京神配煤用于链条炉排锅炉的研究

2005/9/11 16:32:11

摘　要　通过煤质分析、热重分析及实验室和半工业性的燃烧试验，对京西煤、神府煤和京神配煤(京西煤∶神府煤=3∶7)的燃烧性能进行了较全面的研究，试验结果表明，京神配煤可以代替神府煤应用于链条炉排锅炉。配煤中硫和氮的含量低于神府煤。
　　关键词　配煤　锅炉　燃烧　环境保护
　　
　　神府煤为不粘煤和长焰煤类，全硫低于0.5%，灰分在10%左右。燃用神府煤可以明显降低SO₂和粉尘的排放量。但它的燃烧性能对现有大多数锅炉来说，挥发分偏高、燃烧速度过快。京西煤为低硫低氮年老无烟煤，燃用京西煤可以大幅度降低SO₂和NO_x的排放量，但它着火温度高。这两种煤在燃烧性能上各有短长，如采用配煤的方法，有可能得到一种燃烧性能较好并有利于保护环境的新煤种。因这两种煤的燃烧性能有明显差异，所以需要考虑其配煤的燃烧性能能否符合一般链条炉排锅炉要求的问题。
　　
1　配煤目标
　　根据“工业锅炉设计用煤种分类”中对煤质的要求及环保的要求，配煤的挥发分V_daf大于20%，发热量Q_net,ar大于21 MJ/kg，全硫S_t,d小于0.5%。
　　
2　原料煤的基本性质
　　从表1所列的煤质数据可知，神府煤和京西煤的低位发热量均大于21 MJ/kg，全硫均低于0.50%，而其任何配比都能保证达到要求。但由于神府煤的挥发分高达37%左右，为使配煤的挥发分V_daf大于20%，京西煤的理论配入量可多达55%。
　　不过，从锅炉运行的实际情况要求出发，配煤的挥发分V_daf大于25%更为合适。这样，京西煤的最大配入量约38%。
　　

表1　原料煤的煤质分析结果

煤种	M_t /%	M_ad /%	A_d /%	V_daf /%	S_t,d /%	H_ad /%	N_d /%	Q_gr,d /MJ^．kg^-1	Q_net,ar /MJ^．kg^-1
京西混煤	5.9	2.66	14.59	6.16	0.31	0.70	0.26	27.38	25.49
神府混煤	13.6	10.28	8.01	36.86	0.48	4.20	0.90	28.99	23.90

　　
3　燃烧特性
　　对用于链条炉排锅炉的煤炭来说，煤的全水、粒度组成、挥发分、灰分、发热量、结渣性、粘结性等物化性质都影响煤的燃烧特性。
　　(1）全水。神府煤的内在水很高，一般在10%左右，由此影响了它的热值，而为了防止烧煤斗还需要加水，使其热值更低。
　　(2）灰分、灰熔融性和结渣性。表中可看到，神府煤的灰分低，仅为8%左右，在以神府煤为主的配煤中，它的灰分受京西煤的灰分变化影响较小。它们的灰融熔性软化温度ST比较低，约1200 ℃左右，由于配煤的灰分比较低，因此在燃烧时可以不考虑结渣问题。
　　(3）粘结性。这两种煤都没有粘结性，在燃烧过程中不能把小颗粒煤粘在一起而减少小颗粒煤的损失，这是其不利的因素。
　　(4）粒度。用于链条炉排的煤炭，入炉煤的最佳粒度为6～25 mm。神府煤在粒度组成上与上述要求有差距。表2是神府煤和京西煤的粒度组成。　　

表2　原料煤的粒度组成

煤种	＞50 mm	50～25 mm	25～13 mm	13～6 mm	6～3 mm	＜3 mm
神府煤/%	5.26	22.76	20.05	19.80	13.99	18.14
京西煤/%	-	5.52	49.42	31.98	13.08	13.8

