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2020年 第42卷 第7期    刊出日期:2020-07-24

    半焦与煤混合燃烧
    粒径对热解半焦和烟煤掺混燃烧特性的影响和试验研究
    闫永宏, 陈登科, 孙刘涛, 彭政康, 孙锐
    2020, 42(7):  1-10. 
    摘要 ( 71 )   PDF (1197KB) ( 41 )  
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    在350 kW中试规模的煤粉燃烧试验台上研究了燃料粒径对热解半焦和烟煤掺混燃烧的着火、燃烧过程的影响。试验对炉膛中心轴向及主燃区径向上的烟气温度和烟气组分中O2,CO,NO的含量变化进行了测量。结果表明:随着混合燃料粒径的增大,射流火焰着火距离先降低后增加,整体燃烧强度也是先增强后减弱,当R90=20%时着火距离最短,为164 mm,此粒径下对应的整体燃烧强度也最大。着火初期NO的质量浓度随着粒径的增大而减少,主燃区出口处NO的质量浓度则随着粒径的增大先降低后增加,当R90=20%时NO排放量最低,为438 mg/m3。在该试验条件下,综合考虑着火距离、燃烧强度和主燃区 NO 排放量,粒径在 R90=20% 时最有利于热解半焦和烟煤掺混燃烧。
    灰化方式对煤基固体混合燃料灰分理化特性的影响
    毛崎森, 王长安, 冯芹芹, 赵林, 袁茂博, 刘成昌, 车得福
    2020, 42(7):  11-19. 
    摘要 ( 19 )   PDF (1623KB) ( 31 )  
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    灰化方式和温度对固体燃料灰成分有显著影响,而目前关于灰化方式对气化残炭及其与烟煤混合燃料灰分特性的研究较少。探究不同的灰化方式和成灰温度对煤基固体混合燃料灰分理化特性的影响,重点对比传统高温制灰方式(815 ℃)与低温等离子灰化方法(<200 ℃)对煤基固体混合燃料灰理化特性的影响与反应机理。试验结果表明:除水煤浆气化残炭的低温灰外,其余各样品的低温灰均在400~600 ℃出现了较大的失重峰,这是低温灰中未完全氧化有机物的燃烧过程。高温灰和低温灰中成分的主要差异体现在 Ca 元素上,高温灰中的 Ca 主要以 CaSO4形式存在,而低温灰中的Ca则以CaS,CaCO3等多种形态存在。Fe元素在低温灰中存在形式为FeS2,在高温灰中则以主要以Fe2O3的形式存在。评估掺混燃烧的灰样特性时,要考虑到不同燃料中矿物质的交互作用。研究工作有助于加深对固体燃料掺烧过程灰行为的认识,促进气化残炭的大规模、高效、安全利用。
    燃烧器钝体扩展角度对半焦/烟煤混燃及NOx排放的影响
    孙刘涛, 闫永宏, 陈登科, 彭政康, 孙锐
    2020, 42(7):  20-27. 
    摘要 ( 19 )   PDF (1127KB) ( 41 )  
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    在 300 kW 热态中试试验炉上,通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向、径向位置的炉膛温度以及 O2,CO, NOx 等气体的含量来研究直流燃烧器钝体扩展角度对神木半焦与神华烟煤混合燃烧(半焦、烟煤质量比为 45∶55)时着火特性以及 NOx 排放的影响。研究结果表明:随着直流燃烧器钝体扩展角的增大,着火逐渐向炉膛上游移动, O2体积分数谷值和 CO质量浓度峰值(即强还原性气氛)在径向逐渐向炉膛壁移动;扩展角度为 29°时,炉膛的整体温度较高,稳燃和NOx减排效果较好。
    热解半焦与褐煤掺烧及气体污染物排放特性 TG-FTIR 研究
    戴若薇, 赵瑞东, 秦建光, 陈天举, 吴晋沪
    2020, 42(7):  28-34. 
