煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《CAcD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊常村礦煤泥水煤漿的燃嬈實驗研究吳小軍,劉仁生,房連增(潞安礦業(yè)集團煤炭運銷總公司,山西長治046204)摘要:通過在臥式圓筒形燃燒爐上對煤泥水煤漿進行試燒實驗,研究煤泥水煤漿的著火燃燒、結(jié)渣以及污染物排放等規(guī)律,測試配風(fēng)參數(shù)、火焰溫度、爐膛出口溫度和飛灰含碳量等特性參數(shù),摸索低揮發(fā)分(V。=14.82%)煤泥水煤漿的著火穩(wěn)燃技術(shù)措施。實驗結(jié)果表明,常村這種低揮發(fā)分煤泥水煤漿能在工業(yè)爐內(nèi)正常著火和穩(wěn)定燃燒,最高燃燒溫度能達到1500℃以上,燃燒效率卯.2%;由于此種水煤漿燃燒溫度較高,設(shè)計鍋爐時應(yīng)考慮采取降低NO,和防止結(jié)渣措施。關(guān)鍵詞:煤泥水煤漿;燃燒試驗;工業(yè)鍋爐中圖分類號:TQ534.4文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10064672(2008)050051-05在目前國際石油價格高居不下,對環(huán)保要求日廉的電煤銷售。筆者的目的就是考察用潞安常村礦益嚴格的客觀條件下,中國水煤漿技術(shù)的推廣應(yīng)用的低揮發(fā)分洗選煤泥制備的水煤漿的燃燒特性。實得到了迅猛的發(fā)展。目前全國的水煤漿生產(chǎn)能力已驗在1臺水煤漿臥式圓筒形燃燒爐上進行,內(nèi)容包達到2300萬a(其中汽化水煤漿80萬ta)。從括測試配風(fēng)參數(shù)、火焰溫度、排放特征、爐膛出口溫事水煤漿技術(shù)研發(fā)、水煤漿生產(chǎn)及應(yīng)用的單位(企度、飛灰含碳量等特性參數(shù)以及煤漿的操作參數(shù)同業(yè))達到了百余家,全國大部分的省、市、自治區(qū)都時與山西大同水煤漿進行對比試驗,并對結(jié)果進行在研究水煤漿。在燃用方面,水煤漿燃料已在20余對比分析,所得結(jié)果為10h/t貧煤原生煤泥水煤漿臺電廠燃油鍋爐(65~670U/h)、300余臺工業(yè)鍋爐鍋爐設(shè)計提供依據(jù)。(35Uh以下)和數(shù)百臺各式各樣的工業(yè)窯爐上燃用。水煤漿作為一種能源形式,被越來越多的人所認可。1試驗系統(tǒng)和實驗方法目前,商品水煤漿制漿用煤的干燥無灰基揮發(fā)1.1試驗系統(tǒng)分均在25%以上,山東是產(chǎn)水煤漿的大省,其制漿煤泥水煤漿燃燒試驗系統(tǒng)如圖1所示。該試驗用煤基本都釆用氣煤、肥煤等煉焦煤,但中國煉焦煤系統(tǒng)由水煤漿供應(yīng)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、水冷卻和清資源嚴重不足,且價格越來越高若利用這些高揮發(fā)洗系統(tǒng)以及試驗爐組成。分煤制漿,成本較大,且浪費煉焦煤資源。水煤漿爐前供應(yīng)系統(tǒng)由儲漿和攪拌罐、供漿泵煤泥是煤炭洗選工藝中出現(xiàn)的副產(chǎn)品,其顆粒過濾器和流量計、壓力表等組成。制備好的水煤漿很細持水量高,運輸不便,應(yīng)用受到限制,經(jīng)濟價值儲存在儲罐或攪拌罐里,利用供漿的壓力,把水煤漿低。但如果將灰分較低的洗選煤泥直接制備成水煤送到爐前噴嘴中;爐前布置水煤漿回路,和泵的轉(zhuǎn)漿正好利用了煤泥的特性既降低了制漿成本,又速結(jié)合起來進行水煤漿流量調(diào)節(jié)大大提髙了煤泥的經(jīng)濟價值,擴大了應(yīng)用范圍,還有用于水煤漿霧化的壓縮空氣由空壓機提供,爐積極的社會和環(huán)保效益。