（热能工程专业论文）未燃碳随飞灰粒径分布规律的实验研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文利用标准筛分法和烧失法对取自两个电厂的多个飞灰样本进行 了实验研究，实验测量的主要参数为飞灰的整体含碳量、飞灰随粒径的分 布情况，飞灰各粒径组的含碳量和飞灰各粒径组的含碳量占总体含碳量的 比例。通过实验结果的分析，发现电厂燃用煤种情况、锅炉本身情况和煤 粉制备情况是影响飞灰含碳量的主要因素。本文还在选好特征粒径的情况 下，用简化的数学模型对国内部分煤种生成的不同粒径的焦炭的燃尽时间 进行了计算，并以此分析了粒径对焦炭燃尽时间的影响。 关键词：飞灰，未燃碳，粒径分布，燃尽时间 a b s t r a c t as e to ff l ya s h e sf r o mp u l v e r i z e dc o a lf i r e db o i l e r sw e r es a m p l e df r o m t w op o w e rp l a n t s ，a n db yt h em e a no fs t a n d a r dd r y - s i e v i n gt e c h n i q u e sa n d l o s so ni g n i t i o nt e c h n i q u e ，f o u rp a r a m e t e r sw e r em e a s u r e da n dc a l c u l a t e d ， w h i c ha r ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ，t o t a lu n b u r n e dc a r b o nc o n t e n t ，u n b u r n e d c a r b o nc o n t e n to fd i f 诧r e n ts i z ef r a c t i o n sa n dt h ec o n t r i b u t i o no fe a c hs i z e f r a c t i o nt ot h et o t a lc a r b o nc o n t e n to ft h ef l ya s h e s b ya n a l y z i n gt h er e s u l t s o fe x p e r i m e n t s ，t h em a i nf a c t o rt h a ti n f l u e n c et h eu n b u r n e dc a r b o nc o n t e n to f f l ya s hc a nb ef o u n d e d ，t h e ya r et h ei n h e r e n tc o n d i t i o no ft h eb o i l e r ，t h ek i n d o ft h ec o a lt h a tc o m b u s t e da n dp u l v e r i z i n gc o n d i t i o no ft h ec o a l o nt h eb a s i s o fs e l e c t e dp a r t i c l ed i a m e t e r s ，t h ei n f l u e n c eo fp a r t i c l es i z eo fc o a lc h a ro ni t s b u r n o u tt i m ei sa n a l y z e db yc