    摘要 ( 43 )   PDF (1045KB) ( 32 )  
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    采用热重-傅里叶红外(TG-FTIR)联用技术对较高升温速率(100~250 ℃/min)下热解半焦与褐煤的掺烧特性和气体污染物排放特性进行了研究。结果表明,加入褐煤可有效降低混合燃料的着火温度,缩短燃尽时间。随褐煤掺烧比例的增加,混合燃料的着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数均显著增大。提高热重试验升温速率会增大混合燃料的着火温度和最大失重速率温度,但同时也会加快燃烧速率,提高综合燃烧特性。掺烧过程中气体污染物的排放温度区间与其主要的热失重阶段基本对应。随褐煤掺烧比例的增加,CO2排放量逐渐降低,NO和 NO2排放量总体增大,SO2和CO排放量呈波动趋势,掺烧对NOx排放具有一定抑制作用。
    兰炭燃烧特性及其在660MW机组上的大比例掺烧试验研究
    王志超1,王莹燕2,李彦军3,谭恺3,蒋华4,赵晓鹏3,冯平安2,姚伟1*
    2020, 42(7):  35-41. 
    摘要 ( 15 )   PDF (764KB) ( 36 )  
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    利用一维火焰炉和煤粉气流着火炉对兰炭及其混煤开展试验研究,检测结果表明:兰炭具有干燥无灰基挥发分较低、收到基低位发热量高、灰熔点低、冲刷磨损指数高等特点;兰炭的着火温度为 710 ℃、燃尽率为 97.41%、结渣指数为0.84,属于难着火、易燃尽、严重结渣燃料,着火和燃尽性能介于烟煤和贫煤之间,结渣性能则明显强于典型贫煤和无烟煤。掺混兰炭会对不同煤种的着火、燃尽、结渣性能产生影响,现场掺烧试验表明,660 MW烟煤机组安全稳定掺烧兰炭的比例上限为50%左右,锅炉效率略有增加,飞灰中碳的质量分数增加0.3百分点,SO2质量浓度降幅达56%,NOx质量浓度小幅升高15%,而磨煤机出力降低15%~20%。
    半焦纯燃
    热解半焦的清洁高效利用现状及研究进展
    郑少伟,王志强*,王鹏,程星星,许焕焕
    2020, 42(7):  42-49. 
    摘要 ( 13 )   PDF (509KB) ( 35 )  
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    煤炭梯级利用是煤炭高效清洁利用的重要途径之一。低阶煤经过热解后所产生的固体副产品半焦约占原煤质量的50%~70%,蕴含了原煤80%左右的能量。实现半焦的清洁高效利用是煤炭梯级利用的关键一步。综述了目前半焦在我国工业化领域中的利用情况及存在的问题,分析了半焦作为清洁燃料大规模燃烧对实现低阶煤梯级利用的必要性,对半焦清洁高效燃烧的技术研究进展进行了总结,为今后该领域的研究提供参考。
    35 t/h 纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧锅炉运行特性研究
    欧阳子区1,2,满承波1,李增林4,李诗媛1,2,3*,庞青涛4,朱建国1,2,范志刚4,刘敬樟1
    2020, 42(7):  50-56. 
    摘要 ( 14 )   PDF (711KB) ( 37 )  
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    低阶煤热解和气化后会产生热解半焦和气化残炭等超低挥发分碳基燃料,为解决超低挥发分碳基燃料着火稳燃难、燃尽难和污染物排放水平高等问题,在35 t/h工业煤粉锅炉上增加了预热燃烧器以及相关辅助系统,建成了 35 t/h纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧锅炉。在该锅炉上以神木烟煤、神木半焦和气化残炭为燃料进行试验,研究燃料种类、预热温度、二次风当量比和锅炉负荷对锅炉燃烧特性及污染物排放特性的影响。结果表明:3种燃料在35 t/h纯燃超低挥发分碳基燃料预热燃烧锅炉中都可以稳定燃烧,即使干燥无灰基挥发分为4.30%的半焦粉也能稳定地纯燃,表明预热燃烧技术具有很好的燃料适应性;3种燃料通过预热后进行燃烧,燃烧效率均超过99%;随着预热温度的增加炉膛的整体温度有所升高,NOx排放呈现先降低后增加的趋势,说明预热温度升高有利于预热后的燃料在炉膛中燃烧放热,预热温度为 887 ℃ 时,NOx排放质量浓度达到最低值 110.6 mg/m(3 标态,φ(O2)=9%);预热燃烧锅炉低负荷下的稳燃特性较好,负荷越低 NOx排放质量浓度越低,最低可达 108.0 mg/m(3 标态,φ(O2)= 9%),体现了预热燃烧技术在稳燃、燃尽和低NOx排放上的优势。
    半焦成型技术用于民用燃料的可行性分析
    李瑶1,2,3,徐婕1,2,王奕晨1,2,陈刚1,2,杨小彦1,2,卫鹏程1,2,李恒1,2,王莹燕4
    2020, 42(7):  57-62. 
