新疆準東煤結渣沾污機理及防止研究
發布日期 ：2021-03-18
新疆準東煤田預測儲量非常大,是我國目前發現的最大整裝煤田。它的大規模開發利用對我國的能源體系建設有著重要意義,但是準東煤在鍋爐燃燒過程中其受熱面存在嚴重的結渣、沾污問題,要高效安全地利用準東煤必須解決這個難題。本文針對循環流化床燃用準東煤時的結渣沾污機理及防止手段進行試驗和理論研究,為準東煤的大規模應用提供理論基礎和應用建議。具體的研究內容和結論包括以下5個方面:(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程中的遷移轉化規律?；诨瘜W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。燃燒實驗在電加熱管式爐內進行,研究結果表明揮發的Na主要來源于水溶性和醋酸銨溶性,并且部分水溶性Na會轉化為鹽酸溶性和不可溶性。Na的揮發特性與煤中Si和Al含量密切相關。(2)在30 kW循環流化床試驗臺上,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。通過對沉積灰樣和飛灰的全面分析,發現爐內致密灰渣由Na_2SO_4凝結引起,并且其中富含Fe_2O_3和CaSO_4等低熔點礦物。尾部低溫受熱面的積灰較為松散,與煙氣流場和飛灰的粒徑分布有關。此外,積灰的形成會降低受熱面的換熱性能。(3)通過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,總結了循環流化床內準東煤燃燒時飛灰的“煙溫–分區”沉積機理。(4)實驗研究高嶺土、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,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,結渣管上致密灰渣基本消失,同時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。