a l c u l a t i n gb u r n o u tt i m eo ft h ec h a ro fs o m ec o a l s i no u rc o u n t r y ，u s i n gs i m p l i f i e dm a t h e m a t i c a lm o d e l z h o n gx i a o l i a n g ( t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i uy a n f e n g k e yw o r d s ：f l ya s h ，u n b u r n e dc a r b o n ，s i z ed i s t r i b u t i o n ，b u r n o u tt i m e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文未燃碳随飞灰粒径分布规律的 实验研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日 期： 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 随着能源供应紧张和各个电厂之间竞争的加强，各电厂为了加强市场竞争力， 都在努力提高发电效率，降低发电成本。飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃 烧效率的主要运行经济指标和技术指标之一，直接反映锅炉燃烧效果的好坏，也是 电厂开展运行经济考核、计算锅炉效率的一项必不可少的原始数据。降低飞灰含碳 量，不仅有利于指导燃烧调整以降低煤耗，还有利于提高燃烧的稳定性，从而有利 于提高机组运行的经济性和安全性。 另外，从环境方面考虑，燃煤电厂的不断发展使每年的飞灰生成量大量增加， 飞灰如何有效处理的问题已经变得非常突出。由于我国处理飞灰中重金属及渗透性 物质的技术尚不成熟，将飞灰的有效利用是解决废弃飞灰造成环境问题的一项主要 的可行方案，这样即节省了处理飞灰的费用，又避免了飞灰造成的极难控制的环境 问题。飞灰最主要的应用是混凝土填料和水泥熟料等建筑材料的原料，而这些方面 的应用对飞灰的含碳量要求很高，如果合理控制好飞灰含碳量的品质，便可直接应 用，其经济效益也非常可观。但是由于低近年来i 氐n o x 燃烧技术的应用，飞灰含碳 量升高，飞灰的质量下降，很多电厂飞灰的可用性明显下降甚至不能用作建筑原料。 为了提高飞灰的利用价值，就必须提高飞灰含碳量的品质，因此寻找方法，提高燃 煤电站锅炉效率势在必行。 1 。1 研究背景及意义 面对日益突出的飞灰含碳问题，寻找有效的降低飞灰含碳量的措施有一定的困 难。由于影响飞灰含碳量的原因很多，包括燃料问题、锅炉本身问题及锅炉运行问 题等很多因素。要综合全面的分析这些问题，只从燃烧过程分析入手会很困难，目 前电厂单一的凭借锅炉的实际运行经验所采取的措施更不足以使飞灰达到理想的 品质，要有效的控制飞灰含碳量，必须对飞灰含碳问题进行更深入的分析。飞灰随 粒径的分布情况以及未燃碳随飞灰粒径分布的情况，能在一定程度上反映在某个煤 种、某种型号的锅炉及某种运行工况下产生飞灰及未燃碳的特点，所以对该问题的 研究对研究有效的降低飞灰含碳量的措施有十分重要的意义。 根据当今普遍应用的飞灰生成模型，通过分析未燃碳随飞灰粒径分布规律来研 究飞灰含碳量变化的成因及影响因素有重要的意义。在目前普遍认同的飞灰生成模 型中，煤颗粒燃烧和飞灰的生成过程为：首先是煤转化为焦炭，随后焦炭在更高的 温度下燃尽。煤颗粒内部粒径小( t 。