（热能工程专业论文）大别山电厂600mw超临界锅炉燃用混煤的计算特性及配比优化研究.pdf

摘要 摘要 随着我国电力工业跨越式发展，电煤供应同渐紧张，造成发电企业不得不燃用2 种或2 种以上的混煤。由于混煤的燃烧特性并不是组分煤种的简单叠加，混煤中不 同的组分颗粒在燃烧过程中相互影响、制约，使得燃烧特性比单一煤复杂。电厂如 果燃用混煤不当会影响到了机组的安全高效和经济运行。因此，研究混煤煤质的 计算特性及优化配比就具有重要意义。 本文针对大别山电厂6 0 0 m w 超临界压力燃煤锅炉机组掺烧淮南煤和平顶山煤 的实际情况进行了相关煤种煤质计算特性研究。首先探讨了混煤工业分析和元素分 析与掺配比例的关系以及混煤工业分析与元素分析的关系；然后对混煤实验所得灰 成分与加权平均灰成分进行了分析，计算结果表明这两种煤组成的混煤结渣指数低 于单一煤种的结渣指数，由于灰分矿物质之间相互反应，混煤的灰成分不能够用加 权平均来计算，混煤加权平均灰成分结渣指数略低于实验灰成分结渣指数，两者随 着掺混比的变化趋势一致。 作者采用模块化思想编制锅炉热力计算程序，用函数与子程序来管理和存储锅 炉在热力计算中所涉及到的数据库，计算条件的输入与计算结果的输出均用e x c e l 表完成，以便在不同的掺烧比下对锅炉机组进行校核热力计算，分析热力特性的变 化规律；然后运用多目标模糊决策法综合考虑结渣，着火，燃尽，耗煤总价4 个因 素来确定最优掺混比煤种；最后采用f l u e n t 软件数值模拟该锅炉燃烧最佳掺混比例煤 种时炉内燃烧，流动和温度状况，计算结果显示炉内工况较为合理。 关键词：混煤特性热力计算模糊决策 数值模拟 a b s t r a c t a st h el e a p f r o gd e v e l o p m e n to ft h ep o w e ri n d u s t r y , t h ec o a ls u p p l yc o m e st ob e i n s u f f i c i e n t ，p o w e re n t e r p r i s e sh a v et oc o m b u s tb l e n d so ft w oo rm o r et h a nt w ok i n d so f c o a l s b e c a u s et h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i co fb l e n d e dc o a l s i sn o tt h es i m p l e s u p e r p o s i t i o no fc o m p o n e n tc o a l s ，a n dd i f f e r e n tk i n d so fp u l v e r i z e dc o a lp a r t i c l e se x i s t s i n t e r a c t i o nd u r i n gt h e i rb u r n i n g s ot h ec o a lc o m b u s t i o np e r f o r m a n c eo fb l e n d e dc o a l si s m o r ec o m p l i c a t e dt h a ns i n g l ec o a l t h a tp o w e rp l a n t sc o m b u s tb l e n d e dc o a l si na l l i m p r o p e rw a y w i l la d v e r s e l ya f f e c tt h eb o i l e rp e r f o r m a n c ei nt e r m so fs a f e t ya n de c o n o m y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nb l e n d e dc o a l sc o m p u t i n gp r o p e r t ya n do p t i m a lb l e n d e dr a t i o h a sa ni m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ei nt h e o r ya n d p r a c t i c e i nt h i st h e s i s ，e x p e r i m e n t a la n a l y s e sa r eu s e dt oi n v e s t i g a t ec o m p u t i n gp r o p e r t yo f r e l a t e dc o a l sa c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc o n d i t i o n st h a td a b i e s h a np o w e rp l a n t6 0 0m w s u p e r c r i t i c a