但是由于我国的人口众多,在人均能源占有量上远低于世界人均水平,其中我国已探明的煤炭人均占有量为世界平均水平的54%,石油和天然气则更低[5]。而我国又是发展中国家,技术水平和设备比较落后,在能源利用效率方面与世界发达国家存在较大差距,能源利用效率比国际先进水平低将近10%。火电机组的平均效率为33.8%,比国际先进水平低6?7%。能源未能充分利用,浪费较严重国民经济的迅猛发展使各行业对煤炭的需求飞速增加,煤炭资源的供应形势严峻,煤炭价格也R益上涨。而以煤炭为主要能源的火电厂影响严重,为了提高效益,国内大部分电厂响应国家号召,采用掺烧非设计煤种的方式降低发电成本。山于我1华北电力人学硕上学位论义1.2.3国内混煤掺烧技术研究现状国内对于大型电站锅炉变煤种运行特性的研究尚处于起步阶段。目前,国内一些学者对煤质特性对锅炉运行特性影响机理也开展了一定的研究工作,国内燃煤电厂也逐渐认识到煤质对锅炉性能乃至发电成本的潜在影响,开展此项研究的人员越来越多,尤其面对电力市场越来越大的市场竞争压力,逐步釆取竞价上网的政策,如何降低发电成本提高市场竞争力,已引起广泛重视。有关煤质变化对锅炉性能的影响及对发电厂经济性影响的文献逐渐增多。张树立,陈广志介绍了为改烧非设计煤种对国电集团吉林热电厂15号锅炉进行的技术改造方案,实现了全烧低价位的霍林河褐煤刘林波,周忠涛等分析了上海锅炉厂1025t/h锅炉在变煤种后的运行特点,并着重对锅炉变煤种后的配风方式、运行氧量优化调整进行了阐述,比较得出了经济性较好的运行方式刘宏芳,庄婷分析了国产引进型1025t/h锅炉在燃烧神府东胜烟煤时出现严重结焦的现象,得出一种混煤方式能满足锅炉燃烧的要求,对改善炉内结谨有较大作用朱伟平,刘文林使用Fluente软件对河北某电厂300MW“W”火焰炉中的常规燃烧和超细粉再燃的燃烧的NO,排放进行了数值模拟,得到当有10%左右的寿阳贫煤的超细粉作为再燃燃料送入折焰角出口处时,N(X脱除率为1/2?2/3,高于采用厂用混合煤粉的脱除率[:]。马志明研究了煤质的变化会影响燃烧的稳定性、着火特性、燃尽特性P。李晓辉讨论了三河电厂由于煤种改变,正常燃烧调整过程中,出现了一些影响安全稳定运行问题并具体分析了其产生原因,并提出了一些对策_。苏世革,王学祥等根据变煤种运行的实际经验,分析变煤种运行对锅炉带来的影响,阐述了变煤种运行的可行性以及变煤种运行时的防范措施““]。吴东艮,马玉峰,何金龟等分析研究了红二电一期工程锅炉低负荷下燃烧劣质煤的应采用的运行手段孙昭星,王雅勤等对沙岭子电厂DG-1025l:/h锅炉改烧准格尔煤进行了研究,介绍改变煤种后,煤的特性、锅炉结构特性的分析,锅炉的热力计算结果_。高正阳、方立军等”通过对不同配比下混煤的燃烧性能进行热天平试验并计算不同配比下混煤的活化能,根据活化能能与着火温度随掺混比的变化规律,对混煤的着火特性进行了探讨。李永华、李松庚等在容量为640MJ/h的煤粉燃烧试验台上,对某电厂燃用的混煤的N(X动态排放特性进行了研究。得出了过剩氧量、水分、煤粉颗粒尺寸、煤粉含氮量以及一次风率对NO、排放浓度的影响。另外,西安热工研究院、哈尔滨电站设备成套设计研究所、清华大学、普华煤燃烧中心等車位在煤质特性对锅炉运行性能影响领域内也进行了不同程度的研究,5平北七力人学她丨:学位论文并取得了一定的研究成果1.3本文研究内容随着电力工业的迅猛发展,煤炭资源円益成为制约电厂发展的关键问题。煤炭价格H益增长,发电成本愈来愈高,电厂为了降低成本,提高效益,大都不同程度地