k l f ，即那些产生以各向同性结构为微观 特征的焦炭的低品位煤( p 、t 、k ) 有最高的燃尽率，他们表现出较高的反应特性， 较低的活化能和特征温度；那些产生以各向异性结构为微观特征的焦炭的高品位煤 ( l ，f ) 显示出较低的燃尽率，其相应的具有较低的反应特性，较高的活化能即特 征温度。这些数据肯定了热重实验对满负荷运行锅炉的预测能力，并肯定了滴管炉 中产生的焦炭是在近似于满负荷运行锅炉中的停留时间和燃烧温度条件下产生的。 为了进一步分析煤种在反应特性上的差异，需要测量各自的转化率与炉内停留 时间的关系。图2 2 显示了各煤种的在滴管炉中的燃尽情况。如图，对比所有煤种， 6 华北电力大学硬 ：学位论文 在全部停留时间中，低品位煤在燃烧过程中总是得到较高的转化率：相应的，高品 位煤l 具有较低的转化率，特别是煤f ，在所有的停留时间内都是很低的转化率。 c 口 零 一 瓮 图2 一l电站锅炉中各煤种的燃尽率与各参数的关系：圈中横坐标为 4 0 的烟 煤，不论负荷怎样调整，其飞灰含碳量也不会有很大的变化：对挥发分低的煤，负 荷对其的影响就较大。 2 6 煤粉在炉内停留时间的影响 煤粉炉的燃烧产物在炉膛中停留的时间，虽然在一般计算方法中并没有计算， 但是它却和燃烧效率有密切的关系 吕俊复3 0 1 等人调研了国内运行中的5 5 台锅炉，这些锅炉以四角切圆的燃烧方式 华北电力大学硕士学位论文 为主，锅炉涵盖了3 5 t h 3 0 5 0 t h 。这些锅炉的飞灰含碳量变化较大，除了与燃用的 煤种有关之外，与锅炉的结构及煤粉细度密切相关。根据收集到的结构资料和现场 运行数据进行的计算分析，发现锅炉容量越大，则燃烧产物在炉膛中停留时间也就 越长，飞灰的含碳量越低。主要的原因是，为了使燃烧产物在炉膛中得到足够的冷 却，就需要把炉艟设计得略大，能装设足够多豹辐射受热面。如果容积比较小的炉 膛和容积大的炉膛几何上是相似的，则体积大的炉膛的炉墙上受热面就相对地少 些。 因此，在实际运行过程中，要根据煤种的不同，合理的调煤粉在炉内的停留时 间，在燃煤的挥发分含量高时燃煤比较容易点燃和燃烧完全，因此可以考虑把炉 膛设计得珞小。燃烧产物在炉膛中的停留时间可以短些。当燃煤中含水分、灰分略 高时，会使燃煤着火略慢，而且由于烟气体积也略大，因此为了燃烧完全，也需要 把炉膛设计得略大。此外，在燃煤灰分的熔点商时，常可以把炉膛出口烟气温度设 计得略高些，这样燃烧产物在炉膛中停留的时间就略短些；相反，在燃煤中灰熔点 较低时，则在设计中也会使炉膛出口烟气温度略低些。为此，就需要把炉膛容积设 计得略大些，以装设较多些的受热面，燃烧产扬在炉艟中停留的时溺自然也就长些。 因此，在研究分析燃烧产物在炉膛中停留时间时，要参考挥发物含量高低，水分、 灰分高低，灰熔点的高低等问题。 1 8 华北电力大学硕士学位论文 第三章未燃碳随飞灰粒径分布规律的实验及分析 实验准备阶段，分别对保定热电厂和西柏坡电厂进行了取样。保定热电厂的取 样对象为其1 # 、4 # 、5 # 锅炉，其锅炉容量分别为2 0 0 t h 、2 2 0 t i i 和4 1 0 t h ，三台 锅炉的燃烧方式均为四角切圆燃烧，实验的飞灰样本是分4 天取得，每天对三台锅 炉取样一次。鉴于除尘器下方取样困难，取样点只设在该厂化学车间进行日常取样 的取样点，即除尘器的入口之前。 西柏坡电厂拥有四台容量为1 0 2 5 t h 的锅炉，炉型均为b & w b 一1 0 2 5 1 8 3 一m ， 锅炉为半露天布置、平衡通分、中间再热、亚临界参数自然循环，燃烧方式为对冲 燃烧。每台锅炉的配备一组3 级电除尘器，且4 台锅炉配备的除尘器型号相同。