邢文朝，崔名雙，鄭祥玉，李小炯，苗鵬

不同煤種在煤粉工業(yè)鍋爐上的適應(yīng)性研究

邢文朝1，2，3，崔名雙1，2, 3，鄭祥玉1，2，3，李小炯1，2，3，苗鵬1，2，3

（1. 煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100013；2. 國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；3. 煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司 濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250011）

為研究不同煤種在的煤粉工業(yè)鍋爐上的適應(yīng)性，筆者分別選取神木煤、山東本地煤、蘭炭三種燃料在濟(jì)南某熱源廠(chǎng)70 MW燃煤鍋爐上開(kāi)展試驗(yàn)研究，考察了不同煤種的燃燒性能對(duì)工業(yè)鍋爐運(yùn)行狀況的影響，分析鍋爐長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行時(shí)點(diǎn)火穩(wěn)定性、爐膛溫度、SCR入口煙溫、排煙溫度以NO初始排放變化趨勢(shì)，結(jié)果表明，不同煤種的點(diǎn)火穩(wěn)定性差異不大，均具有較好的點(diǎn)火性能。當(dāng)鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，本地煤種排煙溫度比神木煤高20 ℃左右，NO初始排放比神木煤低10%，蘭炭燃燒爐膛溫度比神府煤高10%左右，NOx初始排放在250~350 mg·Nm-3，比神木煤低30%。

煤種；工業(yè)鍋爐；爐膛溫度；NO初始排放

隨著我國(guó)電力和熱力工業(yè)迅速發(fā)展，許多工業(yè)鍋爐被迫燃用非設(shè)計(jì)煤種，這導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)，燃燒效率偏低，爐膛結(jié)渣等問(wèn)題[1-3]。拓寬鍋爐煤種適應(yīng)性，一直是煤粉鍋爐行業(yè)亟須改進(jìn)或解決的重要課題[4-5]。目前，供暖行業(yè)20~100 MW級(jí)的燃煤鍋爐占相當(dāng)大比例，對(duì)這一級(jí)別燃煤鍋爐開(kāi)展煤種適應(yīng)性研究具有重要意義[6-7]。煤種對(duì)工業(yè)鍋爐的運(yùn)行狀況影響很大[8]，為研究不同煤種在的煤粉工業(yè)鍋爐上的適應(yīng)性，筆者分別選取神府煤、山東本地煤、蘭炭三種燃料在濟(jì)南某熱源廠(chǎng)70 MW燃煤鍋爐上開(kāi)展試驗(yàn)研究，考察了不同煤種的燃燒性能對(duì)工業(yè)鍋爐運(yùn)行狀況的影響，分析鍋爐長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行時(shí)爐膛溫度、高溫省煤器出口煙溫、排煙溫度以NO初始排放變化趨勢(shì)。

1 研究對(duì)象

1.1 工業(yè)鍋爐

試驗(yàn)所用的鍋爐額定負(fù)荷70 MW，如圖1所示，燃燒用煤粉和空氣進(jìn)入燃燒器燃燒，燃燒器位于爐膛的前墻頂部，沿爐膛寬度左右各一套。爐膛內(nèi)主要通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，煙氣由上至下在出爐膛前被冷卻。煙氣通過(guò)爐膛底部的轉(zhuǎn)彎煙室進(jìn)入到高溫對(duì)流受熱面，從高溫對(duì)流受熱面由下至上流動(dòng)，出來(lái)的煙氣進(jìn)入脫硝裝置進(jìn)行脫硝，脫硝后的煙氣再進(jìn)入低溫對(duì)流受熱面，換熱完成的煙氣經(jīng)過(guò)除塵器，除塵后的煙氣要經(jīng)過(guò)脫硫、濕電后經(jīng)煙道由煙囪排出。

圖1 實(shí)驗(yàn)鍋爐結(jié)構(gòu)

1.2 實(shí)驗(yàn)煤種

神木煤、山東本地煤、蘭炭三種煤種的煤質(zhì)分析入表1所示。

表1 試驗(yàn)所選煤種工業(yè)分析

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

鍋爐正常點(diǎn)火后，由一次風(fēng)將煤粉送入燃燒器，調(diào)整二次風(fēng)和三次風(fēng)配比，維持鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，逐步增加供料器頻率，提升鍋爐負(fù)荷，測(cè)量并記錄不同負(fù)荷對(duì)應(yīng)的爐膛溫度，初始排放。每次實(shí)驗(yàn)前后，清理鍋爐積灰，保證每次實(shí)驗(yàn)初始條件相同。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同煤種點(diǎn)火后爐膛溫升變化

