富氧气氛煤粉着火稳定性的实验研究

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1、全国能源与热工 2008 学术年会 286 富氧气氛煤粉着火稳定性的实验研究富氧气氛煤粉着火稳定性的实验研究 徐迎超 1 蒋孝科2 韩 涛2 孙 科2 毛 天2 曹子栋2 （1.首钢国际工程技术有限公司动力室 北京 100043 2.西安交通大学 热能工程系 西安 710049） 摘摘 要：要： 在德国 Netzsch 公司生产的 NETZSCH STA 409C 型热重分析仪上，研究了烟煤、褐煤、无烟煤在不同氧气浓度 和升温速率下 TG 曲线的变化和着火稳定指数的变化。烟煤随着氧气浓度的升高燃烧反应速度加快；无烟煤随着氧气浓度 的升高着火提前；褐煤与氧气浓度无关。三种煤随着升温速率的升高着火

2、先推迟后提前，着火稳定指数随着氧气浓度和升 温速率的升高而增大，既着火稳定性增强。在工程中可以采用膜法富氧增加一次风氧气浓度，从而增强电站锅炉在低负荷 运行时的着火稳定性。 关键词：关键词： 富氧；热天平；升温速率；着火稳定指数 Experimental Stud y of the Ignition-Stabilization of Pulverized-Coal on Oxygen-Enriched XU Ying-chao JIANG Xiao-ke HAN Tao SUN Ke MAO Tian CAO Zi-dong (1.Beijing Shougang Design Institu

3、te Beijing 10043, China 2.Xian Jiaotong University Thermal Power Engineering, Xian, 710049, China) Abstract: This experiment which operate on the thermogravimetric analysis study on the change of the TG curve and ignition- stabilization index of bituminous anthracite and lignite, which is under diff

4、erent oxygen concentration. The combustion reaction velocity of the bituminous accelerate with the increasing of the oxygen concentration, meanwhile the ignition temperature of the anthracite decrease, and we have found the ignition characteristic of lignite is independent of the oxygen concentratio

5、n. The ignition of the three coal delay then short with the rising of the heating rate.The ignition-stabilization index of all the three coal increase with the rising of the oxygen concentration and heating rate, it means that the ignition-stabilization increase. In the engineering we can use the Ox

6、ygen-enriched Membrane to increase the oxyfen concentration of primary wind, strengthen the ignition-stabilization of the power plant boiler under the low load. Key words: Oxygen-enriched; Thermogravimetric apparatus; Speed of warm-upm The index of ignition-stabilization 1 前言 近几年来,我国电力工业持续发展,每年投产的 新

7、机组连续几年保持 10GW 以上,大容量火电机组 日益增多。随着发电机组日益向大容量、大机组 发展,以及环境保护意识的增强,电力工业对煤粉燃 烧提出了越来越高的要求。概括起来主要有：燃 烧的高效率、着火的稳定性1-3、低污染以及良好 的煤种适应性和快速负荷变化适应性。其中，快 速负荷变化适应性是工农业生产的季节性等因素, 对电力生产提出的要求,这种变化程度可用“电网负 荷峰谷比”表示。西方国家的峰谷比一般都较大(美 国为 1:0.250.30,德国为 1:0.200.50),我国一般为 1:0.70 左右。电网调峰的方法是多种多样的,有专 用的调峰机组,也有采用频繁的起停方式,更方便经 济的调

8、峰方式是维持原有机组在低负荷下运行。 但是由于我国电站锅炉燃煤煤质不好，所以锅炉 在低负荷运行时，着火不连续即燃烧不稳定，主 要原因在于着火稳定性差。随着膜法富氧技术的 成熟发展4-5，研究煤粉在富氧条件下的着火稳定 性，对电站锅炉在低负荷下运行时增强其着火稳 定性有重要的意义，并且其经济效益比用油助燃 好。 2 试验设备及原理 本试验是在德国Netzsch公司生产的NETZSCH 企业节能减排与资源综合利用 287 STA 409C型热重分析仪上进行，其结构如图1。 图 1 热重分析仪炉膛部分结构图 （1 气体出口阀 2 防护架 3 加热元件 4 隔热材料 5 双层外 壳 6 保护管 7 样

9、品支架 8 气体出口管路 9 连接插头 10 冷却 风扇） 试验参数：煤样为10mg左右，程序升温速率 为10 Kmin-1，20 Kmin-1，40 Kmin-1，温度从室温 升到900。炉内气体为氮气和氧气的混合气体 （180mLmin-1）,热天平保护气体为氮气。 试验所用的煤种分别是神木（SM）烟煤、多 伦褐煤(DLHM)、天湖山(THS)无烟煤，其工业分 析和元素分析如表1。煤的着火稳定指数Rw6-7就 是煤着火稳燃特性的综合判别指标，其计算式： 1max1max 560/650/0.27 wi RtTW=+ 式中，ti着火温度/； 1max T易燃峰最大反应速率对应的温度/； 1m