由 于四台锅炉完全一样，而且是统一供煤，鉴于取样条件的限制，只对1 # 炉的4 个 取样点进行了为期4 天的取样，在这4 天内，每天取样一次，4 个取样点分别设在 省煤器入口和l 、2 、3 级除尘器的下方。 3 1 实验方法及步骤 实验要测量的参数为：飞灰的整体含碳量、飞灰各粒径组的所占的比例、飞灰 各粒径组的含碳量和飞灰各粒径组的含碳量的占整体含碳量的比例，实验的过程 为： 1 ) 筛分过程 飞灰样本首先要用标准筛分法筛分为不同的粒径组，该过程用到的设备为不同 目数的标准实验筛和振筛机，基本过程为：将飞灰样本在1 2 0 c 的空气环境中( 烤箱 中) 干燥3 0 分钟，为了减小筛分过程中由于样本损失造成的误差，每次筛分的样本 重量为3 0 + - - l g 。每次筛分的时间为3 0 分钟。 筛分结束后，将停留在各个实验筛上不同粒径组的飞灰进行称重，然后根据称 重的结果计算飞灰各粒径组所占的比例。计算方法为 各粒径组的重量飞灰的整体重量( 3 - 1 ) 2 ) 测含碳量过程 飞灰的整体含碳量和各粒径组的含碳量是用烧失法测得的，该过程用到的设备 为马弗炉，其基本过程是：称取l 0 1 9 干燥好的飞灰样本放入实验用瓷船中，然 后放在9 0 0 c 的马弗炉中灼烧1 小时。灼烧前后瓷船中灰样的质量差即认为是飞灰 含碳量( ，d a f ) 。 为了保证烧失法测量飞灰含碳量的准确性，所有样本的整体含碳量都用元素分 1 9 华北电力大学硕士学位论文 析仪进行了验证。 根据飞灰含碳的质量便可计算各粒径组的含碳量占整体含碳量的比例，计算方 法为： 望害鬟毳戛器该粒径组所占的比例 c ，一z ， 3 2 实验结果及分析 3 2 1 保定热电厂样本的实验结果及分析 保定热点厂燃用是混煤，所有锅炉统一供煤，取样过程只得到了入炉煤的工业 分析数据，每次取得样本对应入炉煤的工业分析数据如表3 1 。从表中可以看，在 忽略组成混煤组分变化的情况下，从入炉煤的总体工业分析数据看，4 天内入炉煤 的成分基本稳定；从总体挥发份的含量看，4 种入炉煤均属于反应特性较差的贫煤 范围。 表3 14 次取样对应的燃煤工业分析数据 期 数据 d a t e ld a t e 2d a t e 3d a t e 4 m a r5 7 9 7 6 9 3 9 a a r3 4 9 4 2 9 3 9 2 9 0 5 2 9 5 l v a r1 3 9 5 1 3 2 3 1 2 5 0 1 2 2 2 c a r 4 5 4 1 4 7 6 8 5 1 5 5 5 4 3 7 表3 2 筛分后5 个粒径组的粒径范围 i 粒径组l粒径组2 粒径组3粒径组4粒径组5 d 4 5 1 a m4 5 d 6 0 1 a m6 0 d 8 0 l a m 8 0 ，这两种情况下的大颗粒未燃碳由于反应活性 区域的面积很大，都有利于燃烧。这种大量易燃颗粒没有燃尽的情况说明：1 ) 该 锅炉由于容量太小，燃料在炉内的停留时间较短，造成煤粉中较难燃的大颗粒成分 没有充足的时间燃烧，该炉各样本的总体含碳量的平均值在所有样本中最高的事实 证明了这一点；2 ) 磨煤机的制粉不够不适合锅炉的燃烧条件，相对于炉体而言， 大颗粒煤粉的比重过大。 图3 - 1 0 高品位煤生成大颗粒未燃碳 的情况 图3 - 1 1 低品位煤生成大颗粒未燃碳 的情况 4 # 炉的样本从飞灰随粒径的分情况看，粒径在8 0 i t m 以上的较大粒径组占大部 分比重，为总量的4 5 7 0 ，而且从未燃碳随飞灰粒径的分布情况看，7 0 8 5 的未燃碳集中在较大粒径组。