lc o a l - f i r e db o i l e rc o m b u s t sb l e n d e dc o a l sw h i c ha r em a d eu po fh u a i n a nc o a l a n dp i n g d i n g s h a nc o a l t ob e g i nw i t h ，t h ep a p e rp r e s e n t st h e r e l a t i o n s h i po fc o a lb l e n d i n g p r o p o r t i o nt op r o x i m a t ea n de l e m e n t a r ya n a l y s i so fb l e n d e dc o a l sa n dt h em u t u a l i t yo f p r o x i m a t ea n a l y s i sa n de l e m e n t a r ya n a l y s i s n e x t ，t h ea u t h o rd i s c u s s e dt h er e l a t i o no f a c t u a lm e a s u r e dc o a la s hi n g r e d i e n t sv a l u ea n dw e i 曲t 酣v a l u e ，w h i c hc a nr e a c ha c o n c l u s i o nt h a ts l a gi n d e xr so fb l e n d e dc o a l sm a d eu po ft h e s et w oc o a l si sl o w e rt h a n s i n g l ec o a l b e c a u s ea s hm i n e r a l sm u t u a le x c h a n g er e a c t i o n ，t h eb l e n d e dc o a l sa s h c o m p o s i t i o ni sn o tw e i g h t e da v e r a g e i na d d i t i o n ，r so fw e i g h t e da s hi n g r e d i e n t si s s l i g l l t l yl o w e rt h a nr so fa c t u a lm e a s u r e da s hb u tt h e i rv a r i a t i o nt e n d e n c yv i ab l e n d i n g r a t i oi si d e n t i c a l t h ea u t h o rd e s i g n e da n dc o m p i l e db o i l e r st h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o np r o g r a m b a s e so nm o d u l a rm e t h o d ，w h i c hs u p e r v i s e sa n ds t o r e sr e l a t i o n a ld a t a b a s ew i t hs u b r o u t i n e a n df u n c t i o n st od ov e r i f y i n gc a l c u l a t i o nf o rd i f f e r e n tc o a ls a m p l e d a t ai n p u ta n do u t p u t a r ef i n i s h e db yt h ee x c e ls o f t w a r e o nt h eb a s i so fc a l c u l a t i o nr e s u l t ，t h er e g u l a r i t yf o r c h a n g eo fb o i l e rs y s t e mt h e r m o d y n a m i cp r o p e r t yi nc o m b u s t i n gd i f f e r e n tr a t i ob l e n d e d c o a l si ss t u d i e d f u r t h e r m o r e ，t h i sp a p e rd e c i d e do na no p t i m a lr a t i oo f b l e n d e dc o a l sw i t h f u z z ym a t h e m a t i c s ，w h i c ht a k ei n t oa c c o u n ts l a g ，i g n i t i o n ，b u r n o u ta n dt o t a lp r i c eo fc o a l c o n s u m p t i o n f i n a l l y ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r ef l u e n tw a su s e dt os t u d yc o m b u s t i o n ， f l o wf i e l da n dt e m p e r a t u r ef i e l di nt h ef u m a c ew h e nt h eb o i l e rc o m b u s t sb l e n d e dc o a l so f i l a b s t r a c t o p t i m a lr a t i o n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a to p e r a t i n gc o n d i t i o no fb o i l e rf u l t l a c e i sr e a s o n a b l e k e yw o r d s ：b l e n d e dc o a l sp r o p e r t yt h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o nf u z z yd e c i s i o n n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得本院或其它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。 签名：蛆日期：鲁生l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解我院有关保留、使用学位论文的规定，即：我院有权保留送交论 文的复印件，允许论文被查阅和借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。， 本学位论文属于 保密口，在年解密后应遵守此规定。不保密瓯 ( 请在以上方框内打“”) 签名“鱼邋导师签名： 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 本文的研究背景和研究意义 我国电力用燃料主要是煤，由于煤炭运输能力不足以及国家有关电站燃煤政策 等方面的原因，大型电站锅炉往往不可避免的燃用不同于设计煤种的混煤。在燃用 混煤时，若煤种选择适当，混合均匀，配比合理，创造良好的燃烧条件，能发挥组 分煤种各自的优越性，取长补短，给锅炉的安全和经济性带来良好的影响。然而混 煤虽然是一个简单的机械掺混过程，但其煤质特性与燃烧特性并不是组分煤种的简 单叠加。由于单一煤的特性不同，混合后不同煤质的颗粒在燃烧过程中相互反应、 制约，使得混煤的煤质特性比单一煤复杂，难以简单地由掺混比例预知其特性。煤 质特性的变化主要是发热量、挥发分、灰成分、灰熔融特性、可磨性的变化。由于 煤质燃烧特性、积灰和结渣特性发生了变化，使得锅炉设计时确定的炉膛热负荷、 汽温特性、尾部竖井对流受热面的传热特性、排烟温度、尾部受热面的磨损、锅炉 的主要辅机、送风机和引风机的出力等等都可能产生变化。因此，研究煤质变化对 锅炉运行特性的影响意义十分重要。本论文将针对大别山电厂6 0 0 m w 超临界锅炉进 行混煤煤质计算特性研究和技术经济性分析，目的在于避免电厂配煤的盲目性，为 充分利用煤炭资源，确保机组稳定和高效运行，逐步实现电厂煤源分配的科学化管 理提供科学依据。 1 2混煤燃烧的国内外研究现状 1 2 1国外混煤燃烧概况 西方一些国家使用混煤的主要目的是：采用低硫煤与高硫煤混合以降低s o x 的排放、降低锅炉的结渣和积灰，同时充分利用高热值煤，保证灰分和发热量稳定 也蟹 手。 由于混煤的广泛使用，促使研究者对混煤的燃烧特性进行研究。一方面是通过 试验总结出各种规律，为电站锅炉应用混煤提供依据；另一方面，去开发各种混煤 燃烧技术和燃烧设备。 有关混煤的研究主要包括：混合系统和混合方法的研究，混煤着火燃烧性能的 研究，采用混煤方法减轻结渣的研究，采用混煤方法降低n o x 及s o x 排放量的研究， 混煤燃烧设备及燃烧技术的研究。 美国动力用煤大部分为优质煤，在煤粉炉中不存在燃烧问题，因此将精力集中 于污染物的控制。对混煤的研究也是如此。美国东部、中部煤含硫较多，分别为 1 8 3 8 和2 5 5 o ；而西部煤含硫少，约为o 3 1 5 。东部和中部的电厂须使用 第1 章绪论 西部煤或采用脱硫装置，才能满足s o x 排放要求。采用东部、中部煤掺烧西部煤， 既可减少运行费用与脱硫装置，又能满足排放要求。美国在采用混烧降低s o x 的排 放方面进行了较深入研究。与此同时，也考虑了含灰量和发热量稳定。保证煤质稳 定，既可降低现役电厂的运行费用，又可降低新电厂的投资和运行费用。煤质稳定 时，可避免锅炉结渣，并对防止沾污有好处瞄。灰分稳定还能使灰处理系统高效运行。 由于混煤的上述优点，采用混煤的电厂越来越多。实际应用中出现了混合均匀的新 问题，促使美国对混合方法进行了研究，即确定混煤的比例后，如何使混煤的成分 更均匀，不致因煤质波动而影响燃烧的稳定性和经济性。 