新疆準(zhǔn)東煤結(jié)渣沾污機(jī)理及防止研究
發(fā)布日期 ：2021-03-18
新疆準(zhǔn)東煤田預(yù)測(cè)儲(chǔ)量非常大,是我國(guó)目前發(fā)現(xiàn)的最大整裝煤田。它的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用對(duì)我國(guó)的能源體系建設(shè)有著重要意義,但是準(zhǔn)東煤在鍋爐燃燒過(guò)程中其受熱面存在嚴(yán)重的結(jié)渣、沾污問(wèn)題,要高效安全地利用準(zhǔn)東煤必須解決這個(gè)難題。本文針對(duì)循環(huán)流化床燃用準(zhǔn)東煤時(shí)的結(jié)渣沾污機(jī)理及防止手段進(jìn)行試驗(yàn)和理論研究,為準(zhǔn)東煤的大規(guī)模應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用建議。具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論包括以下5個(gè)方面:(1)針對(duì)準(zhǔn)東煤,并以塔爾煤作為對(duì)比煤種,研究煤中堿金屬的賦存形式和燃燒過(guò)程中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律?；诨瘜W(xué)逐級(jí)萃取法,獲得了準(zhǔn)東煤和塔爾煤中堿金屬的賦存特性。煤中的堿金屬以Na為主,賦存形式以水溶性為主。燃燒實(shí)驗(yàn)在電加熱管式爐內(nèi)進(jìn)行,研究結(jié)果表明揮發(fā)的Na主要來(lái)源于水溶性和醋酸銨溶性,并且部分水溶性Na會(huì)轉(zhuǎn)化為鹽酸溶性和不可溶性。Na的揮發(fā)特性與煤中Si和Al含量密切相關(guān)。(2)在30 kW循環(huán)流化床試驗(yàn)臺(tái)上,采用自制采樣管,研究不同燃燒溫度下準(zhǔn)東煤的結(jié)渣、沾污特性。通過(guò)對(duì)沉積灰樣和飛灰的全面分析,發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)致密灰渣由Na_2SO_4凝結(jié)引起,并且其中富含F(xiàn)e_2O_3和CaSO_4等低熔點(diǎn)礦物。尾部低溫受熱面的積灰較為松散,與煙氣流場(chǎng)和飛灰的粒徑分布有關(guān)。此外,積灰的形成會(huì)降低受熱面的換熱性能。(3)通過(guò)Factsage理論分析,獲得堿金屬在煙氣中的存在形式以及飛灰的礦物演變特性,并且結(jié)合試驗(yàn)研究結(jié)果,總結(jié)了循環(huán)流化床內(nèi)準(zhǔn)東煤燃燒時(shí)飛灰的“煙溫–分區(qū)”沉積機(jī)理。(4)實(shí)驗(yàn)研究高嶺土、SiO_2和Al_2O_3對(duì)準(zhǔn)東煤中Na遷移和灰分燒結(jié)溫度的影響。在電加熱管式爐內(nèi)燃燒,三種添加劑的Na捕集效率依次為:高嶺土SiO_2Al_2O_3;灰分燒結(jié)溫度采用壓降法測(cè)量,SiO_2能明顯提高準(zhǔn)東煤灰的燒結(jié)溫度,而高嶺土和Al_2O_3影響較小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為論文第6章結(jié)渣沾污防止試驗(yàn)中,選取高嶺土作為添加劑提供基礎(chǔ)。(5)在循環(huán)流化床試驗(yàn)臺(tái)上研究加入高嶺土和摻燒神華煤對(duì)準(zhǔn)東煤結(jié)渣、沾污的影響和作用機(jī)理。高嶺土有效抑制堿金屬的揮發(fā),使?fàn)t內(nèi)的致密灰渣消失,尾部受熱面的飛灰收集效率在添加比例為3%時(shí)達(dá)到最小值;神華煤對(duì)準(zhǔn)東煤中的堿/堿土金屬主要起稀釋作用。當(dāng)摻燒比例高于20%時(shí),結(jié)渣管上致密灰渣基本消失,同時(shí)由于飛灰粒徑的增大使尾部積灰傾向大幅降低。在基于灰成分的結(jié)渣沾污指數(shù)中,硅比和硅鋁比與試驗(yàn)結(jié)果較吻合。