这说明该锅炉存在的主要问题很可能是燃用煤种与设 华北电力大学硕士学位论文 计煤种相差太大，而此时磨煤机没有做出相应的调整，造成煤粉的实际粒度尤其是 难燃高品位煤的粒度与锅炉燃烧要求的差别太大，从而造成炉内燃烧条件较高程度 的恶化。各样本的总体含碳量可以说明这一点，4 # 样本总体含碳量的平均值与炉 体最小的l # 炉相当，而且其总体含碳量的最高值为1 7 3 4 ，是所有样本中最高的。 另外，由于锅炉容量太小而使煤粉在炉内停留时间太短也是造成飞灰中较多易燃颗 粒的原因。 5 # 炉样本的整体含碳量的平均值是所有样本中最低的，该炉飞灰随粒径分布 比较均匀，未燃碳主要集中在较大粒径组，为总量的5 0 8 0 。这说明由于锅炉 容量明显的增大，从而在煤粉在炉内的停留时间上比1 # 、4 # 炉有较明显的改善。 但是该炉整体含碳量的还是很高的，而且未燃碳在大粒径组很集中，说明该锅炉同 样需要磨煤机调整煤粉的细度。另外，尽管锅炉容量较l # 、4 # 炉有所提高，但是 相对于给煤粉提供很好的燃烧条件来看，该锅炉的容量还是比较小，所以仍然需要 改善炉内的燃烧条件。 从未燃碳随飞灰粒径的分布情况的变化趋势看，l # 、4 # 炉几乎不受到煤种变 化的影响，而5 # 炉受到一定程度的影响，这种情况可能于锅炉的容量有关。 值得注意的一点是，样本各粒径组的含碳量随粒径增大的变化幅度有一个明显 的规律：即如果样本的总体含碳量低，则其各粒径组含碳量的变化幅度小，如果样 本的总体含碳量高，则其各粒径组含碳量的变化幅度大。另外，所有样本在小粒径 组的含碳量变化不大，总体含碳量相差很大的样本在各粒径组含碳量的差别主要体 现在大粒径组的含碳量上。这说明煤粉的燃尽情况主要取决于煤粉中大颗粒部分的 燃尽情况。 从各锅炉飞灰含碳的特点看，电厂应该采取的降低含碳量的措施为：i ) 燃煤 的性质对锅炉燃尽率的影响事非常大的，尤其对于燃烧条件较差的小容量的锅炉， 要尽量燃用易燃煤种；2 ) 为了尽量减小由于锅炉容量小造成的问题，应该对燃烧 器的角度进行调整，在结渣和传热问题允许的情况下，尽量延长煤粉在炉内的停留 时间；3 ) 调整磨煤机的工作效率，在平衡锅炉的燃烧效率与磨煤机的磨损和电耗 的情况下尽量提高煤粉的细度。由于不同容量的锅炉，适合燃烧的煤粉粒度是不同 的，尤其是该电厂是5 # 炉和1 # 、4 # 炉的容量差别较大的情况下，各锅炉统一供 煤是不合理的，应该对容量的差别大的锅炉分开供煤；4 ) 在经济和技术条件允许 的情况下，用先进的燃烧器及其它燃烧设备以改善炉内的燃烧条件，强化煤粉在炉 内的燃烧；5 ) 改善炉内的动力场，改良煤粉与二次风的混合情况，从而缩短煤粉 尤其是难燃煤燃烧所需要的时间；6 ) 在当今必须燃用混煤的现实情况下，应及时 对原煤进行分析，尽量使不同煤的配比有利于燃烧。 2 7 华北电力大学硕士学位论文 3 ，2 。2 西柏坡电厂样本的实验结果及分析 西柏坡电厂各锅炉的设计煤种为山西晋中烟煤，实际运行中，由于燃煤供应紧 张，目煎燃用的为混煤。其中，燃煤的7 0 为汽车运输煤，主要由个体供应，较杂 乱；3 0 为火车运输煤，火车运输煤的9 0 为贫煤和贫瘦煤，由山西西山矿务局和 个体供应，其余1 0 为无烟煤，由阳泉矿务局供应。可以看出，该电厂的原煤是非 常杂乱的，所以在取样过程中，只记录了入炉煤的工业分析数据，数据如表3 - 1 4 ： 从表中可以发现在4 天里，混煤的各项成分基本稳定，尤其是挥发份含量变化不大。 