德国混煤燃烧起于7 0 年代初。当时，一些烧褐煤的电厂因其质量性能常常偏离 设计指标，使电厂无法满负荷运行。因而将褐煤与烟煤混烧，通过混烧来提高发热 量增加负荷。p t o l e m o s i s 和a l i v e r i 电厂的运行情况表明，在褐煤中掺烧一定量的烟 煤，除能满负荷运行外，还有以下好处：更高的燃烧稳定性，灰渣及飞灰中未燃成 分降低，出口烟温下降。另外，其进一步的研究指出，必须加强对煤质特性、煤灰 特性的研究才能保证混煤的有效性。近几年，德国对混煤的燃烧特性与燃烧混煤的 各种燃烧室和燃烧器以及配煤设备进行了较深入研究，如混煤的着火和可磨性，并 对燃用混煤电站的初期投资和运行成本进行了分析。还有人研究了不同氧浓度下不 同细度混煤的着火情况，主要结论是p 】：混煤的掺混比例对煤的着火有一定影响：在 低氧环境中，混煤的着火性随掺混比例变化的趋势不同：对于粗粒煤，不同的氧浓 度下，掺混比例的变化对着火的影响较明显。v g b 总部9 台发电功率为 1 0 0 0 - 11 5 0 m w 锅炉的燃烧设备进行了研究，设计出不少适用于不同煤种混烧的燃烧 设备。此外，德国还研究了多种混煤的低n o x 燃烧设备，并己经在电站锅炉中应用。 日本的燃料依赖进口，为了减少运费，近几年开始扩大利用发热量高的无烟煤 等低挥发分煤，因而出现了在煤粉锅炉中混烧无烟煤和石油焦的低挥发分燃料倾向。 石川岛播磨重工公司对原来水平燃烧烟煤和混煤的锅炉进行了反应管试验和试验炉 试验，充分掌握了低挥发分煤混烧时的燃烧特性。在此基础上，设计了混烧低挥发 分煤的5 3 0 v h 锅炉。此锅炉采用了炉内n o x 还原的低n o x 燃烧技术。试运行中， 锅炉性能保持设计值，而且成功地实现了低n o x 运行；三菱重工开发了1 0 0 0 m w 燃 烧多种煤的超临界变压锅炉，运行情况良好。目前，日本对混烧不同煤种时出现的 污染物增加及未燃损失增加等正在进行深入研究。 为防止结渣、沾污和腐蚀，并形成稳定火焰，荷兰常燃用混煤，混烧后的结渣和 腐蚀倾向均降低【4 1 。西班牙的劣质煤储量较多。为充分利用这些煤，也采用掺烧方法 减轻劣质煤对锅炉稳定性的危害。 西班牙研究低挥发分煤燃烧时，也研究了混煤的燃烧特性。研究表明，造成发 电设备利用率下降的主要原因是锅炉结渣和磨煤机磨损，某些高灰分煤的可燃物含 量低，难以燃烧。采用高、低挥发分煤的混合燃料，其挥发分在1 2 1 6 之间，含 2 第1 章绪论 灰量限制在4 5 以下。结果说明，采用混合燃料时，由于燃烧效率和利用率提高， 带来了巨大的效益。加拿大研究了用混煤的方法调节煤的燃烧及飞灰特性。主要结 论有：燃用混煤的煤粉炉可以通过调节掺入煤的份额来减少或避免运行中经常遇到 的问题；岩相学和热重法可用于研究混煤的燃尽特性；当飞灰中可燃物超过1 2 9 6 会导 致除尘器效率下降时，可以掺混活性强的煤以强化燃烧，促进燃尽。 1 2 2 国内混煤燃烧研究概况 1 2 2 1 混煤着火特性研究 煤的着火特性是指煤粉在炉膛中在规定的条件下被燃烧着火的难易程度。它是 评价煤粉着火难易程度的重要指标。煤的着火特性非常复杂，但对锅炉运行人员来 说有极其重要，在目前多数电厂采用混煤燃烧的情况下，掌握混煤煤粉气流的着火 特性，将十分有利于锅炉设备的安全和经济运行。 侯栋岐等【5 】采用着火特性专项测试装置对8 个煤种( 4 个烟煤、2 个贫煤和2 个无 烟煤) 及其混煤的着火指数进行了测量。从混煤煤粉气流着火指数曲线可以看出，两 种煤质特性相差较大的煤相混，混合后的煤粉气流着火指数不是两个原煤指数的加 权平均值，而是明显地靠近原煤中较低着火指数煤粉气流的数值，由此认为两种着 火特性不同的煤掺混，混煤的煤粉着火特性趋近于易着火的原煤。 孙明等【6 】利用德国进口的n e t z s c h 一4 0 9 c 型热天平，对无烟煤、烟煤组成的 混煤及无烟煤和瘦焦煤所组成混煤进行热重实验。从着火温度曲线看出，随着混煤 中烟煤比例的增大，着火温度逐渐下降，特别是当无烟煤：烟煤 l ：3 时，着火温度 下降明显，最大下降3 0 。而当无烟煤：烟煤 l ：3 时，下降幅度减缓。同样，混煤 中瘦焦煤比例增大，着火温度也下降但下降幅度不如烟煤明显。分析原因是由于烟 煤中挥发份含量较大，使得烟煤在较低温度下析出挥发份，挥发份着火提升气流温 度，带动着难着火的无烟煤析出挥发份、着火燃烧。同时，由于不同烟煤和瘦焦煤 的挥发份含量的不同，使得它们对混煤的着火点影响也不同。 高正阳等【7 】根据活化能随掺混比的变化规律，提出在高活化能的无烟煤中掺入低 活化能的烟煤或褐煤，对煤的着火性能有较大的改善作用；而当着火性能相近的两 种煤进行掺混时，煤的活化能比将单一煤种活化能按比例加权平均值大，混煤的着 火性能更接近活化能大的煤。 刘亮等【8 】主要以六枝化处煤和娄底煤焦两煤种之间的不同比例的混煤为研究对 象。利用热天平等实验装置对两种单煤和它们两组分之间9 种不同比例的混煤进行 研究，得出上述两种煤及其混煤的着火温度，并可以得出：当着火性能不同的两种 煤掺混时，在着火性能差的煤中掺入着火性能好的煤，着火性能会有较大的改善， 对着火是有利的；在着火性能好的煤中掺入着火性能差的煤对着火性能则不会有太 第1 章绪论 大的影响。 