10、ax W易燃峰最大反应速率/mgmin-1；其判别 界限如表 2。 3 实验结果与分析 3.1 氧气浓度对TG燃烧曲线的影响 本试验反映了在升温速率为 10Kmin-1时，氧 气浓度对静态煤粉着火燃烧 TG 曲线的影响， 从 TG 曲线上我们可以知道着火是提前还是推迟，着火 燃烧速度是变快还是减慢。 神木煤属烟煤，有较高的挥发分，易着火。 图 2 所示，氧气浓度从 20增加到 100，神木 煤 TG 曲线变陡，曲线往前平移不明显，即神木在 氧气浓度提高的情况下反应速度加快。 多伦褐煤挥发分较高，但是水分含量也较高， 达到20，所以多伦褐煤先是水分的析出析出阶 段。图3所示，氧气浓度从20提高到

11、100时， 多伦褐煤TG曲线往前移动的幅度较小，着火燃烧 反应速度没有变化，所以多伦褐煤受氧气浓度的 影响不明显。 图 4 所示，氧气浓度从 20%升高到 100%，天 湖山煤 TG 曲线不断向左平移，但并没有随着氧气 浓度的提高而变陡，所以天湖山煤随着氧气浓度 的升高着火提前。总之，氧气浓度对煤样 TG 曲线 变化有影响。神木煤随着氧气浓度的提高反应速 度加快，天湖山煤随着氧气浓度的提高着火提前， 多伦褐煤由于高水分的原因，与氧气浓度的关系 不明显。 3.2 升温速率对 TG 曲线的影响 本试验是在氧气浓度为 30情况下，测得不 同升温速率与煤样 TG 曲线的关系。由图 5 到图 7 可知，

12、升温速率的升高使煤样 TG 曲线先向右平移 而后往左平移，存在一个这样的升温速率 W，当 升温速率小于 W 时，随着升温速率增大而趋近于 W，静态煤粉着火推迟；当升温速率大于 W 时， 随着升温速率的增大远离 W，静态煤粉着火提前。 3.3 氧气浓度和升温速率对着火稳定指数 Rw 的影 响 020406080100120 0 20 40 60 80 100 TG/% Oxy20 Oxy30 Oxy60 Oxy100 t/min 图 2 氧气浓度对 SM 煤 TG 曲线的影响 神木煤易着火，其着火稳定指数 Rw 较大，着 火极易稳定。图 8 所示，神木煤着火稳定指数 Rw 随着氧气浓度的升高而增

13、大，着火稳定性增强。Rw 随着升温率的升高而增大，着火稳定性增强。神 木煤的 Rw 始终大于 5.0，即神木煤着火以稳定。 全国能源与热工 2008 学术年会 288 020406080100120 0 20 40 60 80 100 Oxy20 Oxy30 Oxy60 Oxy100 t/min TG/% 020406080100120 0 20 40 60 80 100 Oxy20% Oxy30% Oxy60% Oxy100% t/min TG/% 图 3 氧气浓度对 DLHM TG 曲线的影响 图 4 氧气浓度对 THS 煤 TG 曲线的影响 020406080100120 0 20 40

14、 60 80 100 TG/% 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 t/min 020406080100120 0 20 40 60 80 100 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 t/min TG/% 图 5 升温速率对 SM 煤 TG 的影响 图 6 升温速率对 DLHM TG 曲线的影响 020406080100120 0 20 40 60 80 100 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 t/min TG/% 20406080100120 5 10 15 20 25 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 Rw 氧浓

15、度/% 图 7 升温速率对 TSH 煤 TG 曲线的影响 图 8 氧气浓度和升温速率对 SM 煤 Rw 的影响 20406080100120 5 10 15 20 25 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 Rw 氧浓度/% 20406080100120 5 10 15 20 10Kmin-1 20Kmin-1 40Kmin-1 Rw 氧浓度/% 图 9 氧气浓度和升温速率对 DLHM Rw 的影响 图 10 氧气浓度和升温速率对 THS 煤 Rw 的影响 企业节能减排与资源综合利用 289 神木随着氧气浓度的升高提高幅度也大。图 9 所示，多伦褐煤 Rw 随着氧气的浓度的升高

16、而增 大，即着火稳定性增强，但是在升温速率为 10Kmin-1时 受 氧 气 浓 度 影 响 较 小 ， 并 且 4.0Rw4.65，所以此时着火稳定性属难稳定区。 在升温速率为 40Kmin-1、氧气浓度大于 30% 时，Rw 与氧气浓度成线性递增，着火稳定性增强。 在升温速率为 20Kmin-1时随着氧气浓度的提高先 增大后趋于平缓，这是因为多伦褐煤在 20Kmin-1 时类似于均相着火。Rw 随着升温速率的增大而增 大，着火稳定性增强。图 10 所示，天湖山煤 Rw 随着氧气浓度的提高而增大，着火稳定性增强， 但是在升温速率为 10Kmin-1时 Rw 变化较小， Rw5.0，着火不易稳定。Rw 随着升温速率的增大 而增大，着火稳定性增强。 4 结论 （1）在热天平试验中，TG 曲线是煤粉着火 燃烧的曲线。烟煤随着氧气浓度的升高反应速度 加快。无烟煤随着氧气浓度的升高着火提