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煤粉燃烧过程中AAEM的迁移机理及结渣沾污成因

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洁净煤技术 2023年第3期29卷 133-144页

作者：底一牛芳王乃继周建明煤炭科学研究总院北京100013 北京天地融创科技股份有限公司北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

煤粉燃烧产生的飞灰导致炉膛和烟道内出现结渣沾污现象,飞灰的黏附特性受煤中碱金属/碱土金属(Alkali and Alkaline Earth Metals,AAEM)的影响,为减少飞灰在换热面上的沉积,分析其燃烧过程中AAEM的赋存形态和迁移机理,论述了AAEM蒸汽冷... 详细信息

煤粉燃烧产生的飞灰导致炉膛和烟道内出现结渣沾污现象,飞灰的黏附特性受煤中碱金属/碱土金属(Alkali and Alkaline Earth Metals,AAEM)的影响,为减少飞灰在换热面上的沉积,分析其燃烧过程中AAEM的赋存形态和迁移机理,论述了AAEM蒸汽冷凝对飞灰特性产生的影响,同时分析了飞灰在换热面上的沉积机理。结果表明,燃烧温度和AAEM赋存形态的差异导致其析出过程和析出量不同。温度升高会促进AAEM的释放,随着AAEM在萃取液中的溶解性降低,在燃烧时释放更困难;释放到气相中的AAEM在换热面或飞灰表面异相冷凝形成黏性层,增大了换热面对飞灰的捕集效率;在气相中均相冷凝形成气溶胶,气溶胶作为前驱体在后续聚并过程中形成亚微米飞灰;飞灰的沉积受分子扩散、布朗运动、涡流碰撞、热泳、重力沉降、惯性碰撞等多种因素影响,重力沉降、惯性碰撞主要影响大粒径飞灰颗粒的运动轨迹,其他因素则主要影响小颗粒的运动;在换热面上形成的沉积层会出现分层结构,沉积内层的生成主要由无机蒸汽冷凝和小粒径飞灰沉积造成,外层沉积层主要由大颗粒飞灰沉积形成。黏附在换热面上的飞灰影响锅炉热效率、高温下腐蚀金属壁面,对锅炉的安全稳定运行埋下隐患。因此部分学者提出煤粉的水洗、掺烧、吹灰、换热面涂层、结构改进等方案来减缓沉积层的形成。但由于煤中成分多变,难以准确预测对燃料结渣沾污行为,应加强不同赋存形态元素的研究、不同形态飞灰的沉积及飞灰形成过程中复杂的物理化学,为结渣沾污的防治提供理论支持。

关键词：结渣沾污 AAEM 迁移机理飞灰颗粒

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机械化学耦合改性飞灰对高钠煤结渣沾污特性的改善机理

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机械化学耦合改性飞灰对高钠煤结渣沾污特性的改善机理

作者：陈虎华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

准东煤是中国煤炭资源的重要组成部分,具有丰富的储量、优质的品质和多种用途,是国家能源安全和经济发展的重要支撑,但由于其含钠量较高,造成它的粘结性较强,容易导致结渣和沾污问题,对燃烧设备造成损害并降低发电效率。高碱煤灰富含Si... 详细信息