不同煤種在開(kāi)展點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)前，給定相同的點(diǎn)火參數(shù)，即風(fēng)量、風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓、點(diǎn)火油壓一致，圖1顯示了不同煤種在點(diǎn)火后10 min內(nèi)爐膛上部和中部溫度升高變化情況，可以看出，三種燃料點(diǎn)火后爐膛上部和中部溫度升高趨勢(shì)相差不大，點(diǎn)火后，保持供料量穩(wěn)定，均能維持爐膛內(nèi)的燃燒穩(wěn)定。

圖2 不同煤種點(diǎn)火后爐膛上部和中部溫升

2.2 不同負(fù)荷爐膛溫度、SCR入口煙溫和排煙溫度

保持過(guò)量空氣系數(shù)和二、三次風(fēng)量比例相同，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的燃燒實(shí)驗(yàn)，考察了鍋爐爐膛溫度、SCR入口煙溫和排煙溫度隨負(fù)荷的變化。如圖3，隨著鍋爐負(fù)荷升高，爐膛溫度，SCR入口煙溫、排煙溫度升高；神木煤與本地煤爐膛中部溫度高于上部溫度，蘭炭燃燒時(shí)，爐膛上部溫度高于中部溫度，因?yàn)樘m炭揮發(fā)分含量較低，在爐膛上部焦炭開(kāi)始燃燒，溫度較高，而煤粉揮發(fā)分含量較高，到揮發(fā)分燃盡后焦炭開(kāi)始燃燒，所以爐膛中部溫度較高。相同負(fù)荷下，本地煤種排煙溫度高于神木煤和蘭炭。保持滿(mǎn)負(fù)荷70 MW，神木煤和蘭炭燃燒SCR入口煙溫為360 ℃和330 ℃，滿(mǎn)足SCR脫硝條件，排煙溫度為105 ℃和108 ℃，而本地煤粉SCR入口煙溫接近400 ℃，排煙溫度為122 ℃，本地煤種排煙溫度比神木煤高15 ℃左右，蘭炭燃燒爐膛溫度比神木煤高10%左右。隨著鍋爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，由于高低溫面積灰，換熱能力弱化，SCR入口煙溫、排煙溫度會(huì)升高，所以，若長(zhǎng)期燃用本地煤，需添加受熱面，以滿(mǎn)足SCR脫硝最適溫度。

圖3 不同負(fù)荷爐膛溫度、SCR入口煙溫、排煙溫度

2.3 污染初始排放的變化

過(guò)量空氣系數(shù)1.2，二次風(fēng)、三次風(fēng)配比2∶1時(shí)，保持鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，不同負(fù)荷對(duì)應(yīng)的NO與SO2初始排放濃度如圖4所示，NO與SO2初始排放濃度隨負(fù)荷升高呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，負(fù)荷相同時(shí)，本地煤燃燒NO初始排放整體低于神木煤粉，滿(mǎn)負(fù)荷70 MW時(shí)，本地煤燃燒產(chǎn)生的NO初始排放最高達(dá)到501 mg·m-3，比神木煤粉低13%。蘭炭燃燒NO初始排放在250~350 mg·m-3之間，比神木煤粉低30%，本地煤燃燒SO2初始排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于神木煤和蘭炭，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，達(dá)到了1 000 mg·m-3以上，比神木煤高約50%，脫硫壓力增大。

圖4 不同煤種燃燒NOx初始排放

2.4 通過(guò)配風(fēng)調(diào)節(jié)NOx初始排放

維持鍋爐負(fù)荷60 MW，高溫出口氧量維持4.0%左右，通過(guò)調(diào)節(jié)二、三次風(fēng)配比實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒降低NO排放。如圖5，當(dāng)二次風(fēng)、三次風(fēng)之比為4∶1時(shí)，神木煤，本地煤和蘭炭燃燒NO初始排放質(zhì)量濃度分別為525, 342和517 mg·m-3，隨著三次風(fēng)占比提高，NO初始排放濃度下降，當(dāng)二次風(fēng)、三次風(fēng)之比為2∶1時(shí)神木煤，本地煤和蘭炭燃燒NO初始排放質(zhì)量濃度分別為350, 234和347 mg·m-3。分級(jí)配風(fēng)，提高三次風(fēng)比例，一方面降低了爐膛整體溫度，減少了爐膛局部高溫點(diǎn)，使燃燒速度和溫度水平下降，熱力型NO減少；另一方面，爐膛預(yù)燃室內(nèi)由于富燃燃燒，生成的CO與燃料中氮分解生成的中間產(chǎn)物HCN等，將一部分NO還原，又抑制了燃料型NO的生成。