1 2 2 2 混煤燃尽特性研究 对于燃煤锅炉尤其大型电站锅炉来说，煤粉的燃尽特性将直接影响锅炉的燃烧 效率和运行经济性。反映煤的燃尽特性的指标主要是燃尽时间。燃尽时间定义为烧 掉9 8 燃料量时所需的时间。一般来说，燃尽所需时间越长，燃尽性能越差。 华中科技大学的邱建荣等【9 】认为无烟煤中掺烧贫煤或烟煤后，在不分级的条件 下，性能差异越大的两种煤混合后其燃尽性能越差，即两种煤混烧时的燃尽性能不 如单烧无烟煤时的燃尽性能，进一步分析认为这是由于不分级时高挥发份煤的抢风 使低挥发份煤缺氧造成燃尽困难；而采用分级燃烧后，混煤的燃尽性能有所提高，尤 其是掺烧高挥发份煤时提高更明显。 曾汉才等【lo 】发现随着混煤中无烟煤比例的增大，燃尽损失增加幅度不大，当无 烟煤比例从5 0 增加到7 0 后，燃尽损失增加幅度较大。通过试验同时得到，随着 炉内温度的增加无论单煤还是混煤的燃尽率均提高了。 侯栋歧掣5 j 采用热天平对干燥无灰基焦样进行了研究，发现混煤煤焦燃尽率处在 两个原煤煤焦燃尽率之间，但不是加权平均关系，而是比较靠近难燃尽的原煤，因 而得出结论：难燃尽煤中掺入易燃尽的煤来改善其燃尽特性的效果不会太显著。 在近些年的研究中，高正阳等【l l 】通过热天平燃烧实验详细分析了烟煤与无烟煤 的掺混对燃烧过程的影响。用最大失重速率反映煤样在着火后燃烧的强度，最大失 重速率越大，煤样在着火后燃烧越剧烈，燃烧温度也越高，燃烧越稳定。试验发现 单一煤种的最大失重速率大于混煤，煤样越单一，煤样在着火后燃烧越迅速，越容 易形成较高的燃烧温度。因此，不同煤掺混可能会造成燃尽时间增长，所掺混煤种 煤质特性相差悬殊时这种现象更加突出。因此烧混煤的炉膛应该要高一些。 1 2 2 3 混煤结渣特性研究 不论是单一煤种还是混煤，结渣应同时满足以下两个条件：一是处于炉内燃烧的 煤粉、煤灰粒子应当处于软化或熔化状态；二是这些软化、熔化的煤粉、煤灰粒子 与炉内受热面、燃烧设备、卫燃带等发生接触。否则，即使出现上述情况之一，也 不会发生结渣。因此煤的结渣与煤灰灰分特性，炉内空气动力特性以及炉膛设计特 性都有关系，本文着重讨论煤灰灰分特性。 虽然混煤是由单煤按一定比例混合而成，但混煤的灰熔点不等于各种单煤灰熔 点的算术平均值，有时比两种单煤都低，有时比两种单煤都高【1 2 】，这种变化与所混 的两种单一煤的特性及混合比的关系较大，煤种差别越大，混合后变化越大。这主 要是因为不同煤种混合后，由于矿物质的组成、含量发生变化以及它们之间的相互 影响、相互制约，使得不同的煤的不同矿物质发生化学反应，从而改变了混煤的灰 4 第l 章绪论 熔融特性【1 3 1 。同时，不同煤种混合后煤灰还可能生成共熔体，也使混煤的灰熔点发 生变化【14 1 。 李帆等【i5 】试验证明黄陵烟煤灰在变形温度时的矿物质为钙长石，松木坪煤灰的 为莫来石，并且在黄陵煤中掺入2 0 松木坪煤后，混煤灰为钙长石与莫来石的混合 体，而掺入4 0 以上松木坪煤后，混煤灰中均为莫来石，由此认为在结渣程度中等 的黄陵烟煤中掺混松木坪煤后，结渣程度会变轻甚至不结渣，原因为混煤灰在加热 过程中会发生低温共熔现象所致。 此外，陈东林等【1 6 】认为对灰熔特性温度不同的两种煤组成的混煤，不能以混煤 灰的灰熔特性温度作为炉膛设计和判断结渣与否的主要依据。因为，当温度等于或 大于混煤灰锥中灰融点温度较低的煤的软化或融化温度时，因受另一种灰融点温度 较高煤( 其煤灰尚未软化或融化) 的影响，整个灰锥仍未软化或融化，这样整个灰锥的 软化和融化温度将比混煤中灰融点较低的煤灰的软化、融化温度提高。而实际运行 时，煤粉及灰粉粒子在炉内的分布是离散的。烟煤、无烟煤粒子及其灰粒子彼此问 被烟气、空气隔离，只要环境温度高于其中一种灰粒子的熔化温度，该种煤灰粒子 就会熔化，若该熔化的灰粒子与水冷壁、燃烧设备发生接触，便会发生结渣。同时， 他还认为在切圆锅炉中，组成混煤的各单煤的挥发份及干燥基灰份含量差别较大时， 也会对结渣产生较大影响。因为，煤的挥发分含量越高，进入炉膛的煤粉粒子在燃 烧前或燃烧初期的失重量越大，着火和燃烧速度越快。反之亦然。这样，当混煤中 两种煤的挥发分含量差别较大时，其失重量差别较大，进入切圆旋转气流中的煤粉 粒子的重量差别亦较大。失重量大的煤粉粒子，其重量较轻，在旋转气流中受到的 离心力较小，分布在切圆旋转气流的中部或近火焰中心区域。对于失重量较小的煤 粉粒子，其重量较重，在旋转气流中受到的离心力较大，分布在切圆旋转气流的外 缘。如果后一种煤的灰熔点比前者的高且在炉膛设计时以低灰熔点煤的灰熔特性作 为主要依据，则一般不会发生结渣。否则，结渣的可能性较大。含灰量对结渣的影 响与挥发份含量类似。含灰量越大的灰粒，在炉膛的旋转气流中受到的离心力也越 大，因而粒子将分布在旋转气流的外缘。若该种煤的结渣趋向严重，则该混煤的结 渣趋向也较严重。相反，即使某种煤的结渣趋向较严重，若其含灰量较小，则受到 的离心力亦小，粒子将分布在旋转气流的中部，此时如能使炉膛出口烟气温度低于 该煤种的灰软化温度，则混煤的结渣趋向较弱甚至不结渣。 混煤的结渣性能不仅受混合煤种、混合比的影响，而且受多种因素的影响，其 结渣情况相当复杂。