新疆準東煤結渣沾污機理及防止研究
發(fā)布日期 ：2021-03-18
新疆準東煤田預測儲量非常大,是我國目前發(fā)現的最大整裝煤田。它的大規模開(kāi)發(fā)利用對我國的能源體系建設有著(zhù)重要意義,但是準東煤在鍋爐燃燒過(guò)程中其受熱面存在嚴重的結渣、沾污問(wèn)題,要高效安全地利用準東煤必須解決這個(gè)難題。本文針對循環(huán)流化床燃用準東煤時(shí)的結渣沾污機理及防止手段進(jìn)行試驗和理論研究,為準東煤的大規模應用提供理論基礎和應用建議。具體的研究?jì)热莺徒Y論包括以下5個(gè)方面:(1)針對準東煤,并以塔爾煤作為對比煤種,研究煤中堿金屬的賦存形式和燃燒過(guò)程中的遷移轉化規律?；诨瘜W(xué)逐級萃取法,獲得了準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)驗在電加熱管式爐內進(jìn)行,研究結果表明揮發(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)流化床試驗臺上,采用自制采樣管,研究不同燃燒溫度下準東煤的結渣、沾污特性。通過(guò)對沉積灰樣和飛灰的全面分析,發(fā)現爐內致密灰渣由Na_2SO_4凝結引起,并且其中富含Fe_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,并且結合試驗研究結果,總結了循環(huán)流化床內準東煤燃燒時(shí)飛灰的“煙溫–分區”沉積機理。(4)實(shí)驗研究高嶺土、SiO_2和Al_2O_3對準東煤中Na遷移和灰分燒結溫度的影響。在電加熱管式爐內燃燒,三種添加劑的Na捕集效率依次為:高嶺土SiO_2Al_2O_3;灰分燒結溫度采用壓降法測量,SiO_2能明顯提高準東煤灰的燒結溫度,而高嶺土和Al_2O_3影響較小。實(shí)驗結果為論文第6章結渣沾污防止試驗中,選取高嶺土作為添加劑提供基礎。(5)在循環(huán)流化床試驗臺上研究加入高嶺土和摻燒神華煤對準東煤結渣、沾污的影響和作用機理。高嶺土有效抑制堿金屬的揮發(fā),使爐內的致密灰渣消失,尾部受熱面的飛灰收集效率在添加比例為3%時(shí)達到最小值;神華煤對準東煤中的堿/堿土金屬主要起稀釋作用。當摻燒比例高于20%時(shí),結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。在基于灰成分的結渣沾污指數中,硅比和硅鋁比與試驗結果較吻合。