　　从表2可以看到，神府煤中＜6 mm的煤炭占32.13%，比例偏高，同时＞25 mm的大、中块煤占28%，不利于煤炭燃尽。京西煤的粒度组成进行了调整，因此比较合理。
　　（5）热重分析。对神府煤、京西煤及二种不同比例的配煤进行了热重分析，它们的热重分析曲线见图1。

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图1　京神配煤的热重分析曲线

　　从煤的热重分析曲线图中可以得到煤的着火温度、燃尽时间、燃尽温度、最大失重温度、最大失重速度等燃烧特性。图1是不同配比的京神配煤的热重曲线。从图中可看出，京神配煤的着火温度比神府煤高，京西煤配入越多，着火温度就越高，同时燃尽温度也提高，燃尽时间大幅度延长。因此京神配煤在锅炉中燃烧时，高温区会后移并延长。从图中还可看到，神府煤的最大失重曲线的斜率与京西煤的最大失重曲线的斜率基本相同，这说明京西煤着火后反应性很好，也就是说，京西煤仅是着火困难，只要着火了就能很好燃烧。
　　
4　实验室小炉燃烧试验
4.1　试验方法
　　小炉燃烧试验用引火煤球引火。试验煤样共1 kg，分3次加入。加入试验煤样后鼓风并开始测温，由记录仪画出温度曲线。煤样燃尽后降温到800 ℃时停止试验。
4.2　试验结果
　　对3个煤样进行了燃烧试验，它们分别是：①100%神府煤；②配煤1：60%神府煤和40%京西煤；③配煤2：70%神府煤和30%京西煤。3个煤样的燃烧温度曲线见图2。从图2可看出，对100%神府煤来说，着火快，很快达到高温而平稳地燃烧直到燃尽，但最高燃烧温度较低，仅为1 050 ℃。对配煤来说，着火减慢，要用较长时间才能达到最高温度，而且是京西煤配入越多着火越慢，但最高燃烧温度大大高于神府煤，为1 190 ℃。

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图2　煤的燃烧温度曲线
1—神府煤；2—配煤2；3—配煤1

　　从曲线3可以看到配煤1的燃烧情况不好，着火困难，温度不易上升，因此配煤1不宜采用。从曲线2可以看到配煤2的燃烧情况良好，与神府煤的燃烧情况相比，二者几乎同时到达1 000 ℃，然后神府煤的燃烧温度几乎不变，而配煤2的燃烧温度继续上升，达1 200 ℃后温度达到平稳，到后期二者同时燃尽。可见配煤2的燃烧情况好于单种神府煤。配煤2的挥发分(V_daf=28.13%)仅比配煤1的挥发分(V_daf=25.18%)高3%，但前者的燃烧性能明显好于后者，但对二种挥发分差3%的单种烟煤来说，它们的燃烧性能不可能相差这么大。可见，用二种变质程度相差很大的煤进行配煤，其燃烧性能不能简单地用常规煤质数据来评价，必须用实际的燃烧试验来确定。

5　工业性燃烧试验
　　工业性试验在型号为KZL4-13的4 t/h链条炉排锅炉上进行。煤的粒度对链条炉排锅炉的工作影响很大，混煤在链条炉排上燃烧十分不利。其中的粉煤和末煤嵌于块煤之间，煤层容易堆得很结实，使热量不易传到煤层深处，同时干燥过程中的水蒸汽不易散发出来，因此煤层着火困难。另一方面，煤层中夹杂粉煤和末煤使火床阻力增加，易于产生火口。颗粒不匀在煤斗中易产生机械分离，大块煤都集中在炉排的两边，使得炉排通风不匀，导致火床上燃烧不均匀。另外，为了减少粉煤的损失，需要提高煤的水分，因而增加吸热量，使干燥时间延长，增加了可燃气体的热容量，并降低其浓度，不利于可燃气体的燃烧，使燃烧室温度下降，使排烟损失增加等。另一方面如大粒度煤量增加，由于其不能烧透，而使机械未完全燃烧损失增加。按京西煤30%，神府煤70%的配比将原料煤按比例称量后用铲车混匀，配煤的粒度组成列于表3。　　
　　