除了灰熔点和灰成分以外，灰渣粘度的变化、矿物质的离析、 燃烧工况参数、锅炉运行参数及炉膛结构和设计参数等都会影响混煤燃烧的结渣情 况。即使同一煤质结渣指标的混煤和单一煤，在同一炉膛和同一燃烧工况下，两者 的结渣特性可能存在较大的差异。 第1 章绪论 1 2 3 国内混煤掺配方式简介n 刀 目前国内电厂根据场地设备实际情况与煤源状况不同采用下列混煤掺配燃 烧方式。 1 2 3 1 斗前掺混、同磨制粉 是指燃料在进入原煤斗之前，通过各种手段按一定的比例混合，混配均匀的原 煤在磨煤机中一同被磨制成粉，再送入炉内燃烧。该方法适用于可磨性相近、煤种 掺混手段完备、且管理比较到位的情况，可应用于各种形式的制粉系统。 这种方式下，煤粉的掺混在磨煤机之前完成。在煤粉投入锅炉燃烧之前，不同 的煤种预先在煤场或筒仓中进行混配。这要求电厂或燃料公司有足够的混煤、储煤 场地，配有相应的混煤设施，并掌握一定的混煤技术。在进入磨煤机前，不同煤种 的煤粉已经完全混合，送入每个燃烧器的煤粉成分相同。这种混煤方式只需变换煤 种即可方便地调整入炉煤质指标，制粉系统与燃用单一煤种时完全一样。这种方式 充分利用了“混煤的着火特性接近于易着火煤”的优点，有利于煤粉的着火和燃烧 的稳定，但无法避免混煤的“抢风”现象、可磨特性趋向于难磨煤种、燃尽特性接近 于难燃尽煤种等不利因素。 1 2 3 2 分磨制粉、分管送粉、炉内掺烧 对直吹式制粉系统的锅炉，“分磨制粉、炉内掺烧”方式就是不同磨煤机磨制不 同种类的原煤，煤粉经各磨煤机一次风管直接输送进入炉内燃烧，煤粉的混合在炉 内燃烧过程中完成。这种混合方式可根据锅炉的不同温度区域送入合适的煤种，以 改善锅炉的燃烧环境，如：将不易结渣的煤送入高热负荷区域的燃烧器( 如燃烧器的 中间二层) ，可有效降低炉膛燃烧器区域的结渣倾向，且无需混煤场，节省投资。本 文中实例大别山电厂便是这种混配方式。 1 2 3 3 分磨制粉、仓内掺混、炉内混烧 当具备一定条件时，中间仓储式制粉系统磨煤机磨制各自选定的煤种，不同的 煤粉输入同一个煤粉仓，即煤粉的混合在煤粉仓内完成，各燃烧器燃用的是同样的 混煤。这种混合方式保留了混煤着火特性接近于易着火煤种的优点，同时由于分磨 制粉可保证磨细难燃尽煤种，可以克服混煤燃尽特性接近于难燃尽煤种的缺点。 1 3 本论文研究的主要工作 为了使混煤煤质适应锅炉的设计性能，必须使混煤煤质的煤质特性能满足保证锅 炉稳定着火、保持比较高的燃烧效率、防止和减轻结渣，还要满足锅炉较高的热经 6 第1 章绪论 济性。因此本文立足于对特定锅炉机组进行煤质计算特性及配比优化研究，包括以 下几方面的工作： 1 ) 混煤煤质的计算特性研究 通过将淮南煤与平顶山煤1 1 种不同掺配比例的混煤进行煤质分析研究，确定 混煤的计算特性，为热力计算和炉内模拟计算提供依据。 2 ) 锅炉热力计算 编制方便实用的热力计算程序进行锅炉在额定工况下燃烧不同掺混比煤种时 耗煤量、锅炉效率等指标的计算。 3 ) 确定最佳掺混比 综合考虑着火指数、燃尽指数、灰成分结渣指数、耗煤总价等因素，运用多目 标模糊决策法确定该锅炉的最佳掺混比煤种。 4 ) 炉内燃烧工况模拟 运用c f d 软件进行炉内燃烧数值模拟，研究在燃烧最佳掺混比煤种时的炉内计 算特征，确认燃烧状况。 7 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 2 1 单一煤种及各种不同比例混煤煤质实验分析 2 1 1 实验方法简介 本文采用下表所列方法与仪器对煤样进行实验研究。 表2 1 煤样化验所用方法和仪器 实验内容实验方法( 仪器) 1 工业分析 2 元素分析 3 发热量测定 4 灰熔点测定( d t ，s t ，h t ，f t ) 5 灰成分分析 s i 0 2 f e 2 0 3a 1 2 0 3c a om g o t i 0 2 k 2 0n a 2 0 m a c - - 5 0 0 型工业分析仪 c h n - - - 6 0 0 元素分析仪，z c l 自动定硫仪 a c - - 3 5 0 氧弹量热仪 碳硅管高温加热炉 采用动物胶凝聚重量法 采用e d t a 容量法 采用过氧化氢分光光度法 采用原子吸收分光光度法 试验煤种为淮南煤与平项山煤及其按不同掺配比组成的混煤共1 1 个煤样，煤样 掺配比例如下表： 表2 2 煤样编号说明( 淮南煤：平顶山煤) 煤样 l234567891 01 l 编号 掺混 1 0 ：00 ：1 0l ：92 ：83 ：74 ：65 ：5 6 ：4 7 ：38 ：29 ：l 比例 8 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 2 1 2 工业分析与元素分析实验结果 1 1 个煤样的实验结果如下。 