前設(shè)置壓力表和流量計,能在線檢測壓縮空氣的流潞安煤屬于低灰、低硫、高固定炭含量、高發(fā)熱量和壓力,并可以進行調(diào)節(jié)。量、可磨性好的貧煤和貧瘦煤,以前一直作為價格低收稿日期:2008-06-20作者簡介:吳小軍(1984-),男北夤岡人,工程師,畢業(yè)于福州大學(xué)現(xiàn)在路安礦業(yè)集團煤度運銷總公司從事潔凈媒技術(shù)研發(fā)工作。炭燃燒(3)煤泥水煤漿燃燒試驗正式測試時間約4-5h空氣調(diào)器漿(4)在進行煤泥水煤漿燃燒試驗同時,選擇中空氣壓縮機國典型水煤漿一山西大同水煤漿進行對比試驗,并力表子流峰計對結(jié)果進行對比分析。2實驗水煤漿特性壓力表球閥水煤漿習(xí)三通閥門2.1水煤漿成分水煤漿成分見表1。球閥蓄水池表1試驗煤質(zhì)特性分析圖1煤泥水煤漿燃燒試驗系統(tǒng)工業(yè)分析元素分析1.2試驗爐常村煤泥0.8614.8214.8272503147080.383.561.220.311.85圖2為試驗爐煙風(fēng)系統(tǒng)以及測點布置圖。該試大同煤1.3084427.9362333107876.784.060.821.646.96驗爐為臥式圓筒型布置燃燒器布置在爐前,為旋流2.2水煤漿特性燃燒器;燃燒煙氣由臥式爐水平煙道轉(zhuǎn)入垂直煙道水煤漿特性見表2。(原四角爐煙道)后,經(jīng)尾部煙道和除塵器后,由引風(fēng)機送入煙囪。助燃空氣經(jīng)二級預(yù)熱后,溫度可達衰2試驗水煤漿特性200℃以上。1級預(yù)熱器為專門設(shè)計制造的電加熱濃度粘度體積平均粒度低位熱值/%e/mPa器,另一級是利用煙氣余熱的空氣預(yù)熱器。常村煤泥水煤漿70.24429大同煙煤水煤漿63.2050053.74818煙旋風(fēng)除塵器注:表中粘度數(shù)據(jù)是剪切速率為100s對應(yīng)的表觀粘度從煤樣的工業(yè)分析值可以看出,潞安常村煤泥氣預(yù)熱器的空氣干燥基的揮發(fā)分僅為14.82%,遠低于大同氣電加熱器煙煤的27.93%,也低于一般水煤漿用煤的揮發(fā)分鼓風(fēng)機含量。因此,這種低揮發(fā)分煤制備的水煤漿,其著火1516-18和燃燒特性是筆者的考察重點。表2為實驗水煤漿的濃度、黏度和發(fā)熱量的實驗值。從表2可以看出,常村煤泥水煤漿的濃度很圖2試驗爐煙風(fēng)系統(tǒng)及測點布置高,達到了70.24%,而大同水煤漿濃度較低,僅為測爐內(nèi)溫度;12—測爐膛負壓尾部氧量尾63.20%,這可能與煤質(zhì)和制漿工藝有關(guān)。常村煤泥都煙濕:13-測尾部煙氣成分:14—測電加熱器人口空氣水煤漿的發(fā)熱量較高達到了20.86MJ/kg流量;15—測爐前熱空氣溫度;16-18—測中心風(fēng)、環(huán)形風(fēng)、一次風(fēng)風(fēng)量;19—測漿壓:20測壓縮空氣壓力流量;3燃燒試驗結(jié)果21—測冷卻水人口水溫及流量;22—測冷卻水出口水溫3.1燃燒特性爐膛部分長度38m,內(nèi)徑分二短2m長部分內(nèi)311試驗工況徑600mm,1.8m長部分內(nèi)徑760mm。爐膛四周布試驗工況見表3。置水冷夾套,內(nèi)襯為耐火磚和耐火水泥。衰3試驗工況匯總1.3試驗方法況漿樣投漿量/kgh負荷/%日期備注(1)水煤漿燃燒前先用輕柴油點火燃燒,待爐內(nèi)達到一定溫度后,投入水煤漿;水煤漿著火和燃常村煤泥104.31水煤漿10020083/6燒穩(wěn)定后逐步減少油量,直至關(guān)停輕柴油;2常村煤泥水煤漿2003%6負荷最低降到38.4kg/h(2)撤掉油槍后對水煤漿燃燒進行調(diào)整(配風(fēng)、旋注;低負荷試驗時投漿量逐步下降,越往后越低,而表流強度、漿流量壓力等),在正式測試前穩(wěn)定05-h;中數(shù)據(jù)是平均值煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《CAcD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀3.1.2試驗爐和漿系統(tǒng)運行參數(shù)度分布情況如圖3所示。