准东煤是中国煤炭资源的重要组成部分,具有丰富的储量、优质的品质和多种用途,是国家能源安全和经济发展的重要支撑,但由于其含钠量较高,造成它的粘结性较强,容易导致结渣和沾污问题,对燃烧设备造成损害并降低发电效率。高碱煤灰富含Si、Al等元素,Si、Al元素可以一定程度抑制含钠气态化合物的生成。机械力化学反应指的是当物质受到高强度机械力作用时,能够引发物质内部组织结构变化和自身物理化学性质改变的现象。一般在机械力作用下能够增加物质的活性和比表面积,通过球磨机对高碱煤灰进行机械力改性,球磨飞灰就成了高活性且富含硅铝的添加剂。此外,P元素有助于提高灰熔融性,鉴于此,以高碱煤灰为基材,采用机械力耦合富磷试剂NH4H2PO4改性高碱煤灰,解决准东煤的结渣沾污问题。本文主要研究了不同配比球磨灰,NHHPO和机械化学耦合改性飞灰对准东煤沾污结渣及燃烧特性的影响,并通过固钠率Z、煤灰的特征温度、热重曲线分析了不同配比添加剂影响混煤沾污结渣及燃烧特性的机理。主要研究成果如下:（1）探究不同配比添加剂对混煤沾污特性的影响和机理。研究对象是球磨灰、NH4H2PO4和机械化学耦合改性飞灰。结果表明:随着球磨灰比例的增加,对换热面沾污的减缓效果越来越好;随着NH4H2PO4比例的增加,减缓沾污的效果先上升后下降;对于机械化学耦合改性飞灰而言,从NH4H2PO4的配比来看,固钠率随着混合比例的升高而降低;从球磨灰来看,减缓沾污的效果随着比例的升高先上升后下降。实验中减缓沾污最佳配比是添加灰的比例5%（灰与煤的质量比）,PO43-/Na=0.5。（2）探究不同配比添加剂对混煤结渣特性的影响和机理。实验发现:球磨灰比例的增加会导致样品灰熔点曲线呈现先下降后上升的趋势;随着NH4H2PO4混合比例的增加,样品灰熔点的曲线也是先降低后升高;对于机械化学耦合改性飞灰而言,在所有灰添加比例下,随着NH4H2PO4混合比例的增加,混烧产灰的灰熔点温度基本呈上升趋势,依据（FT-DT）的判定法则,减缓结渣的最佳配比是灰比例5%,PO43-/Na=4。（3）探究不同配比添加剂对混煤燃烧特性的影响和机理。结果发现:随着添加球磨灰比例的增加,混煤的着火难度增大,燃尽指数也有所降低,综合燃烧指数有小幅上升;随着NH4H2PO4混合比例的增加,最高燃烧速率、平均燃烧速率和综合燃烧指数都有明显的降低,这意味着燃烧性能的下降;对于机械化学耦合改性飞灰而言,混煤的着火难度减小,但随着NH4H2PO4混合比例的增加,煤种的燃烧性能变差。综合来看,最佳燃烧特性配比是灰比例5%,PO/Na=1。

关键词： NH4H2PO4 机械力化学高碱煤灰结渣沾污燃烧特性

纯燃高碱煤660 MW机组防结渣沾污一体化设计

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热力发电 2018年第3期47卷 104-108,122页

作者：赵勇纲王志超张喜来白杨姚伟神华国神集团技术研究院陕西西安710075 西安热工研究院有限公司陕西西安710054

高碱煤属于极易着火、极易燃尽的优良动力煤,但具有严重结渣和沾污积灰特性,现役机组只能以一定的比例掺烧高碱煤,对高碱煤的适应能力有限。针对100%纯燃高碱煤的目标,提出了新建660 MW机组一体化设计思路,给出了关键的炉膛热负荷参数... 详细信息

高碱煤属于极易着火、极易燃尽的优良动力煤,但具有严重结渣和沾污积灰特性,现役机组只能以一定的比例掺烧高碱煤,对高碱煤的适应能力有限。针对100%纯燃高碱煤的目标,提出了新建660 MW机组一体化设计思路,给出了关键的炉膛热负荷参数取值和合理的受热面布置方式、燃烧器设计、除灰渣设备、空气预热器型式等选取建议,以期为全燃高碱煤机组锅炉的整体设计提供参考。

关键词：高碱煤准东煤结渣沾污锅炉受热面容积热负荷燃尽高度一体化设计

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烟气强化水洗对高碱煤脱碱及热转化行为研究

工程热物理学报 2022年第9期43卷 2518-2524页

作者：马剑飞王祥曦程小爱马金荣孙铭跃武爱玲李建李月郭丽魏博罗光前姚洪新疆新业能源化工有限责任公司五家渠831300 新疆大学化工学院煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室乌鲁木齐830000 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

为减轻新疆准东煤因高碱金属和碱土金属含量导致其燃烧过程锅炉的结渣沾污和高PM释放等问题,作者前期工作中提出采用燃煤电厂烟气(CO)强化水洗脱碱的方法,显著增强了高碱煤中碱金属和碱土金属的水洗脱除率。然而前期研究均是基于间歇式... 详细信息