表2 3 煤样工业分析结果 q g r , a dq n e t ，a d 煤样 m a dv a d a a df c a d ( m j k g ) ( m j k g ) 表2 4 煤样元素分析结果 煤样n a dc a d s a dh a do a d 1 2 8 9 0 9 1 8 0 9 7 l 1 0 2 0 1 0 9 8 1 2 8 4 6 3 6 l 4 6 6 8 4 8 3 7 5 0 6 9 5 2 4 8 5 4 4 6 1 8 5 4 1 5 2 0 1 3 3 2 0 7 5 0 0 7 2 9 0 6 2 1 4 4 9 4 3 1 0 3 3 1 9 7 3 4 8 8 3 4 0 8 3 3 9 1 71 6 1 55 6 1 2 0 5 2 03 5 2 5 9 4 5 7 8 6 5 8 7 6 8 6 6 3 8 9 6 3 2 1 5 7 5 8 5 5 6 9 1 2 3 4 5 6 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 煤样 n a dc a ds a d h a do a d 9 1 4 3 2 1 2 9 5 1 2 7 7 5 8 0 4 5 9 3 7 6 1 5 8 o 6 1 8 o 9 2 l 0 9 4 2 3 7 2 8 3 8 3 9 4 3 7 0 5 1 4 3 4 7 4 6 4 1 2 4 1 11 3 0 1 6 2 2 10 9 2 74 4 7 8 5 1 9 8 2 2 工业分析与元素分析实验数据整理 2 2 1 工业分析变化曲线 根据实验数据可画出混煤工业分析与掺混比关曲线见图2 1 ，发热量与掺混比 关系曲线见图2 2 。 17 5 17 0 16 5 1 8 0 15 5 1 5 0 14 5 焉1 4 0 ：13 5 13 0 1 2 5 12 0 1 5 11 0 10 5 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1 0 0 淮南煤所占一分比 5 5 2 5 0 4 8 4 6 星“ 4 2 o 3 6 淮南煤所占的百分比 2 4 2 37 5 2 3 5 0 2 3 2 5 2 3 o o 要2 2 7 5 2 2 2 2 2 5 2 20 0 2 17 5 4 0 朝 驼 刁 墨 2 8 2 6 2 4 2 2 o 1 0 2 0 3 0 柏5 0 8 0 7 0 8 0 9 0 0 0 淮南煤所占百分比 o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 淮南煤所占百分比 图2 1 混煤工业分析与掺混比的关系 l o 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 2 8 2 5 2 4 2 3 詈： ： 曼2 1 62 0 ，口 8 1 7 2 7 2 b 2 5 2 4 焉2 3 ： 翟2 2 占2 1 2 0 1 i o 1 0 2 0 ,3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 o t 0 2 0 3 0 4 0 s o ,6 0 7 0 o 1 0 0 淮南煤所占的百分比 淮南煤所占的百分比 图2 2 混煤发热量与掺混比的关系 实验结果表明： 1 ) 混煤的发热量、固定碳和灰分可以加权平均； 2 ) 混煤挥发分和水分加权平均值和实验值有偏差，当淮南煤所占配比较大时 偏差较大，可能是淮南煤为高反应性能煤，挥发分含量较高，挥发分析出 提前( 低于1 2 0 ) ，将部分挥发分算入水分所致。在计算中可认为能够 加权平均。 2 2 2 元素分析变化曲线 根据实验数据可画出混煤元素分析与掺混比关曲线见图2 3 实验结果表明： 1 ) 碳元素可以按照两种单一煤种所占比例加权平均。 2 ) 氢和氧元素从实验数值来看，与加权平均值有一定偏差。应该是水分中的 氢和氧对可燃质中氢和氧实验的影响。 3 ) 硫元素随着淮南煤所占百分比的增加先减少后增加，极有可能的原因就是 当两种煤比例相近时一部分可燃硫( 有机硫，黄铁矿硫) 发生反应转化为了 不可燃硫( 硫酸盐硫) ，成为灰分。这对s o x 减排是非常有利的。 6 4 6 2 弱 5 6 舌弱 5 2 5 0 4 8 4 6 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 帏7 0 8 0 9 0 1 0 0 淮南煤所占百分比 o 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 淮南煤所占百分比 o 1 0 2 0 加卯8 0 7 0 1 0 0 0 1 0 2 0 3 0 i 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 淮南煤所占百分比 图2 3 混煤元素分析与掺混比的关系 2 2 3 工业分析与元素分析实验数据拟合 淮南煤所占百分比 为了便于计算不同掺混比下煤质的计算特性，供锅炉热力计算与炉内模拟计算 时为依据，本文进行了不同掺混比下工业分析与元素分析实验数据的拟合。 1 ) 工业分析及发热量计算公式拟合如下，式中x 为淮南煤所占百分比( ) ： v a d = 2 2 1 6 7 + 0 0 2 4 x 一9 1 1 4 x 1 0 。