圖5 NOx初始排放隨二、三次風(fēng)配比的影響

3 結(jié) 論

1）三種燃料點(diǎn)火后爐膛上部和中部溫度升高趨勢(shì)相差不大，保持供料量穩(wěn)定，均能維持爐膛內(nèi)的燃燒穩(wěn)定。

2）當(dāng)鍋爐滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，本地煤種排煙溫度比神木煤高15 ℃左右，蘭炭燃燒爐膛溫度比神木煤高5 ℃左右。若長(zhǎng)期燃用本地煤，需添加受熱面，以滿(mǎn)足SCR脫硝最適溫度。

3）額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，本地煤燃燒產(chǎn)生的NO初始排放，比神木煤粉低13%，而蘭炭燃燒產(chǎn)生的NO初始排比神木煤粉低32%，本地煤燃燒SO2初始排放遠(yuǎn)高于神木煤和蘭炭，達(dá)到了1 000 mg·m-3以上，比神木煤高約50%，脫硫壓力增大。

4）隨著三次風(fēng)占比提高，NO初始排放濃度下降。因此，提高三次風(fēng)比例，可降低了爐膛整體溫度，減少了爐膛局部高溫點(diǎn)，減少NO排放。

[1] 孫丹萍. 無(wú)煙煤鍋爐煤種適應(yīng)性研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué), 2008.

[2] 紀(jì)任山. 煤粉工業(yè)鍋爐燃用中等揮發(fā)分煤種適應(yīng)性研究 [J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2014, 31 (7): 779-782.

[3] 施正倫, 胡江潮. 鍋爐多煤種配煤特性的試驗(yàn)及發(fā)展前景[J]. 浙江電力, 1995 (5): 1-4,7.

[4] 陳紅娟, 張賢凱. 角管式鍋爐煤種適應(yīng)性研究 [J]. 能源研究與信息, 2006, 22 (4): 237-40.

[5] 李鵬程, 張建良, 徐潤(rùn)生, 等. 改質(zhì)煤、蘭炭和木炭作為高爐噴吹用燃料的基礎(chǔ)特征[J]. 冶金能源，2015（3）: 43-7.

[6] HAAS J, TAMURA M, WEBER R. Characterisation of coal blends for pulverised fuel combustion [J]. Fuel，2001, 80 (9): 1317-23.

[7] PENG L, YU Q, QIN Q, et al. Adaptability of Coal Gasification in Molten Blast Furnace Slag on Coal Samples and Granularities [J]., 2011, 25 (12): 5678–82.

[8] 潘冠福. 補(bǔ)連塔煤燃燒特性綜合分析[J]. 當(dāng)代化工, 2019, 48 (07): 1384-7.

Experimental Study on the Adaptability of Different Coal Types in Industrial Boilers

1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3

（1. China Coal Research Institute Energy Conservation Technology Company, Beijing 100013, China；2. National Energy Technology & Equipment Laboratory of Coal Utilization and Emission Control, Beijing 100013, China；3. China Coal Research Institute Energy Conservation Technology Company Jinan Branch, Jinan Shandong 250011, China）

In order to study the adaptability of different coal types in pulverized coal industrial boilers, Shenmu coal, Shandong local coal and semi coke were selected as fuels to carry out experimental research on a 70MW coal-fired boiler in a heat source plant in Jinan, and the impact of different types of coal combustion performance on the operating conditions of industrial boilers was analyzed. The ignition stability, furnace temperature, SCR inlet flue gas temperature, and flue gas temperature during the long-term continuous operation of the boiler were analyzed as well the NOinitial emission change trend. The results showed that the difference of ignition stabilities of different coal types was not big, and they all had good ignition performance. When the boiler was running at full load, the exhaust temperature of the local coal was about 20 ℃ higher than that of Shenmu coal, the initial NOemission was 10%lower than Shenmu coal, the temperature of semi coke burning furnace was about 10% higher than Shenmu coal, its initial NOemission was 250~350 mg/Nm3, which was 30% lower than Shenmu coal.

Coal type; Industrial boilers; Furnace temperature; Initial NOemission

2020-05-25

邢文朝（1992-），男，碩士，河北省邢臺(tái)市人，2018年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，研究方向：從事煤粉燃燒技術(shù)工作。E-mail：xingwenzhao123@163.com。

TQ038.1

A

1004-0935（2020）07-0777-03