W火焰锅炉无烟煤掺烧煤泥的试验与数值模拟

发布时间：2020-06-08 20:49

【摘要】：随着煤炭加工业的快速发展,煤泥作为洗选工艺的废弃物,其产量不断增加。在现有的燃煤锅炉中掺烧煤泥是一种非常环保的煤泥资源化利用方式。本文通过实验、数值模拟以及工业试验相结合的方法,对一台600MW W火焰锅炉无烟煤掺烧煤泥后的燃烧特性、燃烧交互作用、灰熔融特性、NO_x排放特性以及经济性等进行了研究。首先,通过热重法求解分析了不同掺烧比例的无烟煤与煤泥混合煤样的燃烧特性参数及燃烧交互作用。掺烧煤泥可以提高无烟煤的着火性能,但会使综合燃烧效果变差。无烟煤与煤泥间存在燃烧交互作用:挥发分较高的煤泥优先燃烧释放出热量,促进低挥发分的无烟煤的着火;但煤泥优先燃烧会消耗部分氧气,对无烟煤后期的燃烧及燃尽有抑制作用。当煤泥的掺混比例小于5%时,对无烟煤着火的促进作用大于对燃尽的抑制作用。并利用X-射线衍射、矿物三元相图及灰熔点分析等方法,对无烟煤与煤泥掺烧后的灰熔融特性进行了研究。掺烧煤泥对灰熔融特性的影响较小。其次,通过数值模拟分别对370MW低负荷以及600MW满负荷条件下W火焰锅炉无烟煤掺烧煤泥后的燃烧特性以及NO_x排放特性进行了研究。不论是低负荷还是满负荷条件,随着煤泥的掺烧比例增加,炉内平均温度降低,燃尽速率降低,主燃烧区CO浓度上升,炉膛出口的飞灰含碳量增加;但NO_x排放量降低。但满负荷条件下掺烧煤泥对炉内燃烧特性的影响要小于低负荷。当掺烧比例大于10%时,通过提高风粉比、降低颗粒粒径等方式可以改善炉内燃烧状况降低飞灰含碳量;但NO_x排放会增加。最后,对该电厂的W火焰锅炉在370MW低负荷条件下进行了掺烧煤泥的工业试验。试验结果与数值模拟得到的规律一致。随着煤泥的掺混比例增加,飞灰含碳量从6.43%增至7.22%,SCR装置入口处的NO_x排放量从893.92 mg/Nm~3降至809.00 mg/Nm~3;该电厂的锅炉效率从90.88%降至89.77%。根据现场测试数据对掺烧煤泥的经济性进行分析。当煤泥与无烟煤的差价大于无烟煤价格的16%时,电厂掺烧煤泥可以获得一定的经济效益。
【图文】：

煤炭资源,占比,一次能源消费,煤炭

1 绪论研究背景及意义尽管随着能源效率的不断提高以及能源结构不断向更清洁、更低碳的燃料转在全球一次能源消费中的占比在逐渐降低，如图 1.1 所示，2017 年煤炭在一费中占比 27.6%，但煤炭在全球能源生产中仍占据着相当重要的地位，且 20球煤炭探明储量还可满足全球 134 年的开采量[1]。而随着太阳能、风能等清洁力行业中逐渐活跃，发电结构在过去 20 年间却几乎没有发生大的变化，如图，1998 年和 2017 年，燃煤发电在世界发电量中占比均为 38%，几乎是排名第三位的天然气（23.2%）和水电（15.9%）占比的总和[1]，煤炭仍是全球发电量源。

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华中科技大学硕士学位论文高容易结团，水分含量较高并具有高持水性，且热值较低[5-7]。相比于原煤，高水分、高灰分、低热值等诸多不利的特点，需要再处理才可以使用；且遇水风易飞扬，因而在堆放、储存和运输等方面都存在困难，很难实现工业化应用[8作为煤炭洗选工艺中的副产品，每年由煤炭加工业产生的煤泥数量巨大，而分煤泥都被当做废料处置，直接丢弃或者弃置在煤矿；部分煤泥低价卖给当但由于使用不当造成了严重的环境污染[11-13]。这种粗放的煤泥处置方式利用因而造成了极大的资源浪费。煤泥的合理利用问题已迫在眉睫。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK229.6

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