x 2 + 1 6 9 6 x 1 0 5 x 3 8 5 3 4 x 1 0 8 x 4 m 耐= 1 6 5 8 0 0 1 2 x + 1 7 4 6 x1 0 。4 x 2 1 0 6 9 x1 0 巧x 3 a 耐= 3 9 5 3 4 一o 1 6 1 x f c 畦= 3 6 6 4 1 + q 1 4 8 x 1 2 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) 6 4 2 o 8 6 4 2 o = ： “ 记 ：暑 ：； 口日z 篇肿乃脚巧巧为e为；2 7 7 6 6 6 6 5 5 & 矗 t t 童 屯膏o o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o 9 8 7 6 5 4 ：暑伸”他仙叮帖 d 毋 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 q 矿，耐= 1 8 6 9 + 0 0 7 2 x q 甜耐= 18 0 1 3 + 0 0 6 9 5 x 2 ) 元素分析计算公式拟合如下，式中x 为淮南煤所占百分比( ) ： c 0 = 4 6 6 8 + 0 1 7 3 x = 6 5 8 7 0 0 2 4 7 8 x h 耐= 3 1 0 3 + 0 0 0 3 6 ) ( + 1 0 8 6 4 x1 0 4 x 2 + 1 7 4 8 x1 0 4 x 3 s 耐= 1 5 2 0 0 0 4 1 3 x + 4 2 2 1 5 6 x 1 0 4 x 2 n 。d = 1 0 0 一m 砸一a 积一c 埘一h 矗一。矗一s 殂 2 3 混煤灰成分与结渣特性分析 2 3 1 灰成分分析 1 ) 不同掺混比煤样灰成分实验测定数据见表2 6 。 表2 61 1 种煤样的灰成分化验结果 ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 一l o ) ( 2 1 1 ) 煤 样 m g oa 1 2 0 3s i 0 2p 2 0 5s 0 3k 2 0c a ot i 0 2m n 0 2f e 2 0 3 c u oz n o 1 0 7 13 0 9 7 5 7 3 60 2 11 5 61 3 52 91 8o 0 33 0 60 0 50 0 l 2 0 6 33 1 1 5 5 7 8 50 ，0 90 92 5 31 4 l1 5 30 0 23 8o 0 50 0 2 3 0 7 12 7 8 56 0 o l0 2 2o 7 72 o l1 9 l1 6 30 0 44 80 0 3o 0 2 4 0 5 72 9 6 35 6 0 80 7 911 92 2 11 7 30 0 260 0 40 0 2 5 0 6 53 0 1 55 6 0 70 1 81 0 52 3 91 7 31 9 lo 0 25 7 70 0 5o 0 3 6 0 3 32 9 2 5 2 2 80 2 2 6 65 6 64 2 1 4 80 0 33 8 80 0 40 0 3 7 0 8 42 8 7 5 5 7 5 90 2 51 0 61 7 72 8 2 1 4 4 0 0 55 3 40 0 60 0 2 8 0 72 9 3 2 6 0 6 l0 1 30 4 42 4 l1 4 21 5 50 0 13 3 50 0 50 0 2 9 0 8 63 0 3 9 5 6 1 80 1 21 4 81 7 32 6 92 3 30 0 34 0 90 0 60 0 3 1 3 第2 章不同掺混比混煤煤质计算特性研究 煤 样 m g oa 1 2 0 3s i 0 2p 2 0 5s 0 3k 2 0c a ot i 0 2m n 0 2f e 2 0 3 c u o z n o l o 0 6 32 8 15 1 1 50 4 35 7 61 4 56 6 72 1 20 0 13 60 0 50 o l 1 1 0 4 43 0 9 15 4 6 40 1 5 0 2 51 6 l 1 3 6 1 3 6o 0 19 2 10 0 40 0 2 2 ) 不同掺混比煤样灰成分加权平均数据见表2 7 。 表2 7 1 1 种煤样灰成分加权平均结果 煤 样 m g oa 1 2 0 3s i 0 2 p 2 0 5s 0 3k 2 0c a ot i 0 2 m n of e 2 0 3c u o z n o l 0 7 l3 0 9 75 7 3 60 2 l1 5 61 3 52 9 01 8 00 0 3 3 0 6 0 0 50 0 l 2 0 6 33 1 1 55 7 8 50 0 90 9 0 2 5 3 1 4 1 1 5 30 0 23 8 0 0 0 5 0 0 2 3 0 6 4 3 1 1 35 7 8 00 1 00 9 72 4 11 5 61 5 60 0 23 7 3o 0 5o 0 2 4 0 6 5 3 1 1 l5 7 7 5 0 1 l 1 0 32 2 91 7 11 5 8o 0 23 6 50 0 50 0 2 5 0 6 5 3 1 1 05 7 7 00 1 31 1 02 1 81 8