    摘要 ( 13 )   PDF (553KB) ( 36 )  
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    从半焦成分、成型技术、经济性等 3方面对半焦成型技术制民用燃料的可行性进行了分析。在成分方面,通过对比民用型煤现行国家标准与市售半焦产品指标,发现尽管半焦的品质会受到热解工艺、煤质、粒径等多方面因素的影响,但在发热量、全硫、挥发分指标上均能满足相应型煤的指标要求;在成型技术方面,目前多采用复合型黏结剂配合对辊成型机冷压成型技术生产半焦质民用型煤,成型产品在燃烧性能、污染物减排等方面均有良好表现,可替代散煤及无烟煤供居民日常使用;在经济性方面,在当前型煤价格体系下,无论是外购半焦末加工成型还是建立以半焦质民用型煤为主要产品的煤炭分质清洁转化项目,都具有可观的经济效益。
    气化残炭利用
    煤气化细渣的资源化综合利用技术研究进展
    史兆臣, 戴高峰, 王学斌, 董永胜, 李攀, 于伟, 谭厚章
    2020, 42(7):  63-73. 
    摘要 ( 23 )   PDF (1752KB) ( 52 )  
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    煤气化是煤炭清洁高效利用的有效途径,但由于目前气化炉装备性能或运行水平较差,将会产生大量的气化粗渣和气化细渣,其中气化粗渣的成分与锅炉灰渣相似,可作为建材、道路桥梁等掺混原料;而气化细渣却因为含碳量高、烧失量大,不能直接用作建筑、道路材料,填埋处理是当前最主要的处理方式,这种方式不仅浪费土地,也无法回收其中的残碳,经济性和环保性极差。气化细渣的经济环保高效处理是煤气化企业面临的重大难题,对几种典型气化炉产生的气化细渣的基本物理化学特性进行了总结,结合气化细渣含碳量高、灰分中硅铝含量高、比表面积大、孔隙结构发达等特点,比较了浮选分离技术、与煤掺烧、用于土壤改良、合成及制备材料,以及水处理工艺等利用方式的技术研究现状和应用前景。
    气化残炭与低阶煤混燃特性及动力学分析
    郑洪岩, 贾丁丁, 赵言, 冯智皓, 白宗庆
    2020, 42(7):  74-80. 
    摘要 ( 21 )   PDF (1510KB) ( 28 )  
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    低挥发分气化残炭的高效燃烧对其分级利用十分关键,与煤混燃是解决气化残炭着火点高、难燃尽等问题的一种有效途径。利用热重分析法研究了气化残炭与3种低阶煤(云南褐煤、哈密长焰煤、神华不黏煤)的混合燃烧特性,获得了低阶煤与气化残炭混燃时的特征参数以及相互作用,并利用多重扫描速率法对气化残炭和低阶煤混燃过程的动力学参数进行了分析。结果表明,气化残炭与煤混燃时二者最大燃烧峰温差(Δt)较单独燃烧时的温差有所降低,且与神华不黏煤和云南煤混燃时随着气化残炭掺入比例的增加Δt逐渐降低,说明二者混燃时存在明显的相互作用。煤中挥发分的逸出和燃烧会提高气化残炭的燃烧性能,哈密煤中富含的钙铁等矿物对气化残炭的燃烧具有一定的催化作用。动力学分析结果表明,相对于气化残炭,混燃样品的活化能整体上都有所降低,说明气化残炭与煤混燃可以提高整体的燃烧性能。
    气化细渣浮选脱碳研究进展
    吴思萍1,赵凯1,董永胜2,王学斌3*,白永辉4,刘莉君1,于伟1
    2020, 42(7):  81-85. 
    摘要 ( 543 )   PDF (1911KB) ( 31 )  
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    为了降低制约气化细渣进一步加工利用的未燃碳的质量分数,在对气化细渣浮选现状与研究进展进行阐述及其残碳、矿物组成、表观形貌等特征进行说明的基础上,采用泡沫浮选方法对榆林气化细渣进行未燃碳脱除试验探索。试验结果表明,捕收剂柴油用量30 kg/t,起泡剂仲辛醇用量10 kg/t,采用“一粗两精”分选工艺,得到最终精矿产率为11.06%,浮选较困难。结合气化细渣性质可以初步判断由于细渣孔隙率高、比表面积大,造成浮选药剂消耗过高、浮选指标差。