高碱金属准东煤燃烧特性及灰渣行为的基础研究

发布时间：2017-08-12 07:13

  本文关键词：高碱金属准东煤燃烧特性及灰渣行为的基础研究

  更多相关文章： 准东煤 煤质特征 燃烧特性 矿物转化 Na、Ca迁移 积灰结渣 电厂试验

【摘要】：新疆准东地区蕴藏着丰富的煤炭资源,准东煤具有高钠高钙的煤质特点,在燃用过程中给电厂受热面带来严重的积灰结渣问题,影响锅炉的安全经济运行。本文从基础问题入手,选取五种典型准东煤对其普遍煤质特征及燃烧特性展开实验研究。研究发现,准东煤具有高水分、极低灰分、中高热值、低氮低硫等特点；灰熔点较高,煤阶和着火点均介于褐煤和烟煤之间。随着采矿深度的增加,煤中水分减少、灰分含量降低、发热量增加、含硫量减少,煤质更加接近烟煤,结渣趋势减轻；煤的着火温度略有降低,燃尽情况有很大改善,燃烧特性变好。 以天池能源深层煤为研究对象,对比分析高、低温灰样中的物相变化,并通过低温灰热重实验深入了解燃煤过程中准东煤的矿物演变规律。测定不同温度灰样中Na、Ca含量,得到其释放规律,并用Factsage软件模拟出Na、Ca的析出形式。结果表明,准东煤的原始矿物主要有石膏、方解石、石英、高岭石、黄铁矿等。在燃烧过程中,矿物间发生了复杂的化学反应并最终生成钙铁铝石、斜硅钙石等。实验发现,煤中Na在400～600℃间开始析出,Ca在600℃前部分析出,1000℃后析出最快。结合Factsage的模拟结果,推测1000℃前Na的主要析出形式为NaCl(g),1000℃后以NaOH(g)和Na2SO4(g)的形式析出。Ca在1000℃后与灰中铁、硅等矿物形成低温共熔体,达到熔融状态后析出,含量急剧下降。 在燃用准东煤的电厂进行试验,研究在工业生产中准东煤的积灰结渣特性。结果表明,随烟气流程积灰结渣有明显变化。燃烧器区域结渣呈金属光泽,质地坚硬且接近于玻璃体,微观形貌呈熔融的块状结构、表面致密光滑有气孔。随烟气流程受热面温度降低,积灰情况好转,灰渣的颗粒尺寸减小,团聚现象逐渐消失。烟气中的Na在竖直烟道区域发生冷凝,导致该位置灰渣中出现大量钠钙长石。随着放置时间的延长,渣样逐渐生长,结渣量及厚度都有显著增加。渣样初始沉积层的主要矿物质有石英、钠长石、钙长石和赤铁矿。随着渣样的生长,石英含量及渣样中的碱金属含量逐渐降低。SOFA风门开度变化时,会影响到炉内燃烧区域的温度及气氛,在高温和还原性气氛下,积灰结渣变得严重。而随着准东煤掺烧比例的提高,炉内温度及碱金属含量升高,结渣量有显著增加。
【关键词】：准东煤 煤质特征 燃烧特性 矿物转化 Na、Ca迁移 积灰结渣 电厂试验
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK16
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 引言11-14
• 1.1.1 中国煤炭资源利用现状11-13
• 1.1.2 煤炭与电力消费13-14
• 1.2 课题的研究背景14-16
• 1.2.1 准东煤开发利用的必要性14
• 1.2.2 准东煤开发利用现状14-15
• 1.2.3 准东煤在应用中存在的问题15-16
• 1.3 Na、Ca在燃煤过程中的行为规律16-20
• 1.3.1 Na、Ca在煤中的赋存形态17
• 1.3.2 Na、Ca在燃煤过程中的迁移释放17-18
• 1.3.3 Na、Ca在炉内的反应18-19
• 1.3.4 气态碱金属的测量19-20
• 1.4 燃煤矿物转化及积灰沾污的形成20-22
• 1.4.1 煤中主要矿物组成20
• 1.4.2 煤中主要矿物在燃煤过程中的转化20-22
• 1.4.3 积灰沾污的形成过程22
• 1.5 积灰结渣特性的研究手段及预测方法22-24
• 1.5.1 国内外关于积灰结渣的研究22-23
• 1.5.2 积灰结渣的预测方法23-24
• 1.6 本文的研究意义及主要内容24-25
• 2 实验及分析方法25-33
• 2.1 实验概述25
• 2.2 燃烧特性研究25-27
• 2.2.1 热重分析方法概述25-26
• 2.2.2 本文的热重分析实验26-27
• 2.3 煤灰特性研究27-33
• 2.3.1 灰样的制备27-28
• 2.3.2 低温灰热重分析28
• 2.3.3 X-射线衍射分析(XRD)28-29
• 2.3.4 灰样的微观形貌研究29-30
• 2.3.5 能谱分析(EDS)30
• 2.3.6 碱金属含量的ICP分析30-31
• 2.3.7 FaceSage软件介绍31-33
• 3 准东煤的煤质特征及燃烧特性33-46
• 3.1 准东煤煤质特征分析33-38
• 3.1.1 工业分析33-35
• 3.1.2 元素分析及灰熔点分析35-36
• 3.1.3 灰成分分析36-38
• 3.2 准东煤的燃烧特性研究38-44
• 3.2.1 热重曲线分析38-40
• 3.2.2 燃烧特征参数40-42
• 3.2.3 燃烧动力学分析42-44
• 3.3 本章小结44-46
• 4 准东煤的积灰结渣机理探究46-56
• 4.1 准东煤在燃煤过程中的矿物转化规律46-51
• 4.1.1 高、低温灰的物相分析46-48
• 4.1.2 高、低温灰的微观形貌特征48-49
• 4.1.3 低温灰热重分析49-51
• 4.2 准东煤在燃煤过程中的Na、Ca迁移释放特性51-54
• 4.2.1 Na、Ca在燃煤过程中的释放规律51-52
• 4.2.2 热力学模拟结果52-54
• 4.3 本章小结54-56
• 5 准东煤积灰结渣特性的电站锅炉试验研究56-75
• 5.1 试验工况及测点介绍56-58
• 5.2 电厂配煤的基础数据58-63
• 5.2.1 煤质分析58-60
• 5.2.2 混煤煤灰成分分析60-63
• 5.3 炉内不同位置的积灰结渣状况63-68
• 5.3.1 沿程灰渣表观特性63-65
• 5.3.2 沿程灰渣的微观形貌65-66
• 5.3.3 沿程灰渣的XRD分析结果66-68
• 5.4 结渣随时间的发展过程68-70
• 5.4.1 结渣发展的表观特性及分层依据68-69
• 5.4.2 渣样分层后的XRD分析结果69-70
• 5.4.3 渣样分层后的ICP分析结果70
• 5.5 运行工况对炉内积灰结渣的影响70-73
• 5.5.1 SOFA风门开度对炉内积灰结渣的影响70-72
• 5.5.2 准东煤掺烧比对炉内积灰结渣的影响72-73
• 5.6 本章小结73-75
• 6 全文总结及展望75-78
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-85
• 作者简介85
• 教育经历85
• 主要项目经历85
• 发表论文85

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