为减轻新疆准东煤因高碱金属和碱土金属含量导致其燃烧过程锅炉的结渣沾污和高PM释放等问题,作者前期工作中提出采用燃煤电厂烟气(CO)强化水洗脱碱的方法,显著增强了高碱煤中碱金属和碱土金属的水洗脱除率。然而前期研究均是基于间歇式反应器开展,实际应用性不强,脱除率有待进一步提高。本文自行设计了一种半连续式高碱煤烟气强化水洗脱碱装置,较详细研究了其脱碱效果、洗煤的物理化学特性及其热转化行为。结果显示,此方法的脱灰率达46.4%,Na和Ca脱除率分别高达89.2%和36.2%。洗煤灰的变形温度从782℃提升至1240℃,煤的燃烧结渣沾污倾向得到明显抑制。烟气强化水洗使煤的着火点和最大燃烧速率略有下降,但整体燃烧行为和温度范围变化不大,而煤样的气化活性有所降低。

关键词：准东煤烟气强化水洗碱金属和碱土金属结渣沾污

氧化硅添加剂对准东煤高钙飞灰物相热转化作用的差示扫描量热分析

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中国电机工程学报 2020年第15期40卷 4919-4926页

作者：田思达李乐天吴玉新康志忠林亮宇电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京市海淀区100084

为研究氧化硅添加剂粒径和掺加比对防治准东煤结渣沾污的影响,使用差示扫描量热仪(differentialscanning calorimeter,DSC)研究准东煤高钙飞灰和2种不同粒径氧化硅的掺混样品的升温热流特征,并使用X射线衍射分析加热样品的物相变化。结... 详细信息

为研究氧化硅添加剂粒径和掺加比对防治准东煤结渣沾污的影响,使用差示扫描量热仪(differentialscanning calorimeter,DSC)研究准东煤高钙飞灰和2种不同粒径氧化硅的掺混样品的升温热流特征,并使用X射线衍射分析加热样品的物相变化。结果表明准东煤飞灰中含钙相的显著热转化和氧化硅添加剂的作用均发生在810℃以上温度,添加剂促进高钙飞灰加热产物的钙黄长石向钙长石转化。2000目氧化硅的防治效果比100目氧化硅的更好。硅灰比为1:9时2000目氧化硅可使飞灰DSC吸热谷温度延后50℃,有效地减缓飞灰熔融物质的生成,但是硅灰比增加到1:1时,其减缓飞灰生成熔融物质的效果并不更显著。工程上使用氧化硅添加剂防治准东煤的结渣沾污时,选择粒径小的添加剂可能比增加氧化硅的掺加量更有效。

关键词：结渣沾污氧化硅添加剂准东煤差示扫描量热法钙黄长石

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纯烧准东煤循环流化床锅炉设计与运行研究

节能 2023年第12期42卷 87-89页

作者：韦立校邓启刚余向阳鲁佳易孟庆松李月魏博刘坤朋东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川成都611731 新疆新业能源化工有限责任公司新疆五家渠831300 新疆大学化工学院新疆乌鲁木齐830000

准东煤中碱金属和碱土金属含量高,在燃烧过程中极易引起受热面结渣沾污,影响锅炉的安全稳定运行。根据准东煤的煤质特点,分析准东煤燃烧过程中的结渣沾污机理,提出纯烧准东煤循环流化床锅炉设计方案,通过调整受热面的布置方式,使对流受... 详细信息

准东煤中碱金属和碱土金属含量高,在燃烧过程中极易引起受热面结渣沾污,影响锅炉的安全稳定运行。根据准东煤的煤质特点,分析准东煤燃烧过程中的结渣沾污机理,提出纯烧准东煤循环流化床锅炉设计方案,通过调整受热面的布置方式,使对流受热面避开碱金属蒸气的易结渣沾污温度区间,并开展工程验证。结果显示:不同负荷下锅炉能够稳定运行,且效率均超过93%。在锅炉纯烧准东煤6个月后,受热面表面仅有松散浮灰,表明锅炉可长期纯烧准东煤且不会产生结渣沾污现象。

