新疆准东煤结渣沾污机理及防止研究
发布日期 ：2021-03-18
新疆准东煤田预测储量非常大,是我国目前发现的最大整装煤田。它的大规模开发利用对我国的能源体系建设有着重要意义,但是准东煤在锅炉燃烧过程中其受热面存在严重的结渣、沾污问题,要高效安全地利用准东煤必须解决这个难题。本文针对循环流化床燃用准东煤时的结渣沾污机理及防止手段进行试验和理论研究,为准东煤的大规模应用提供理论基础和应用建议。具体的研究内容和结论包括以下5个方面:(1)针对准东煤,并以塔尔煤作为对比煤种,研究煤中碱金属的赋存形式和燃烧过程中的迁移转化规律。基于化学逐级萃取法,获得了准东煤和塔尔煤中碱金属的赋存特性。煤中的碱金属以Na为主,赋存形式以水溶性为主。燃烧实验在电加热管式炉内进行,研究结果表明挥发的Na主要来源于水溶性和醋酸铵溶性,并且部分水溶性Na会转化为盐酸溶性和不可溶性。Na的挥发特性与煤中Si和Al含量密切相关。(2)在30 kW循环流化床试验台上,采用自制采样管,研究不同燃烧温度下准东煤的结渣、沾污特性。通过对沉积灰样和飞灰的全面分析,发现炉内致密灰渣由Na_2SO_4凝结引起,并且其中富含Fe_2O_3和CaSO_4等低熔点矿物。尾部低温受热面的积灰较为松散,与烟气流场和飞灰的粒径分布有关。此外,积灰的形成会降低受热面的换热性能。(3)通过Factsage理论分析,获得碱金属在烟气中的存在形式以及飞灰的矿物演变特性,并且结合试验研究结果,总结了循环流化床内准东煤燃烧时飞灰的“烟温–分区”沉积机理。(4)实验研究高岭土、SiO_2和Al_2O_3对准东煤中Na迁移和灰分烧结温度的影响。在电加热管式炉内燃烧,三种添加剂的Na捕集效率依次为:高岭土SiO_2Al_2O_3;灰分烧结温度采用压降法测量,SiO_2能明显提高准东煤灰的烧结温度,而高岭土和Al_2O_3影响较小。实验结果为论文第6章结渣沾污防止试验中,选取高岭土作为添加剂提供基础。(5)在循环流化床试验台上研究加入高岭土和掺烧神华煤对准东煤结渣、沾污的影响和作用机理。高岭土有效抑制碱金属的挥发,使炉内的致密灰渣消失,尾部受热面的飞灰收集效率在添加比例为3%时达到最小值;神华煤对准东煤中的碱/碱土金属主要起稀释作用。当掺烧比例高于20%时,结渣管上致密灰渣基本消失,同时由于飞灰粒径的增大使尾部积灰倾向大幅降低。在基于灰成分的结渣沾污指数中,硅比和硅铝比与试验结果较吻合。