表4中數(shù)據(jù)顯示,各工況漿泵出口壓為0.61.07MPa,其中常村煤泥水煤漿降負荷工況,由于儲常村煤泥水煤漿全負荷常村煤泥水煤漿降負荷漿罐底層媒漿粘度增加漿泵出口壓比全負荷工況!0大同煙煤水煤漿略高回漿壓也略高。各工況壓縮空氣的壓力略高于漿槍壓力。表4主要運行參數(shù)沿爐醇軸向距離/mm3爐內(nèi)溫度分布常村煤泥常村煤泥大同水煤漿水煤漿降負荷煤漿泵出口壓0.89常村煤泥水煤漿全負荷工況沿爐膛軸向爐溫水漿漿槍壓MPa 0, 510.460.32平最高,降負荷工況爐內(nèi)溫度水平有所下降,大同煙回漿壓330.36煤水煤漿爐膛溫度與常村煤泥水煤漿降負荷工況相平均噴漿量kg/h1043165.042105當(dāng)。這是因為常村煤泥熱值比大同煙煤高,同時常壓縮壓縮空氣壓MPa0.580.51村煤泥水煤漿濃度也比大同煤泥水煤漿高。另外,空氣壓縮空氣流量m3/h10.0712.79由于大同煙煤的揮發(fā)分含量較高,沿爐膛軸向溫度熱風(fēng)溫度分布明顯存在2個峰值,前面較小的溫度峰對應(yīng)揮次熱風(fēng)量m3/h080765689398發(fā)分的著火和燃燒,后面較大的溫度峰對于焦炭的著火和燃燒過程。常村煤泥水煤漿由于揮發(fā)分含量水量水水溫℃16/19/48較少,揮發(fā)分燃燒的峰值不明顯,揮發(fā)分和焦炭燃燒976集中在爐膛中部;常村煤泥熱值比大同煙煤高,穩(wěn)出口氧量(2孔)%2915541.4定燃燒過程爐膣內(nèi)火焰白亮耀眼;常村煤泥水煤漿注:表中降低負荷工況,最低穩(wěn)定工況可以達到384kg/h降負荷工況(平均噴漿量65.04kg/h)爐膛內(nèi)溫度水平與大同煙煤水煤漿相當(dāng),其最低負荷(38.4kgh)爐膛出口13號測孔處溫度顯示與燃料相關(guān),是時,仍能穩(wěn)定著火和燃燒此時爐膛內(nèi)靠近燃燒器區(qū)爐內(nèi)溫度水平的反應(yīng),數(shù)據(jù)顯示常村煤泥水煤漿全域溫度明顯降低,火焰中心向爐膛中后部轉(zhuǎn)移。對負荷工況溫度最高因為常村煤泥熱值高但揮發(fā)分比3個工況,大同水煤漿最高溫度點最近,約在低燃燒推遲;降負荷工況,投漿量減少,13號孔溫150m處;煤泥水煤漿次之,約在200m處;而相應(yīng)降低;大同煤漿揮發(fā)分高于常村煤泥水煤漿,煤泥水煤漿低負荷最遠,約2500m處。說明煤泥著火和燃燒主要在爐膛內(nèi)完成爐膛尾部13號孔溫水煤漿燃燒火焰雖然較高,但火焰還是較長。度最低。爐膛出口附近12號測孔處的氧量數(shù)據(jù)顯圖4是徑向溫度測點布置,爐內(nèi)徑向溫度分布示,常村煤泥水煤漿工況氧量維持在2%~6%左右;是測試各樣品在1500mm位置爐膛截面上的徑向溫大同煤漿工況的氧量數(shù)據(jù)較高(l14%),是由于實度,由雙鉑銠熱電偶測定。徑向溫度呈現(xiàn)中心稍高驗時爐膛內(nèi)1l號孔和12孔之間的漏風(fēng)處未填堵,兩邊稍低的溫度分布型式。由爐膛最內(nèi)側(cè)開始,測造成大量漏風(fēng),氧量數(shù)據(jù)相應(yīng)升高。3.1.3點火過程各工況點火過程分為3個階段:投油點火和油300mm燃燒階段;投漿減油混燒階段;停油全漿燃燒階段測試孔3.14爐內(nèi)溫度場分布達到一定的燃燒溫度是燃料燃燒的基本目的之燃燒溫度是以燃燒過程熱量平衡為基礎(chǔ)的,是指在一定的燃燒條件下,燃料燃燒后產(chǎn)物所能達到的最高溫度。采用紅外高溫計測量的爐內(nèi)沿軸向溫圖4徑向溫度測點布置煤炭魑燒點位置分別為-300mm,-200mm,-100m,0mm,粒受到高溫,迅速熱解揮發(fā)分析出,首先產(chǎn)生大量100mm,200mm,300mm。