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大型电站锅炉掺烧印尼煤的研究与应用

徐远纲  
【摘要】:我国电力生产以燃煤发电为主,由于煤炭资源分布不均匀,市场供应紧张,交通运输能力不足,造成燃煤电站锅炉很难稳定地燃用设计煤种。煤种多变、且偏离设计煤种给锅炉的安全运行带来许多问题:如燃烧效率低、炉膛结渣、污染物排放超标等。目前,很多燃煤电厂通过混煤燃烧来解决这些问题,为了实现混煤的安全、高效、低污染燃烧,必须在充分掌握混煤燃烧特性的基础上,采用适当的燃烧方式并优化运行工况。本文采用理论研究,数值模拟和现场试验相结合的研究方法,从混煤燃烧特性、混煤的微观结构特性、混煤污染物排放特性、电站锅炉的数值模拟和燃烧优化试验这五个方面,开展混煤燃烧的相关工作。 本文利用热天平研究了印尼煤和优混煤及其混煤的着火特性和燃尽特性,结果表明:印尼煤较优混煤易着火和燃尽,通过掺烧可以改善混煤的着火,但不能改善优混煤的燃尽。为进一步探讨矿物成分对燃烧特性的影响,利用XRD确定煤中所含矿物成分的主要形态,通过均匀设计法分析主要矿物成分对燃烧特性的影响,发现矿物间的相互作用影响煤粉的燃烧特性,并且不同质量比的mSiO2/mFeS2和mSiO2/mFe2O3分别对印尼脱灰煤和优混脱灰煤燃烧特性的影响不同,还发现煤质本身是影响混煤燃烧特性最重要的因素。 利用水平管式炉制备煤焦,采用热天平、氮气吸附方法和拉曼光谱方法对混煤煤焦反应特性、微观结构孔隙特性和微观晶体特性进行研究,分析了热解温度对煤焦的燃烧特性和微观结构特性的影响。主要研究了比表面积对煤焦着火特性,分形维数对煤焦燃尽性,以及微观晶体结构对煤焦活性的影响,结果表明:比表面积越大,煤焦越容易着火;分形维数越大,煤焦越容易燃尽;煤焦的有序化程度越高,煤焦活性越差。这些发现揭示了混煤燃烧特性之所以偏离组分煤燃烧特性的内在原因。 利用烟气分析仪研究混煤在不同燃烧气氛下的NO和SO2析出特性,结果表明:O2浓度增加导致SO2和NO的析出峰向低温区前移,高浓度的O2有利于SO2的析出,但O2浓度对NO的析出有双重作用;高浓度的CO2有利于SO2和NO的还原,SO2和NO的析出特性还受组分煤种间的相互作用影响,随着混煤中印尼煤含量的增加,SO2和NO析出时间提前,组分煤种间的相互作用使得混煤的NO析出量低于组分煤种NO析出量的线性计算值。 本文以一台660MW四角切圆锅炉作为研究对象,开展了混煤燃烧的数值模拟研究。模拟了不同的配风方式、负荷、燃尽风量和混煤掺烧方式对锅炉燃烧和污染物析出的影响,结果表明:均匀配风和混煤掺烧方式有利于锅炉燃烧和控制污染物析出;投运最下层一次风不利于煤粉的燃尽;提高燃尽风量可以降低NO析出量。通过模拟,确立了合理的运行方式,为电厂运行人员的优化运行提供了参考。 最后,本文对一台660MW四角切圆锅炉进行燃烧优化试验。分析了锅炉结渣的原因,并提出了解决方案;考察了不同氧浓度和运行方式对NO析出特性的影响,发现最上层二次风对NO析出特性影响大;综合考虑氧浓度对燃烧效率、污染物排放、供电煤耗和飞灰含碳量等的影响,建立了机组的相对经济性分析模型,为机组的高效、安全、清洁和经济运行垫定了基础。


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