表3　配煤的粒度组成

粒度组成/mm	＞40	40～25	25～13	13～6	＜6
产率/%	5.96	15.78	25.71	19.50	33.05

　　表4列出了单烧神府煤的测试结果及燃烧京神配煤的测试结果。　　
　　

表4　煤炭燃烧测试结果

	项　　目	神府煤	京神配煤
燃	全水　M_t /%	12.00	13.00
料	灰分　A_d /%	8.01	11.70
性	挥发分　V_daf/%	36.86	28.80
质	发热量　Q_net,ar /MJ^．kg^-1	24.41	22.67
	排烟温度 /℃	236	213
	排烟处空气过剩系数α	2.53	2.28
测	锅炉正平衡效率 / %	72.06	71.50
试	漏煤含碳量 / %	34.61	42.58
结	炉渣含碳量 / %	13.64	29.72
果	飞灰含碳量 / %	35.41	55.18
	漏煤量 / %	14.89	15.52
	飞灰量 / %	4.28	5.55

　　从表4中可以看出：①神府煤的灰渣含碳量低于京神配煤，因为烧京神配煤时高温区后移，当配煤中有较大粒度的京西煤和神府煤时就难以燃尽而增加了灰渣中的含碳量；②京神配煤的含碳量及漏煤量均高于神府煤，这是因为神府煤一入炉就燃烧，烧掉了部分小颗粒煤炭，降低了漏煤的含碳量，而京神配煤入炉后要运行20 cm左右才燃烧，故在漏煤中未燃烧的煤炭较多，含碳量较高；③烧京神配煤时飞灰的量和含碳量增加。这是因为京神配煤中的京西细煤末来不及燃尽就被吹走，因而增加了飞灰的含碳量。不过，该飞灰颗粒较大，易于除去，故飞灰排放量并不增加；④虽然京神配煤的机械损失较大，但从整个锅炉热效率看燃用京神配煤的效果与单烧神府煤的情况相差无几，分别为72.06%和71.50%。这是因为神府煤易着火，一入炉就开始燃烧，使其高温区靠前而使部分热量未能被锅炉有效利用而损失，而京神配煤入炉后运行20 cm后着火燃烧，着火点符合锅炉设计要求，高温区在合适的位置上，它的热量能被锅炉有效利用而使损失降低，故热效率较高。京神配煤燃烧特性是着火点高，着火后的燃烧速度与神府煤基本一样。因此，在使用京神配煤前，锅炉炉温最高处必须在1 100 ℃以上，保证炉拱前部、中部和后部的温度分别达到800 ℃以上、600 ℃以上和400 ℃以上，以利于把入炉煤点着，京神配煤一旦达正常燃烧，其效果与神府煤一样。
　　
6　结　　论
　　(1) 通过工业性试验，以70％神府煤和30％京西煤配成京神配煤替代神府煤用于链条炉排锅炉燃烧是切实可行的，其燃烧性能与单一神府煤相当，其热效率与单一神府煤基本一致。
　　(2) 京神配煤的全硫和氮的含量低于神府煤，燃烧时SO₂和NO_x的排放量有所降低，与神府煤相比，更有利于保护环境。
　　(3) 京神配煤在锅炉中的着火位置基本上符合设计要求，没有像神府煤那样烧煤闸门的现象。
　　(4) 调节神府煤和京西煤的粒度组成后可以使京神配煤的机械损失降低。

作者简介　吴宽鸿　1945年生，高级工程师，1982年毕业于华东化工学院，硕士。长期从事焦化和煤质研究，现为煤炭科学研究总院煤化学研究所煤质研究室主任工程师。发表论文10余篇。地址:北京市和平里，邮码:100013。
作者单位：吴宽鸿　陈怀珍　李荫重（煤炭科学研究总院北京煤化学研究所）
于晓梅　杨福顺（北京矿务局煤质处）

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