由于3m測點靠近測CO,隨后揮發(fā)分著火,CO濃度又迅速降低;NO,的試口,溫度最低。隨測點位置移向爐膛中心,溫度升生成與燃料樣品中的含氮量呈線性關(guān)系,可以分為高爐膛中心兩側(cè)形成高溫區(qū),這可能與火焰的旋流燃料型NO,和熱力型NO2,前者與燃料中的揮發(fā)分有關(guān)。含量有關(guān)揮發(fā)分含量越高生成的NO,越大熱力3.1.5爐內(nèi)氣氛分布型NO,主要與爐膛溫度有關(guān),爐膛溫度升高,NO爐內(nèi)氣氛布情況如圖5~圖7所示。生成量增加圖中顯示NO,濃度沿爐膛軸向先升高,達到最大值后保持穩(wěn)定燃燒器出口附近溫度較低,同時CO的存在使局部形成還原性氣氛NO.濃4000度較低,隨著揮發(fā)分的著火燃燒,爐膛溫度升高NO,(燃料型和熱力型)濃度升高,但隨著燃燒的進2000行,氧濃度逐漸下降,NO,生成量不再增加。另外,各樣品測定的爐內(nèi)SO2濃度維持在較低水平。3.1.6爐內(nèi)顆粒燃盡度000軸向距離/mm常村煤泥水煤漿沿爐膛軸向抽取的顆粒物樣品圖5煤泥水煤漿煙氣沿爐膛軸向分布(全負荷)含碳量均高于大同煙煤水煤漿,原因是常村煤泥揮發(fā)含量較大同煙煤低,但固定碳含量較大同煙煤高,Co1900如表I中數(shù)據(jù)所示。爐膛出口附近(離開燃燒器NOx→SO27004520mm對應(yīng)13號測孔),大同煙煤水煤漿的爐內(nèi)顆粒含碳量小于10%,常村煤泥水煤漿爐內(nèi)顆粒物的含碳量則在15%左右,說明低揮發(fā)分的常村煤泥300水煤漿燃盡較大同煙煤水煤漿困難。3.1.7燃燒效率計算測試飛灰含碳量15.2%,爐渣含碳量不到1%,0004000但因爐渣取樣只能在停爐后進行,渣樣在爐內(nèi)停留圖6煤泥水煤漿煙氣沿爐膛軸向分布(降負荷很長,數(shù)據(jù)會偏低,經(jīng)計算燃燒效率達到97.2%。但飛灰含碳量還是明顯偏高,說明這種煤泥水煤漿tcO燃盡需要較長時間,在大鍋爐設(shè)計中應(yīng)注意這個問NOx+021200題3.2結(jié)渣特性結(jié)渣特性如圖8、圖9所示100500軸向距離/m圖7大同煙煤水煤漿煙氣沿爐膛軸向分布如圖所示,各樣品O2、CO、NO,等煙氣成分沿爐膛軸向的分布規(guī)律相似,主要表現(xiàn)為以下幾個方面,即,從離開燃燒器噴口后O2濃度急劇下降第12號圖8常村煤泥水煤漿(全負荷測孔(3650mm)O2濃度保持在4%-6%左右,大同由圖可見,爐內(nèi)結(jié)渣情況與負荷(火焰溫度)密煙煤水煤漿燃燒實驗12測孔O2濃度高達10%左切相關(guān)。全負荷工況由于爐內(nèi)溫度水平較高硅碳右,是由于爐膛內(nèi)11號和12號測孔之間存在漏風(fēng)棒上灰渣質(zhì)地較為致密并且有光澤,局部有熔融情造成的;水煤漿噴入爐膛后,水分迅速蒸發(fā)煤粉顆況;降負荷工況,爐內(nèi)溫度明顯降低,硅碳棒上灰渣煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《 CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊6%之后數(shù)據(jù)顯示,常村煤泥水煤漿燃燒后煙氣中的SO2含量小于561mg/m3,低于大同煙煤水煤漿的SO2的排放濃度,比國家要求燃油鍋爐SO2排放量都低,是因為其原煤中含硫較低。折算O2等于6%之后,各樣品NO,排放量在800-1000mg/m3,NO,排放量也與燃料含氮量有關(guān)。4實驗結(jié)論圖9常村煤泥水煤漿(降負荷)(1)試燒表明常村煤泥水煤漿能在工業(yè)爐內(nèi)正成松散狀屬于沉積狀態(tài)易被吹風(fēng)裝置吹掉,降低常著火和穩(wěn)定燃燒,最高燃燒溫度能達到150℃以其結(jié)渣的可能性。上,燃燒效率97.22%。