岑可法托9 1 等通过大量实验，发现一个通用的能反映不同煤种反应特性的计算方 法： f z = 1 0 0 ( + m “) 2 e d ( 3 3 ) 表3 1 44 次取样对应入炉煤的工业分析数据 参数 m a da a dv a dc a d q a d ，n e t 日期( ) ( ) ( )( 煳( _ ，i ( 曲 d a t e l1 8 22 6 5 81 4 9 35 6 6 72 l8 7 5 9 0 d a t e 22 3 52 5 1 91 3 ，6 65 8 8 02 2 9 3 6 1 3 d a t e 32 0 42 6 6 91 3 8 95 7 3 82 1 8 1 8 。4 9 d a t e 41 5 52 5 j 2 31 3 5 45 9 6 82 2 6 1 2 0 4 通过燃煤的干燥基工业分析数据，利用式( 3 - 3 ) 计算出f z ，当f z 、 o 5 时为 极难燃煤；当0 。5 f z l0 时为难燃煤；当1 o 1 5 0 m 、1 0 5 d 1 5 0 t m 、8 0 d 1 0 5 m 、 6 0 d 8 0 p m 、4 5 d 6 0 p m 和d 1 0 5 9 m 、8 0 d 1 0 5 p m 、 6 0 d 8 0 9 m 、4 5 d 6 0 p m 和d 4 5 卜m 的5 个粒径组。实验结果如下： 1 省煤器入口处灰样的实验结果及分析 2 8 华北电力大学硕士学位论文 在表格和柱状图中粒径组1 、2 、3 、4 、5 、6 分别为d 4 5 p m 、4 5 d 6 0 p m 、 6 0 d 8 0 l a m 、8 0 d 1 0 5 9 m 、1 0 5 d 1 5 0 9 m 的各粒径组。样本的总体含 碳量分别用烧失法和元素分析仪进行了测量，如表3 一1 5 和表3 - 1 6 。对比表3 1 5 和 表3 一1 6 可以看出，用烧失法测量的飞灰含碳量与用元素分析仪的测量结果是有误 差的，烧失法的测量结果偏离，但误差的绝对值很小，最大不超过0 2 ，即烧失 法测量的西柏坡电厂的飞灰含碳量事可以的。从表3 - 1 5 可以看出，不同取样时间 的4 个灰样的总体含碳量有适当的差别，无大的异常，取样是合理的。 表3 一1 5 烧失法测量省煤器入口处取得各样本的总体含碳量 e t 期 d a t e ld a t e 2 d a t e 3d a t e 4 l 含碳量( )5 1 21 5 3 l1 2 4 69 1 7 表3 - 1 6 元素分析仪测量的省煤器入口处取得各样本的总体含碳量 只期 d a t e ld a t e 2 d a t e 3d a t e 4 l 含碳量( ) 5 0 1 1 5 0 71 2 1 98 ，9 8 表3 1 7 飞灰随粒径的分布情况 拉径组 日期 1 2 3 456 d a t e l1 6 6 4 3 2 o l 1 7 0 1 1 5 9 1 9 2 7 9 1 6 d a t e 27 9 2 2 2 8 5 1 6 7 6 1 9 6 1 1 1 1 5 1 8 7 2 d a t e 31 4 2 3 3 0 9 l 1 6 9 3 1 4 8 4 1 0 7 4 1 2 3 4 d a t e 47 4 4 3 0 0 5 2 3 6 2 2 1 3 1 8 9 4 8 6 4 表3 一1 8 飞灰各粒径组的含碳量 、粒径组 日期 l2345 6 d a t e l0 ，7 9 2 0 3 5 2 6 7 6 2 1 1 4 0 1 4 4 5 d a t e 2o 8 7 4 7 3 1 1 6 6 2 0 2 3 2 6 0 0 2 8 4 6 d a t e 31 9 4 5 8 4 1 3 1 2 1 8 1 2 2 2 8 2 2 8 6 4 d a t e 4 0 7 7 1 8 4 8 5 1 1 4 2 1 1 9 4 0 2 