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多功能液态煤炭燃烧促进剂,火力发电厂工业锅炉应用试验报告[word版]页

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一 引言……………………………………………………………………............3 二、电厂锅炉及制煤系统现状…………………………………………………..4 2.1、电厂锅炉及制煤系统现状…………………………………………………..4 2.2 锅炉特性………………………………………………………………………4 三、试验原料及设备………………………………………………………………5 四、试验现场及条件………………………………………………………………5 五 试验结果与分析…….………………………………………………………….6 5.1 锅炉热效率分析………………………………………………………………..6 5.1.1 助燃剂对炉膛出口温度的影响………………………………………………6 5.1.2 助燃剂对煤粉给料器的影响…………………………………………………8 5.1.3 助燃剂对炉膛出口烟气中含氧量的影响……………………………………9 5.2 节煤分析………………………………………………………………………...9 5.3 烟气分析………………………………………………………………………...10 5.4 飞灰成分分析……………………………………………………………………11 六 结论……………………………………………………………………………... 12
附录 1 试验原始参数
2 试验协议
一、引言
我国是一个产煤大国,同时也是一个用煤大国,建国以来,煤在我国一
次能源消费构成中占 75%左右,预计到 2050 年这一比例仍将高达 50%以上。
在一个较长的时期内,煤炭仍将是我国能源中最主要的角色。建设资源节
约型,环境友好型社会是我国现阶段的一项长期的任务,因此合理利用煤
炭资源,提高煤炭的燃烧效率,不仅具有较高的经济效益,同时也具有重
大的社会意义。研究对高效燃烧、低负荷稳燃、低污染、防止结渣与高温

腐蚀这五个方面的问题都有益的燃烧方式具有十分重要的意义。因此如何 提高资源利用率、减轻环境污染,除尽力改造燃烧装置及工艺参数外,还 需更有效的助燃剂。按目前煤炭产量计算,如果能使煤炭热效率提高 8%、 节煤 8%左右,我国则每年少消耗 2 亿吨煤,可减排 10%,其工业产值可达 千亿元以上。
本课题组开发的煤炭燃烧促进剂在东南大学 863 中间煤粉试验台(见试 验研究报告)上测试结果为:适宜的煤炭燃烧促进剂可以显著提高煤的燃烧 效率 25.8%~84.9%,初步计算可节煤 7.5%~17%;适宜的助燃剂可以降低 SO2 与 NOX 的排放,分别达到 29.5%和 32.2%;适宜的煤炭燃烧促进剂可使煤的着 火点下降 4℃;适宜的煤炭燃烧促进剂对煤的灰熔点影响不大,即对结焦无影 响;助燃剂主要成份为有机材料,不含 S、N、Cl、F 等元素,其沸点约 220℃; 常温下表面张力均在 37.2~39.2 mN/m2 之间,在常温下,转速 50rpm 时,粘 度在 48.6~63.1mPa·s 之间,煤炭燃烧促进剂燃尽率大于 99.5%。
为了考察本产品在电厂煤粉炉中的使用效果,于 2009 年 5 月 13 日至 5 月 16 日在华能临沂发电厂 3 号煤粉炉上进行了应用试验,目的是考查该产品 在电厂正常运行条件下,节煤减排效果。 二、电厂锅炉及制煤系统现状 2.1、电厂锅炉及制煤系统现状 1)14 万千瓦机组 5 台,年耗煤 150 万吨,每一机组配 2 台磨煤机(正常 1 台
工作,一台备用),蒸汽提供量 435 吨/小时,蒸汽临界压力 13.7MPa。锅炉 效率 92.4%。 2)单机锅炉耗煤量:60 吨/小时,每天耗煤量在 1400 吨左右。 3)飞灰中残炭含量 5-8%,渣中残碳含量 3~6%,灰渣比 4:1。

4)磨煤机正常台时产量 50 吨/小时,内部温度 70~80℃,进风口温度 180~

200℃,出风温度小于 70℃,煤粉控制指标 200 目筛余小于 14%,每个储煤仓

容量 180 吨,皮带输送能力 40~60 吨/小时。

2.2 锅炉特性

华能临沂发电厂 3 号煤粉炉是上海锅炉厂制造的超高压自然循环锅炉,

型号 SG-435/13.7-M765。该炉为自然循环汽包炉,П 形布置,单炉膛,*衡

通风,三层四角切圆燃烧,中间储仓式热风送粉,液态排渣。炉膛四周为膜

式水冷壁,炉膛内布置两级屏式过热器,水*烟道顶部布置两级盘管式过热

器。再热器、省煤器布置在尾部烟道内,空预器采用回转式空预器。取样口

位置示意图见图 1。

图 1 取样口位置示意图

三、试验原料及设备

1. 原料:多功能液态煤炭燃烧促进剂,备料 1 吨。

2. 设备:高速剪切分散乳化机 1 台;计量泵(0~800ml/min,扬程≥20m)