关键词：准东煤循环流化床锅炉结渣沾污

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水冷壁温差影响因素研究

中国设备工程 2022年第10期 141-143页

作者：邵磊李峰褚衍伟冯仁海隋鑫葛琥华电国际电力股份有限公司十里泉发电厂山东枣庄277103 中科软科技股份有限公司北京100080

通过在锅炉水冷壁背火侧加装温度测量装置监测水冷壁热流密度的方法已被广泛应用,为更准确地建立水冷壁测点温差与热流密度间的关系,本文详细分析了金属导热系数、工质温度分布、热流密度及积灰结渣等因素对温差的影响。分析结果表明,... 详细信息

通过在锅炉水冷壁背火侧加装温度测量装置监测水冷壁热流密度的方法已被广泛应用,为更准确地建立水冷壁测点温差与热流密度间的关系,本文详细分析了金属导热系数、工质温度分布、热流密度及积灰结渣等因素对温差的影响。分析结果表明,水冷壁管内工质温度的周向分布和积灰结渣状态对该方法的测量精度有重要影响,并据此提出了相应的修正方法,在某电厂的测试中,证明了该方法的准确性。

关键词：热流密度监测水冷壁温差 CFD 结渣沾污

100%全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉关键参数设计

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热力发电 2020年第6期49卷 111-117页

作者：赵勇纲王志超姚皓白杨朱架冉燊铭徐会军姚伟神华国能(神东电力)集团公司北京100011 西安热工研究院有限公司陕西西安710054 东方电气集团东方锅炉股份有限公司四川成都611731 国家能源投资集团有限责任公司北京100011

准东高碱煤属于高全水分、中等热值、低灰分、特低~低有害元素含量(低磷、特低氯、特低氟、低砷含量)、易磨、极易着火和极易燃尽煤种,燃烧性能优良,但由于准东高碱煤煤灰中碱金属尤其是Na2O含量较高,具有严重结渣沾污倾向。本文以600 M... 详细信息

准东高碱煤属于高全水分、中等热值、低灰分、特低~低有害元素含量(低磷、特低氯、特低氟、低砷含量)、易磨、极易着火和极易燃尽煤种,燃烧性能优良,但由于准东高碱煤煤灰中碱金属尤其是Na2O含量较高,具有严重结渣沾污倾向。本文以600 MW等级机组为例,对现役机组掺烧高碱煤运行性能进行分析,并参考现役350 MW全烧准东煤锅炉运行状况,对炉膛关键参数采取理论计算与实践经验数据相结合方式,提出了全燃准东高碱煤的660 MW机组锅炉炉膛、受热面、燃烧器、制粉系统、吹灰系统等的关键参数及系统设计布置,可为全燃准东高碱煤的600 MW等级机组锅炉设计提供借鉴。

关键词：准东高碱煤结渣沾污炉膛受热面燃烧器制粉系统吹灰系统关键参数

准东混煤高碳飞灰物相热转化差示扫描量热分析

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热力发电 2019年第12期48卷 46-51页

作者：田思达李乐天康志忠王迪华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室

为了深入认识准东混煤高碳飞灰的灰沉积特征,使用差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射法(XRD)对一种准东混煤高碳飞灰和2种其他飞灰的物相热转化特征进行对比研究。结果表明:准东混煤飞灰的残留碳经500℃热处理基本燃尽,对其高温加热的物相... 详细信息

为了深入认识准东混煤高碳飞灰的灰沉积特征,使用差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射法(XRD)对一种准东混煤高碳飞灰和2种其他飞灰的物相热转化特征进行对比研究。结果表明:准东混煤飞灰的残留碳经500℃热处理基本燃尽,对其高温加热的物相转化没有明显影响;DSC测试低温阶段,3种灰熔点不同的飞灰的放热流量变化趋势相近,而在880℃以上准东混煤飞灰DSC放热热流量随着温度升高增加得越来越快,并在1080℃达到峰值。这是由于飞灰中的氧化钙、硫酸钙等含钙物质和含钠物质与铝硅酸盐物质结合生成大量含钠钙长石,钙黄长石和硅酸钙是其中间产物。这种混煤飞灰在锅炉内烟气温度不低于1 080℃的区域沉积会自我固化造成沾污或结渣。

关键词：准东煤结渣沾污混煤燃烧高碳飞灰差示扫描量热法钙长石热转化