0 5 7 表3 一1 9 飞灰中未燃碳随飞灰粒径的分布情况 粒径组 刚胡 l23456 d a t e l ( ) 2 5 6 1 2 7 1 1 7 4 6 2 3 6 7 2 0 6 5 2 5 8 5 d a t e 2 ( ) 0 4 5 7 9 8 1 2 7 7 2 5 9 1 1 8 9 3 3 4 8 0 d a t e 3 ( ) 2 2 2 1 4 4 9 1 7 8 2 2 1 5 8 1 9 6 7 2 8 3 6 d a t e 4 ( ) 0 6 3 6 0 32 1 9 3 3 3 0 3 1 8 9 1 1 9 3 8 华北电力大学硕士学位论文 图3 1 2 省煤器入口处飞灰随粒径的分布情况 图3 - 1 3 省煤器入口处飞灰各粒径组的含碳量 筛分和烧失实验及计算得到的飞灰随粒径的分布情况、飞灰各粒径组的含碳量 以及未燃碳随飞灰粒径的分布情况如表3 - 1 7 表3 一1 9 ，为了更好的反映各参数的 变化趋势，表中的数据表现在了柱状图中，如图3 1 2 图3 1 4 。 如图( 3 1 2 ) 图( 3 1 4 ) ，从飞灰随粒径的分布情况看，省煤器出口飞狄的情况是 基本稳定的，该参数在粒径组2 出现峰值，占总量的2 3 3 2 ，在粒径组3 、4 比重次之，为2 0 2 5 ，而在粒径组1 、5 、6 比重很小，都在8 左右。所有样本 各粒径组的含碳量都是随着粒径的增大而增大，变化幅度随样本总体含碳量的增大 而增大，最大的变化幅度为从0 7 2 8 左右。从未燃碳随飞灰粒径的分布情况 华北电力人学硕士学位论文 图3 1 4 省煤器入处样本未燃碳随飞灰粒径的分布情况 看，各样本的情况也是比较稳定的，除d a t e 4 取得样本的该参数的最大值出现在粒 径组4 外，其它样本该参数的最大值都出现在粒径组6 ，为2 6 3 5 ：该参数在 粒径组2 、3 、4 、5 的比重比粒径组6 稍低，在粒径组l 的比重非常小，最大值也 不足3 。从未燃碳的总体分布情况看，除d a t e 4 的样本外，其主要集中在粒径较大 粒径组4 、5 、6 。占总量的7 0 左右，而且在这3 个粒径组分布比较均匀；d a t e 4 所 取的样本在粒径组3 、4 的比重较大，占总量的5 5 左右，而在粒径组l 、2 的比重 非常小：而且除d a t e 4 的样本为，其它三个样本各粒径组含碳量的比例为双峰值分 布，峰值出现在粒径组4 和6 。 由于锅炉燃烧的是混煤，所以在分析飞灰含碳的特征时，需要了解单个煤种燃 烧生成飞灰的特征，由于目前燃煤供应紧张，各电厂均燃用混煤，取样时没有取到 单煤燃烧生成的灰样，i n d r e kk u l a o t s 等人【2 1 在美国燃用不同煤种多个电厂取了9 个灰样，其中有5 中f 类的灰样和4 中c 类的灰样。一般情况下，无烟煤等高品位 煤燃烧生成的次为f 类，褐煤等低品位煤燃烧生成的灰为c 类。实验将每个样本分 为为d 4 5 9 m 、4 5 9 m d 1 0 6 9 m 、1 0 6 p m d 1 8 0 9 m 、1 8 0 p m d 3 5 5 p m 的5 个粒径组。经过飞灰粒径分布的测量发现：f 类飞灰和c 类样本飞灰随粒径的 分布情况基本是一致的，所有样本的大部分颗粒都集中在小于1 0 6 9 m 的粒径范围， 而大粒径组所占的比重非常小。而经过计算各粒径组含碳量占整体含碳量的比例发 现，末燃碳随飞灰粒径的分布情况随着燃煤品位的不同是不一致的：在f 类飞灰中， 小粒径部分的含碳量占整体含碳量的比例很大，未燃碳的分布情况为单峰值分稚， 该参数在粒径组2 比较集中，其在此粒径组的值为3 5 6 5 ，其在粒径组l 、3 3 l 华北电力大学硕士学位论文 的值次之，为1 5 3 0 。