2 台。

四、试验现场及条件

1. 试验用煤 2600T,由电厂供煤部提供,煤质参数见表 1。

表 1 煤质参数



干燥

干基 收到



空干 干燥 空干





无灰

全 高位 基低



基灰 基灰 基挥



备注



基挥

硫 发热 位发



分 分 发份





发份

量 热量



8. 1.5 25.2 25.6 19.1 26.1 54. 1.6 24.99 21.97

7 4 3 2 8 9 05 1 2

4

2.将煤炭燃烧促进剂分别由计量泵喷入 A、B 喂煤皮带机,通过煤磨制粉系

统,将原煤制成合格煤粉,由一次风携带送入炉内燃烧。加入量为 0.05%。

3. 煤磨和锅炉运行均按原*惯操作正常运行,由于试验期间锅炉参数受发

电负荷控制,而发电负荷又受上级供电指令调度,且波动频繁,因此液态煤

炭燃烧促进剂试验的效果只能在相同负荷段下进行比较,可比时间段为:

未加助燃剂:5 月 14 日 12:00—5 月 14 日 19:00(发电负荷为 105MW)

加助燃剂:5 月 15 日 10:00—5 月 15 日 17:00(发电负荷为 105MW)

由于 5 月 15 日凌晨开始下大雨,煤的水分增加,煤粉给料机转速即使相

同,而实际给煤量却是减少的,因此可能对加助燃剂助燃效果分析产生影响。

五 试验结果与分析

试验所有参数数据见附录 1,数据由电厂运行部热工科提供,均为计算机

中的实时数据。

5.1、锅炉热效率分析

5.1.1 助燃剂对炉膛出口温度的影响
图 2 助燃剂对屏过出口 A 侧温度的影响 图 3 助燃剂对屏过出口 B 侧温度的影响
从图 2、图 3 可以看出,添加助燃剂后,屏过出口 A、B 两侧温度都升高,

尤其 B 侧*均温度提高约 8℃。在过热蒸汽量和发电量不变的情况下,可以推

断出炉膛温度也应相应提高。炉膛温度升高可以解释为:煤炭燃烧促进剂含

有的催化剂能使煤着火后产生微爆,从而使炉内煤粉颗粒膨松,并搅动煤粉

颗粒周围的气体,使氧气与煤粒接触面增大,大大改善了燃烧状况,使燃烧

更充分。 提高炉膛温度,有利于煤炭燃烧充分,减少底渣和飞灰中的残炭量(见“助
燃剂对飞灰含碳量的影响”一节),增加高温烟气对炉壁的对流传热和辐射传 热,锅炉截面热负荷和容积热负荷增加。本中试试验过程中,维持发电量不 变,锅炉产生的蒸气量也不变,那么炉膛温度的升高,势必会说明横向冲刷 尾部受热面烟气量的减少,从而也就能够推断入炉煤量减少(见“助燃剂对 煤粉给料器的影响”一节)。 5.1.2 助燃剂对煤粉给料器的影响
图 4 助燃剂对煤粉给料机转速的影响 从图 4 可见,添加助燃剂后,在锅炉负荷和发电量不变的情况下,煤粉 给料机总转速变慢,可以推断出锅炉燃烧效率增加,发电煤耗减少。另一方 面会带来送风机和引风机电流减少,厂用电量减少。竞价上网,发电标煤耗 是反映成本和效率的最直观的经济指标。可见通过向入炉煤中添加助燃剂, 能实现节煤的目的。 5.1.3 助燃剂对炉膛出口烟气中含氧量的影响
图 5 助燃剂对炉膛出口烟气中含氧量的影响 从图 5 可知,向入炉煤中添加助燃剂后,炉膛出口烟气中含氧量降低。 在同样锅炉负荷下,出口烟气含氧量、给煤量减少,说明燃烧空气量减少, 相应烟气量减少,有助于减少锅炉排烟热损失。同时烟气中 NOx 含量与燃烧 空气量有关,燃烧空气量的减少有助于减少烟气中 NOx 总量。试验数据显示, A、B 两进口总含氧量下降了约 0.7 个百分点,下降约 10%。 5.2 节煤分析 助燃剂对飞灰和底渣中残碳的影响见表 3。

