掺混不同粒径煤灰对准东煤积灰及烧结特性的影响.pdf
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1、第 卷 第期 年月P OWE RE QU I PME N TV o l ,N o J u l 收稿日期:;修回日期:基金项目:国家电力投资集团有限公司统筹科技项目(H)作者简介:肖雄(),男,工程师,从事能源清洁利用及开发的工作.E m a i l:q q c o m研究与分析掺混不同粒径煤灰对准东煤积灰及烧结特性的影响肖雄,泮浩翔,吕为智,于敦喜(中电投新疆能源化工集团吐鲁番有限公司,新疆吐鲁番 ;上海发电设备成套设计研究院有限责任公司,上海 ;华中科技大学 能源与动力工程学院 煤燃烧国家重点实验室,武汉 )摘要:针对采用添加高岭土缓解准东煤燃烧后积灰的方法成本较高的问题,将粒径分级处理后的
2、准东煤煤灰作为添加剂,结合沉降炉积灰实验和固定床烧结实验对不同粒径煤灰的积灰控制效果进行评估.结果表明:不同粒径煤灰的成分组成和矿物分布有所差异,粒径 m的煤灰中莫来石等硅铝矿物含量显著高于其他粒径段煤灰.掺混粒径 m的煤灰后换热面积灰在外力作用下更容易脱除;掺混粒径 m的煤灰不仅无法控制积灰生长,而且会加大积灰的清除难度.掺混粒径 m的煤灰后烧结程度减弱是导致换热面积灰清除难度较低的主要原因.关键词:准东煤;煤灰;添加剂;积灰特性;烧结特性中图分类号:T K 文献标志码:A文章编号:X()D O I:/j c n k i f d s b E f f e c t so fC o a lA s
3、hw i t hD i f f e r e n tP a r t i c l eS i z e so nA s hD e p o s i t i o na n dS i n t e r i n gC h a r a c t e r i s t i c so fZ h u n d o n gC o a lX i a oX i o ng,P a nH a o x i a ng,L W e i z h i,Y uD u n x i(X i nji a ngE n e rg yC h e m i c a lC o,L t d,o fS t a t eP o w e r I n v e s t m e
4、n tC o,L t d,T u rpa n ,X i nji a ngUy gu rA u t o n o m o u sR egi o n,C h i n a;S h a ngh a iP o w e rEqu ipm e n tR e s e a r c hI n s t i t u t eC o,L t d,S h a ngh a i ,C h i n a;S t a t eK eyL a b o r a t o ryo fC o a lC o m b u s t i o n,S c h o o l o fE n e rg ya n dP o w e rE ngi n e e r i
5、ng,H u a z h o ngU n i v e r s i tyo fS c i e n c ea n dT e c h n o l og y,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ea s hd epo s i t i o nf r o mt h ec o m b u s t i o no fZ h u n d o ngc o a l c a nb ea l l e v i a t e dw i t ht h ea d d i t i o no fk a o l i n,w h i l et h ec o s to f t h em e t
6、h o d i sh igh T a k i ngt h eZ h u n d o ngc o a l a s hw i t hd i f f e r e n tpa r t i c l e s i z e sa s t h ea d d i t i v e s,c o m b i n e dw i t ht h ea s hd epo s i t i o ne xpe r i m e n ti nad r opt u b ef u r n a c ea n dt h es i n t e r i nge xpe r i m e n t i naf i x e db e df u r n a
7、c e,a ne v a l u a t i o nw a sc o n d u c t e do nt h ec o n t r o le f f e c to fa s hd epo s i t i o no fZ h u n d o ngc o a la s h w i t h d i f f e r e n tpa r t i c l es i z e s R e s u l t ss h o w t h a tt h ec o mpo s i t i o n a n dt h e m i n e r a ld i s t r i b u t i o no fZ h u n d o n
8、gc o a la s h w i t hd i f f e r e n tpa r t i c l es i z e sa r ed i s t i n c t,a n dt h ec o n t e n to fs i l i c o n a l u m i n u m m i n e r a l s s u c ha sm u l l i t e i nc o a la s ho fm o r et h a n mi ss ign i f i c a n t lyh igh e rt h a nt h a t i nt h ec o a l a s ho fo t h e r s i z