而粒径较大的两个粒径组( 粒径组4 、5 ) 由于自身比重 很小，含碳量占总体含碳量的比重非常小，有些可以忽略。在c 类飞灰中，未燃碳 随飞灰的粒径呈现双峰值的分布，除小粒径组外，大粒径组的含碳量也有很大比例。 各粒径组含碳量占总体含碳量的比例的两个峰值分别出现在d 3 5 5 1 a m 处( 该参数在此粒径组的值为2 2 3 5 ) ， 其在中等粒径的3 个粒径组的比重相对较小。该类飞灰中，大粒径组在总体样本中 的比重很小，但它们的含碳量占总体含碳量中的比例却很大。造成这种情况的原因 可能是高品位煤和低品位煤在燃烧上固有的区别。低品位煤有较强的反应特性，所 以一般燃尽情况较好。高品位煤较低的反应特性会导致较高的未燃碳含量，并可能 使小颗粒有较长的存在时间。 以上结果表明，虽然锅炉的容量较保定热电厂的锅炉要大的多，但煤粉的燃烧 情况并不理想，因为省煤器出口各飞灰样本的整体含碳量比较高，而且按照i n d r e k k u l a o t s 等【2 j 的研究，绝大多数情况下，大颗粒的未燃碳是较易燃烧的未燃碳，而在 该锅炉的所有样本中，大颗粒未燃碳所占的比重非常大。该锅炉出现该情况原因应 该是：1 ) 燃用的煤种与设计煤种的性质有偏差，该锅炉的设计煤种为山西晋中烟 煤，而从混煤的工业分析数据看，挥发份的含碳量不超过1 5 ，属于贫煤的挥发份 范围，这势必会使混煤在炉内的燃烧非常困难。2 ) 从原煤的来源看，混煤各组分 的性质存在较大的差异，这样在燃烧过程，当挥发份燃烧完全以后，各组分生成的 焦炭很可能会在燃烧时竞争氧气，易燃煤( 包括汽车供应的烟煤和火车工业的挥发 份含量比较高的贫煤) 的焦炭得到氧气的能力比较强，从而先燃烧，无烟煤等难燃 煤生成的焦炭得到氧气的能力弱，从而后燃烧，而煤粉在炉内的停留时间是有限的， 如果易燃焦炭在燃烧后剩余的时间不足以使难燃焦炭充分的燃烧，势必会使飞灰含 碳量上升。3 ) 由飞灰中大粒径颗粒所占的比重很大可以看出，煤粉的粒度比良好 燃烧要求的粒度要大，这种情况会使煤粉的燃尽时间比其在炉膛内的停留时间长， 造成焦炭颗粒尤其是难燃煤不能充分燃烧。 该电厂应该采取的措施是：1 ) 改善燃煤的供应条件，尽量使燃煤的性质接近 设计煤种；2 ) 在有条件的情况下，应该定期对混煤进行热重实验从而预测其燃尽 时间及燃烧特征温度，这样即可以为合理的配比燃煤提供有效数据，又可以根据这 些数据改善锅炉的运行条件；3 ) 由于煤粉的粒度不符合要求，在综合考虑锅炉燃 烧效率与磨煤机的磨损及电耗的情况下，要提高磨煤机效率，降低煤粉的粒度。 2 各级除尘器出口处灰样的实验结果及分析 在表格和柱状图中粒径组l 、2 、3 、4 、5 、分别为d 4 5 9 m 、4 5 d 6 0 1 a m 、 6 0 d 8 0 9 m 、8 0 1 0 5 9 m 的各粒径组。 ， 3 2 华北电力大学硕士学位论文 不同取样时间的各样本的总体含碳量如表3 2 0 ，由于三级除尘器出口在d a t e 4 取得样本的实验失败，故只得到前3 个取样时间的样本的实验数据。 从表3 - 2 0 可以看出，除一级除尘器出口在d a t e 3 取得样本的总体含碳量出现异 常情况外，其他样本总体含碳的平均要比省煤器出口各样本整体含碳量的低。筛分 和烧失实验和计算的具体结果表( 3 2 1 ) - ( 3 2 9 ) 和图( 3 1 5 ) ( 3 - 2 3 ) ： 图( 3 1 5 ) 图( 3 1 7 ) 为一级除尘器下飞灰样本的实验结果，从飞灰随粒径的分布 情况看，一级除尘器出口处