表 3 燃烧实验残碳量数据与相对百分比

内容
空白飞 灰

编号 A1-1 A1-2 A2-1

取样时间 残碳 *均残 相对百分 折算未燃残 折算*均未

/% 碳/% 比/%

碳/% 燃残碳/%

5 月 14 日 14:00 8.91 9.27

7.13

7.42

5 月 14 日 14:00 9.07 5 月 14 日 17:00 9.48

7.26

100

7.58

A2-2 5 月 14 日 17:00 9.60

7.68

掺助燃 剂

B1-1 5 月 15 日 12:00 5.28 6.35

68.50

4.22

5.08

飞灰 B1-2 5 月 15 日 12:00 5.32

4.26

B2-1 5 月 15 日 15:00 7.34

5.87

B2-2 5 月 15 日 15:00 7.44

5.95

空白底 渣

C1-1

5 月 14 日 14:00 1.82 3.35

100

0.36

0.67

C1-2 5 月 14 日 14:00 2.01

0.40

C2-1 5 月 14 日 17:00 4.93

0.99

C2-2 5 月 14 日 17:00 4.63

0.93

掺助燃 剂

D1-1 5 月 15 日 12:00 1.22 1.64

48.96

0.24

0.33

底渣 D1-2 5 月 15 日 12:00 1.53

0.31

D2-1 5 月 15 日 15:00 1.89

0.38

D2-2 5 月 15 日 15:00 1.92

0.38

注:折算*均未燃残碳按灰渣比 4:1。

从表 3 可以看出添加助燃剂后飞灰和底渣的含碳量都有所降低,其中飞

灰降低 31.5%,底渣残碳量降低 51.04%。机械不完全燃烧损失减少,其中原

因可以解释为:助燃剂能使燃煤的着火温度降低,使固碳的着火点提前实现,

也就是固碳提前进入燃烧阶段。助燃剂中所含的一些氧化剂受热分解,生成

原子氧(初生态氧),促使煤粒燃烧的链式反应延续,提高了燃烧速率和传热

效率,有利于挥发分和煤粉中碳的燃尽。试验数据表明,残碳最高下降了 4.04

个百分点,降低

47.2%,*均数据表明残碳降低了 2.68 个百分点,降低 33.1%。

5.3 烟气分析

烟气成分检测由电厂运行部脱硫工段采用烟气综合测定仪 Kar940 采集并

提供数据,结果见表 4。

表 4 烟气成分检测报告

状态

烟气

O2

SO2

NOX

未加助燃剂

8.55

3500(折合后为

430

3300)

加助燃剂

8.5

2920(折合后)

420

由表 4 中数据可见,加煤炭燃烧促进剂后,工业锅炉排除烟气中 SO2 下降

了 17%左右,折合后下降了 12%左右,O2 与 NOX 变化不大,表明助燃剂有明显的

固硫作用。

5.4 飞灰成分分析

采用 X 荧光分析仪分析飞灰成分,结果见下图-6、图-7。

图-6 未加助燃剂飞灰成分

图-7 加助燃剂飞灰成分

由图-5、图-6 可见,加助燃剂飞灰成分中 SO3 比未加助燃剂飞灰成分中 SO3

高 0.432 百分点,提高了 34.8%,理论上 SO2 少排放了 42.8%。

六 结论

1、添加煤炭燃烧促进剂后,屏过出口 A、B 两侧温度都升高,尤其 B 侧*均

温度提高约 8℃。在过热蒸汽量和发电量不变的情况下,可以推断出炉膛温度 也应相应提高。说明横向冲刷尾部受热面烟气量的减少,从而也就能够推断 入炉煤量减少。 2、在锅炉负荷和发电量不变的情况下,添加煤炭燃烧促进剂,煤粉给料机总 转速变慢,可以推断出锅炉燃烧效率增加,发电煤耗减少。另一方面会带来 送风机和引风机电流减少,厂用电量减少。
3、在锅炉负荷和发电量不变的情况下,出口烟气含氧量、给煤量减少, 说明燃烧空气量减少,相应烟气量减少,有助于减少锅炉排烟热损失。同时, 燃烧空气量的减少有助于减少烟气中 NOx 总量。A、B 两进口总含氧量下降了 约 0.7 个百分点,下降约 10%。 4、添加煤炭燃烧促进剂,飞灰残碳量降低 31.5%,底渣残碳量降低 51.04%。 残碳最高下降了 4.04 个百分点,降低 47.2%,*均数据表明残碳降低了 2.68 个百分点,降低 33.1%。 5、添加煤炭燃烧促进剂,工业锅炉排出烟气中 SO2 下降了 12-17%左右,从飞 灰成分分析看,SO2 理论上少排放了 42.8%。说明煤炭燃烧促进剂有明显的固 硫作用。
由于试验时间短、锅炉运行参数波动、天气等原因可能对加助燃剂助燃效 果产生影响,如果能测定煤汽比则可更直观地得到助燃效果数据。




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