低挥发分水煤浆燃烧器试验研究

研究与开发·低挥发分水煤浆燃烧器试验研究文章编号:10048774(2011)040503低挥发分水煤浆燃烧器试验硏究贾传凯(煤炭科学研究总院,北京100013)摘要:一般水煤浆燃烧器只能燃烧较髙挥发分煤种水煤浆。针对低挥发分煤种水煤浆难着火稳燃问题,利用研究开发的新型水煤浆旋风燃烧器,进行了三种不同挥发分煤种水煤浆的燃烧试验,证实了旋风燃烧器可以解决低挥发分水煤浆燃烧问题。该技术对扩大水煤浆的原料煤种和应用范围起关键作用。作者简介:贾传凯关键词:低挥发分;水煤浆;旋风燃烧器(1980-),2001年中图分类号:TK223.23文献标识码:A毕业于西安交通大学热能与动力工程Combustion Experiment Study of Low Volatile Coal学院热能工程系,现Water Mixture in the Cyclone Burner工作于北京煤炭科学研究总院煤化工分院国家水煤浆工JIA Chuan-kai程技术研究中心,工China Coal Research Institute, Beijing 100013, China)程师。Abstract: In general, the high volatile coal water mixture can only be used in the CWM burner, introduced a newtype vortex burner to resolve difficult ignition problem of the low volatile CWM combustion. At the same time, three kindof different volatile coal water mixture combustion experiment were conducted to confirm the new vortex burner techniquerformance. The technique played an important role to broaden coal rank and application rangeKeywords: low volatile; coal water mixture(CWM); cyclone burner0试验背景发分较低,用普通的燃烧器不能解决着火稳燃问题。水煤浆作为一种新型、高效、环保燃料,逐渐被开发低挥发分煤种水煤浆燃烧技术是解决贫瘦煤种社会认可国家和地方都相继出台了一系列的鼓励生产水煤浆及其推广应用的关键问题。发展政策和措施。近几年来,水煤浆的发展速度较1水煤浆旋风燃烧器设计原理快。2009年底,全国水煤浆生产能力已达5000万旋风燃烧器是针对低挥发分煤种水煤浆难着火吨,实际使用量已超过2000万吨(不含气化用浆)。特点专门设计的,旋风燃烧器结构简图如图1所示,但随着“水煤浆热”的出现,水煤浆制浆原料煤的来其设计理念是将水煤浆在炉膛中“大空间着火+燃源出现紧张态势。其原因在于目前使用的制浆原料烧”变成了“小空间内着火+部分燃烧”,使燃料在煤均为V>28%的高挥发分煤种(如山西大同煤、小空间内部分燃烧,并产生局部高温,产生的热量和神华煤和炼焦煤种等),制岀的水煤浆燃烧性能好,回流髙温烟气能够维持煤浆稳定着火。燃烧器内部用普通的燃烧器就能轻松地点火燃烧。但是这些煤设置有一次风口,为维持一次燃烧所需氧气提供合种在我国的储量和产量有限,而且分布不均,所以在适的风量。燃烧器内部燃烧为欠氧燃烧,火焰及烟某种程度上制约了水煤浆在全国范围内的大发展。气为还原气氛。未完全燃烧的煤炭颗粒在烟气的扰我国贫瘦煤资源丰富,分布广,其挥发分Vd在动下,旋转并从出口喷出燃烧器,然后与在燃烧器出10%~20%,这部分煤种比较容易制浆,但是由于挥口设置的旋转二次风混合继续燃烧直至燃尽。中国煤化工收稿日期:201101-18CNMHG工业锅炉2011年第4期(总第128期)次风训节次风调节二次风口燃烧器锅炉炉膛排烟观火孔、清渣图3试验测点示意图1水煤浆旋风燃烧器结构示意图2.2试验过程及数据分析2燃烧试验(1)试验工况数据根据以上设计原理,加工制造了1台水煤浆旋项目大同潞安无烟煤风燃烧器。为了验证其性能,进行了3种不同煤种水煤浆水煤浆水煤浆的水煤浆燃烧试验。3种具有代表性的煤种制备的供浆量/(kg·h-)472水煤浆分别是:大同水煤浆、潞安贫瘦煤水煤浆和新供风量/(m3·h)357032503010乡无烟煤水煤浆。表1为试验用水煤浆质量指标及次风比例%元素分析值。