层燃锅炉煤结焦特性判别指数研究

发布时间：2020-08-06 16:10

【摘要】：我国工业层燃锅炉是仅次于电站锅炉的煤炭燃烧利用设备,随着各大城市集中供暖的推行,层燃锅炉的安全高效运行也越来越受到重视。在层燃锅炉的运行中,结焦问题一直较为突出。目前,工业界对于层燃锅炉燃煤结焦判别的主要依据是焦渣特征等级法,由于其未充分结合煤质数据,且测定工况单一,判别方式较为粗糙。因此,本文在测定煤质特性数据的基础上,结合不同环境工况的实验结果,详细分析了影响层燃锅炉燃煤结焦特性的因素,并利用权重判别法分析了各七种典型影响因素的权重,并进一步提出了一种新的层燃锅炉煤结焦特性判别指数。本文选取七台河富源煤,鸡西穆棱煤,呼伦贝尔免渡河煤,鸡西三鑫源煤,呼伦贝尔宝日希勒煤五种煤样为实验原料,通过工业分析,元素分析及显微组分分析等手段分析了其煤质特性,并在不同温度条件,不同气氛条件和不同停留时间的实验工况下研究了其结焦特性,利用扫描电镜分析(SEM),X射线衍射分析(XRD),X射线荧光分析(XRF)等手段分析煤焦特性。同时,研究了五种煤样煤灰的熔融特性,并对比了部分常用结焦(渣)判别指标的判别准确性。由煤质分析和各工况实验结果发现:随着C/H,FC/V的增加,焦渣等级随之增加,即结焦性增强,但相关性并非线性,存在极值。煤岩显微组分中,镜质组是影响煤结焦的关键成分,其含量越大,平均反射率越大,及反射率分布区间越高,煤的结焦性越强。在灰熔融特性分析方面,发现利用酸碱比,硅比,硅铝比,铁钙比,综合指数得到的结焦(渣)预测结果之间存在很大偏差,其中酸碱比和硅比的预测结果与三角锥法测得的灰熔融特性比较一致。另外,发现外界环境条件中,环境温度对结焦特性的影响较大,高温导致煤焦石墨化程度加剧,团聚更加致密,同时非晶相共熔物生成量较大,结焦程度加深。环境气氛对结焦特性的影响主要体现在其对煤焦中矿物成分的转变上,而停留时间对结焦特性几乎没有影响。同时,根据所有测试及实验结果,本文利用权重分析法,得到了C/H,FC/V,镜质组含量,镜质组平均发射率,灰变形温度,酸碱比,硅比七个煤质指标对结焦特性的影响权重,进而提出了综合煤质焦渣特性指数,并给出了判别经验公式和判别界限,且进行了验证。最后,在综合煤质焦渣特性指数Rx的基础上,结合由实验得到的外界环境对结焦特性的影响情况,进一步得到了层燃锅炉煤结焦特性判别指数Rc。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ520.1
【图文】：

SEM图像,还原气氛,煤样,SEM图像

宝日希勒煤 700℃煤焦 1000℃煤焦 1300℃煤焦图 3-1 还原气氛五种煤样不同温度的 SEM 图像利用扫描电镜对五种原煤及在还原性气氛，不同温度下煤焦进行了显微结构观察，发现均出现了不同程度的团聚和烧结情况。其中七台河富源煤的团聚情况最厉害，形成了表面光滑致密的焦块，鸡西穆棱煤次之，鸡西三鑫源煤出现一定的团聚，但是表面粗糙，还有很多絮状物质存在，说明结焦性较弱，呼伦贝尔宝日希勒煤在低温段团聚情况并不明显，在高温 1300℃时也只出现了部分团聚现象，但是相比于烟煤，成块很小，整体还较为零散，结焦性很差。呼伦贝尔免渡河煤的微观结构较为特殊，形成的焦块充满空隙，且温度越高，空隙结构越丰富，但同时，焦块的骨架表面致密光滑，说明该煤种还是有一定结焦性，只是由于挥发分含量较多，对成焦致密和强度产生了较大的影响。唐黎华等[55]对 5 种不同煤样在 1000℃-1400℃的温度范围进行了慢速热解，并进行了 SEM 表征，发现随着温度的升高，煤焦中的矿物质都发生了一定程度的团聚，并经历了小球微团向大球颗粒的演变过程。选取结焦性轻微，中等，严重对的七台河富源煤，呼伦贝尔免渡河煤和呼伦

SEM图像,停留时间,煤样,SEM图像

- 22 -宝日希勒煤 7min 煤焦 14min 煤焦 21min 煤焦图 3-2 三种煤样 1000℃不同停留时间的 SEM 图像利用扫描电镜对三种煤样在 1000℃，还原气氛条件，三个不同停留时间下制取的煤焦的微观结构进行了观察。发现七台河富源煤的烧结程度随停留时间的增加有所增强。呼伦贝尔免渡河煤随着停留时间的增长，14min 的煤焦骨架结构相较7min 更加光滑致密，空隙结构也更加丰富；21min 的煤焦骨架结构光滑致密程度无明显变化，空隙结构进一步增加。呼伦贝尔宝日希勒煤的煤焦在三个停留时间下没有明显的区别，停留时间对其结焦形态的影响很小。同时，选取结焦性轻微，中等，严重对的七台河富源煤，呼伦贝尔免渡河煤和呼伦贝尔宝日希勒煤三种煤样，对其在氧化气氛，相同停留时间（14min）下的煤焦微观结构随温度的变化情况进行了测试分析，测试结果如图 3-1 所示。

SEM图像,氧化气氛,煤样,SEM图像

免渡河煤 700℃煤焦 1000℃煤焦 1300℃煤焦图 3-3 氧化气氛不同温度三种煤样的 SEM 图像利用扫描电镜对三种原煤（尚志原煤，呼伦贝尔宝日希勒煤，呼伦贝尔免渡河煤）在氧化性气氛，停留 14min，不同温度下煤焦进行了显微结构观察。七台河富源煤的焦结性依然最强，团聚情况剧烈，各温度工况下与还原气氛相比，表面光滑度略有减小。呼伦贝尔宝日希勒煤在 1300℃时结焦现象也不明显，但从 700℃开始就有表面非常光滑的球状物质出现，利用 EDX 分析，发现主要元素是 C，O，Si，Al，说明呼伦贝尔宝日希勒煤虽然没有明显的团聚现象，但含 Si，Al 矿物质之间还是发生了一定的融合作用。呼伦贝尔免渡河煤同还原性气氛的情形基本类似。3.4 煤焦矿物成分转化分析矿物成分是煤中的重要组成部分，对煤的结焦，结渣特性都有着不可忽略的影响[56-59]。工业用煤中所含矿物质主要来源有三种：原生矿物质，次生矿物质，外来矿物质。原生矿物质是指那些原本就存在于成煤植物中的矿物质，主要包含一些碱土金属、碱金属及其盐类，K，Na，Mg 的盐类，Fe，S，P 及少量 Ti，V，

【参考文献】