通過調(diào)整水煤漿供應(yīng)量可33污染物排放特性以很方便調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度。表5煙氣中50,和NO,的含量(2)試燒表明常村煤泥水煤漿在試驗爐內(nèi)低負荷穩(wěn)燃性能較好,最低穩(wěn)燃負荷37%,一般可在樣品O250%以下,且負荷調(diào)節(jié)十分方便煤泥水煤”834751114561(3)煙氣中污染物SO2濃度較低在561mg/m3(全負荷)以下,能滿足國家環(huán)保排放要求;NO,排放量在800媒泥水煤漿13.7897.1145300474984(降負荷)1000ng/m3,有點偏高,建議在大鍋爐設(shè)計時適大同煙煤1164018.2105612490k當(dāng)考慮降低NO,措施;CO排放處于較低水平。4)爐內(nèi)結(jié)渣情況與鍋爐負荷密切相關(guān),高負如表5中所示,各工況尾部煙氣的含氧量在荷時結(jié)渣嚴重,出現(xiàn)熔融渣;低負荷結(jié)渣情況明顯8%~14%,其中常村煤泥水煤漿降負荷工況的氧含改善,即與爐內(nèi)溫度關(guān)系較大,運行時須適當(dāng)控制爐量較高,達到13.78%,這是因為降負荷工況的燃燒內(nèi)溫度。器配風(fēng)量偏高造成的。各樣品尾部煙氣中的CO濃(5)爐內(nèi)顆粒含碳量測試分析和溫度場測試結(jié)度較低,說明揮發(fā)分燃燒情況較好,燃燒較完全。對果表明,常村煤泥水煤漿火焰較長,燃盡需要時間相于重要的大氣污染物SO2和NO2,在折算O2等于對較長。Combustion tests on slime cws from Changcun mineWU Xiao-jun, LIU Ren-sheng, FANG Lian-zengMarketing Corporation of Lu an Mine Group, Changzhi 046204, China)Abstract: By the trial- burn test of slime cws on the horizontal cylindrical burning fumace, the laws on the ignitabty, combustibility, slag-bonding and release of pollutants of the slime cws were researched. The air distribution parameter, flame temperature, the temperature of stokehole and the carbon content of flying ash were tested. The technic measures about ignition and stable burning of the low volatile slime cws(V=14. 82%)were explored. The resuits show that the low volatile slime cws from Changcun mine can catch fire normally and burn stably, the highestburning temperature comes to above 1500 centigrade degrees, combustion efficiency is up to 97. 22%. Because ofthe high combustion temperature of the slime, when designing boiler furmace, t should be considered how to reduceNO, and prevent slag-bondingKeywords: slime CWS; combustion test; industrial boiler