9、 e s T h ea s hd epo s i t o no nt h eh e a t e x c h a nge s u r f a c e i s e a s i lyt ob er e m o v e dw i t ht h e t h ea d d i t i o no fc o a l a s ho fm o r et h a n m,h o w e v e r,t h ec o a la s ho fl e s st h a n mn o to n lyc o u l dn o tpr e v e n t t h ed e v e l opm e n t o fd epo s
10、i t i o n,b u t a l s oc o u l dag gr a v a t e t h e r e m o v a l d i f f i c u l tyo f t h ed epo s i t e da s hT h e l e s s r e m o v a ld i f f i c u l tyo f t h ed epo s i t e da s ho n t h eh e a t e x c h a nge s u r f a c e i sm a i n lyc a u s e dbyt h ew e a k e rs i n t e r i ngw i t ht
11、 h ea d d i t i o no fc o a l a s ho fm o r et h a n mK e y w o r d s:Z h u n d o ngc a o l;c o a l a s h;a d d i t i v e s;a s hd epo s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c s;s i n t e r i ngc h a r a c t e r i s t i c s第 卷新疆准东地区煤特资源存储丰富且价格常年稳定在较低水平,是我国能源结构转型阶段的重要保障.但由于准东煤灰中含有较高含量的碱性元素,锅炉在实际运行中面临沾污
12、结渣问题,严重限制其燃烧利用.因此,研究并防控准东煤燃烧过程中的沾污结渣问题对于充分利用新疆准东地区丰富的煤炭资源具有重要意义.掺混硅铝基添加剂(如高岭土、S i O、A lO等)是缓解准东煤积灰的主要手段,但硅铝基矿物地域分布不均且成本较高.因此,有学者提出将煤灰作为添加剂来改善准东煤积灰问题.煤灰作为添加剂的原料,具有如下多方面优势:获取难度低;降低准东地区煤灰的处置成本;节省电站添加剂成本.目前,已有学者针对煤灰的积灰控制性能开展了相关研究.WE IB等对比研究了煤灰、S i O和高岭土的固钠能力,发现 K温度下煤灰的固钠能力优于高岭土.常明等研究表明煤灰的固钠能力与灰中硅铝含量呈正相关
13、性.张雪慧等对煤灰的熔融特性进行评估,发现粒径 m的煤灰具有较高的灰熔点.综合来看,上述研究主要关注煤灰的固钠能力及灰熔融特性,而对于积灰特性和烧结特性缺乏全面表征.笔者以准东煤煤灰作为研究对象,结合高温沉降炉积灰实验及固定床烧结实验,详细分析不同粒径煤灰对准东煤积灰特性的影响,并且与高岭土进行对比,评估煤灰作为添加剂的应用潜能,为准东地区煤灰的利用及低价添加剂的开发提供新的思路.实验方法 实验样品选用准东地区高钠高钙煤作为实验用煤,在本文中记为Z D.实验前将煤样研磨筛分至 m以下.煤样的工业分析、元素分析见表.表准东煤工业分析与元素分析项目数值工业分析w(Ma d)/w(Va d/)w(A
14、a d)/w(F Ca d)/元素分析w(Ca d)/w(Ha d)/w(Oa d)/w(Na d)/w(Sa d)/为使添加剂性能评估结果具有对比性,此处选取电站运用较为广泛的高岭土作为对照添加剂,在本文中记为K.准东煤低温煤灰及高岭土的成分分析见表.该电站在燃用准东煤时混烧约 的高硅铝煤.实验用煤低温煤灰中含有 的N aO和 的C a O,在实际燃烧中换热面存在积灰的问题.表准东煤低温煤灰与高岭土成分分析项目准东煤低温煤灰高岭土w(N aO)/w(M g O)/w(A lO)/w(S i O)/w(PO)/w(S O)/w(KO)/w(C a O)/w(F eO)/为改善准东煤的积灰问题,
15、选用准东地区电站燃煤生成的煤灰作为添加剂.利用振动筛分仪将粉煤灰按照粒径分为 m、m和 m个粒径段.实验方法准东煤积灰实验在高温沉降炉 沉积炉耦合台架上进行,图为沉降炉 沉积炉耦合台架的示意图.实验台架主要由给气系统、给粉系统、炉膛反应器、温度控制系统及样品收集系统组成,其中主要在沉降炉下方的沉积炉中收集积灰样品.沉积炉内置石英材质T形反应管,反应管内径为 mm,与沉降炉内刚玉反应管内径保持一致.沉积炉炉体中部设有取样孔,实验过程中取样探针伸入取样孔对沉积样品进行收集.取样探针前部套有沉积管,沉积管为 不锈钢材质,管长为 mm,内径为 mm,外径为 mm.关于实验台架的具体介绍可以参考文献.图
16、高温沉降炉 沉积炉耦合台架示意图第期肖雄,等:掺混不同粒径煤灰对准东煤积灰及烧结特性的影响实验过 程中沉降炉 内 的 燃 烧 温 度 设 置 为 ,沉积炉内温度设置为 ,以模拟对流传热区的烟气温度.燃烧气氛为空气气氛,燃烧供气量(体积流量)为 L/m i n,一、二次风比例(体积流量之比)为 .煤粉由振动给粉器送入炉膛,控制给粉速率为 g/m i n,煤粉颗粒在炉内的停留时间约为s.积灰取样前,将取样管套在取样探针前端,取样探针内部采用压缩空气冷却,通过调节压缩空气流量,使取样管表面温度维持在 左右.取样探针在采样过程中由电动马达带动并保持r a d/m i n的转速缓慢旋转.准东煤燃烧生成的
17、煤灰由孔径为 m的玻璃纤维滤筒收集.参考实际电站高岭土的添加情况,实验中各添加剂的掺混比例均设定为(即燃煤质量与添加剂质量之比为 ).为保证数据可靠性,每组实验重复次以上.烧结实验在管式炉中进行,将沉降炉燃烧收集到的煤灰在一定压力下压制成与实际锅炉沉积物密度(约为 g/c m)相近的灰柱,并于恒温管式炉内加热约h后取出冷却至室温.实验烧结温度选择 K,实验工况的温度间隔为 K.实验方法采用X射线荧光光谱仪(X R F)和计算机控制扫描电镜(C C S E M)测定灰样的成分组成和矿物分布.采用精密天平对积灰前后取样管质量进行称重,计算差值为积灰质量.对积灰进行水洗,采用电感耦合等离子质谱仪(I
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