CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究

摘要

以一种典型福建无烟煤一龙岩煤为对象，从理论和试验两方面较为系统地研究了与影响福建无烟煤在CFB锅炉中洁净燃烧问题特别是燃尽问题有关的若干因素。 全文的研究主要包括有五部分内容(1)研究背景及相关研究综述；(2)福建无烟煤及其燃烧性质测量；(3)锅炉飞灰及其含碳性质分析；(4)锅炉运行特性的影响研究；和(5)理论分析与计算模拟。 首先介绍了研究背景。分析CFB锅炉燃烧无烟煤的特点，指出燃烧无烟煤CFB锅炉存在的问题与原因，综述了影响无烟煤在CFB锅炉中“燃尽”的煤质及其燃烧特性和锅炉运行特性等方面的研究情况，特别是关于无烟煤流化床燃烧中的破碎研究。 关于福建无烟煤及其燃烧性质的研究方面。首先用浮选法对龙岩煤入炉煤进行分选，得到密度不同、能代表不同宏观煤岩的颗粒。利用工业分析、元素分析、煤岩分析、电子显微镜扫描分析、压汞仪测试、热天平分析、和小型流化床燃烧试验等手段研究了不同岩相颗粒的显微组分分布、颗粒表面形貌及内部孔隙结构、热天平着火温度及燃尽温度、反应性等颗粒性质及燃烧性质；并分别在热天平和自制小型流化床上研究了不同岩相龙岩煤颗粒的热破碎特性。分析了造成福建无烟煤燃烧中发生强烈热破碎的原因，归纳了不同岩相颗粒热破碎的特点，研究了影响福建无烟煤热破碎的因素，总结了热破碎随燃烧时间演化的规律。其次是研究福建无烟煤的反应动力学参数。利用热天平实验测试数据，分别采用Freeman-Carroll微分法、改良Coats-Redfem积分法和Flynn-Wall-Ozawa法等热分析手段求解4种无烟煤的燃烧动力学参数。研究不同热天平试验工况、不同处理方法和不同拟合区间等对求解结果的影响，分析用不同热分析方法求解反应动力学参数的可靠性并计算得到了几种典型福建无烟煤的燃烧反应动力学参数；再次是研究流化床燃烧中无烟煤焦的反应性随燃尽度的变化。提出了一个可用于比较煤焦反应性的通用判据—最大比失重速率，通过非等温热天平实验，采用最大比失重速率对不同煤种、同一煤种的不同宏观煤岩和同一种煤岩不同燃烧时间煤焦等的反应性进行了判断，并与用其它判据的比较结果作了对比；重点研究了流化床燃烧中不同燃尽度亮煤煤焦的反应性随时间变化情况。 对锅炉的飞灰及其含碳性质的分析则以当前燃烧福建无烟煤的三台工业CFB锅炉的飞灰为对象，通过筛分、称重、灼烧等手段分析了飞灰的粒径和含碳量分布；利用场发射扫描电子显微镜(SEM)观察、电子探针能谱分析(EDx)、热天平测试、和小型流化床燃烧试验等手段研究了飞灰颗粒的表面形态及颗粒性质、比较了飞灰碳与相应入炉煤的反应性，讨论了飞灰碳的来源。 针对于锅炉运行特性参数对福建无烟煤洁净燃烧的影响，则主要研究了入炉煤颗粒径分布、飞灰回燃、过量空气系数和二次风率调整、添加石灰石脱硫等几种情况：一是在一台20 t／h的第一代循环流化床锅炉上测试了三种不同平均粒度分布入炉煤的燃烧情况，研究入炉煤粒度分布对福建无烟煤燃尽的影响。得到入炉煤平均颗粒径变化对CFB锅炉炉膛稀相区的燃烧情况、对炉膛内温度分布和煤燃尽效果等的影响规律； 二是研究了飞灰回燃对锅炉运行特别是飞灰含碳量及燃烧效率的影响。理论分析了飞灰回燃对CFB锅炉燃烧效率的影响，并在一台75t／h采用两级飞灰分离装置的第三代工业循环流化床上测试了飞灰回燃对锅炉返料器运行温度、飞灰的粒度分布及其含碳量、和锅炉燃烧效率及其它运行参数的影响。得到飞灰回燃量与飞灰含碳量和锅炉燃烧效率的关系；三是研究调整锅炉运行参数对洁净燃烧的影响。在一台75t／h的采用中温旋风飞灰分离装置的第三代工业循环流化床锅炉上测试了调整过量空气系数和二次风率等参数对燃用福建无烟煤的CFB锅炉运行中NOx、SO<,2>、CO等污染物排放及锅炉飞灰含碳量的影响，得到了锅炉运行参数对无烟煤燃烧中污染物排放及飞灰含碳量的影响规律；最后是研究燃烧福建无烟煤的CFB锅炉炉内脱硫问题。在一台35t／h第三代工业循环流化床锅炉上进行了炉内添加石灰石混烧的脱硫试验，测试钙硫比和石灰石颗粒径等参数变化对脱硫及锅炉运行的影响。 最后，在理论分析与计算模拟方面，主要分析了粒径对无烟煤颗粒在CFB锅炉中燃尽的影响，讨论不同宏观煤岩福建无烟煤颗粒在CFB锅炉中的燃烧行为及其对飞灰碳生成的贡献，研究了细颗粒煤焦在CFB锅炉燃烧室的燃尽特性，并针对于CFB的燃烧特点，在考虑质量与能量平衡、炉内流体动力特性、锅炉特点及分离器性能等因素的基础上，建立了细无烟煤颗粒的燃烧模型并进行了数值求解。研究了燃烧温度、过量空气系数、炉膛烟气流速、分离器效率等参数变化对飞灰含碳的影响，并与工业实际运行结果进行了对比。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

第二章研究综述

第三章典型福建无烟煤不同宏观煤岩颗粒及其燃烧性质的实验研究

第四章无烟煤燃烧动力学参数与反应性的热天平研究

第五章燃烧福建无烟煤CFB锅炉的飞灰分析

第六章福建无烟煤颗粒在CFB锅炉中的燃烬特性研究

第七章CFB锅炉洁净燃烧福建无烟煤的研究

第八章全文总结和今后工作设想

参考文献

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