A测点温度℃126612031080表1试验水煤浆质量指标及元素分析B测点温度/℃C测点温度/℃1066项目单位大同水煤浆潞安水煤浆新乡水煤浆D测点温度/℃45151浓度63.4D测点O2含量/%8.29.010.6粘度mPa·81080平均粒度μm45(2)试验过程与分析①大同水煤浆试验过程:从冷炉开始点火,点油后两分钟进行0.77油、浆伴烧,当燃烧器内温度达到1100℃、炉膛温0.320.25度400℃时即可停油。在燃烧器内能够稳定着火0.210.38时,炉膛内由于环境温度较低会出现较多火星,但当7.7314.7315.13炉膛温度稳定后,火星现象逐渐消失,炉膛内火焰充QM/kg18.03166415.10满度较好,燃烧非常充分。图4为运行稳定后燃烧这3个煤种的典型特点是挥发分逐渐降低,着器内、炉膛及尾部烟气温度分布图。燃烧器内部温火性能逐渐变差。为提高贫瘦煤和无烟煤的稳燃度达到1266℃,火焰明亮,出口处的火焰刚性较度,在制浆时将其平均粒径下调至15μm和10μm强。炉膛出口处由于新加入二次风,温度下降至以获得更大的颗粒比表面积有利于燃烧反应的进944℃,随着煤炭颗粒的充分燃烧,在炉膛中部最高行。试验主要是验证本燃烧器是否可以解决烟煤和温度为1066℃贫瘦煤水煤浆的稳定着火燃烧,并考察无烟煤水煤4266浆在该种燃烧器中的燃烧情况。2.1试验锅炉及测试条件试验锅炉为SZS4-1.25-J型水煤浆蒸汽锅炉,锅炉结构为双锅筒纵置式D型布置。锅炉系统400流程如图2所示。●145水煤「旋风燃烧器}「布烧除尘锅水膜脱硫沿锅炉轴向测点位置图2水煤浆锅炉系统流程图图4大同水煤浆燃烧温度分布图试验测点如图3所示,A、B、C3个测点为温度试验分析:大同水煤浆的挥发分Vd为测点,仪器为红外测温仪;D点为温度和O2含量测30.2%,属于易着火型煤种。点火燃烧过程较快点,仪器为烟气分析仪。次风配比调节范围较大,最佳状态为一次风比例25%左右中国煤化工,最小负荷CNMHG研究与开发低挥发分水煤浆燃烧器试验研究在25%时可稳定运行。燃烧后灰渣和飞灰呈灰白行。图6为着火时燃烧器内部、炉膛及尾部烟气温色,非常充分。度分布图。②潞安水煤浆试验过程:开始点火后,燃烧器内温度达到1300℃、炉膛温度800℃时停油。停油后燃烧器内温度明显下降,但仍可稳定着火,炉膛内出现较多倒600火星,运行稳定后,仍有部分火星存在,炉膛内火焰充满度较好。图5为运行稳定后燃烧器内部、炉膛及尾部烟气温度分布图。燃烧器内部温度达到1203℃,火焰明亮略偏黄,出口处的火焰刚性较B沿锅炉轴向测点位置强。炉膛出口处由于新加入二次风,温度下降至图6无烟煤水煤浆燃烧温度分布图768℃,随着煤炭颗粒的充分燃烧,在炉膛中部最高试验分析:无烟煤水煤浆的挥发分V为温度为956℃,高温区稍微向后移动。9.66%,在水煤浆制浆煤种中属于难燃烧煤种,虽然203调整了水煤浆的平均粒径至10μm,但由于燃料中多出的30%左右的水分使燃料的着火热大幅度增956加。本次用无烟煤作为水煤浆燃料的试验,虽然着火时间只能维持10分钟左右,但是也证实了用旋风燃烧器是解决低挥发分水煤浆的有效途径。3总结0(1)旋风燃烧器是针对低挥发分煤种水煤浆设沿锅炉轴向测点位置图5潞安水煤浆燃烧温度分布图计研制的,设计原理是将水煤浆在炉膛中“大空间试验分析:潞安水煤浆的挥发分V为着火+燃烧”变成了“小空间内着火+部分燃烧”,15.13%,属于贫瘦煤种,在水煤浆制浆煤种中属于大大改善了着火环境有利于较低挥发分煤种的着较难燃烧煤种,一二次风配比调节范围较小,最佳状火态为一次风比例20%左右。锅炉负荷调节范围也(2)本次试验采用了3种典型煤种分别制备的一般,最小负荷在45%时可稳定运行。燃烧后灰渣水煤浆,即大同水煤浆、潞安水煤浆和无烟煤水煤为灰白色,飞灰呈灰色浆。通过实验证明:旋风燃烧器可以解决大同水煤③无烟煤水煤浆浆和潞安水煤浆的稳定着火燃烧,比传统燃烧器扩试验过程:开始点火后燃烧器内温度达到大了水煤浆的使用范围而且点火较快,负荷调节范1300℃、炉膛温度800℃时停油。停油后燃烧器围大。旋风燃烧器是解决低挥发分煤种在水煤浆领内温度迅速下降,炉膛内出现较多火星,虽然炉膛内域中应用的有效途径。温度出现了缓慢上升,但燃烧器内着火持续10分钟参考文献后熄火,调整运行参数后重新点火,仍然不能稳定运[1]岑可法姚强.煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用[M].杭州:浙江大学出版社,1997建设节约型社会推进资源综合利用氵《《《《《《《《《《《《《《《《《《《《《《《《中国煤化工CNMHG