300mw燃煤鍋爐機(jī)組摻燒生物質(zhì)粉料燃燒特性試驗(yàn)研究

300mw燃煤鍋爐機(jī)組摻燒生物質(zhì)粉料燃燒特性試驗(yàn)研究

0發(fā)展生物質(zhì)電廠生物化工中鉀和氯的質(zhì)量比很高。直接燃燒會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的殘?jiān)透g。通過添加生物化工和碳粉來消除這一問題。國際上提出在大容量煤粉爐內(nèi)摻燒生物質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模利用生物質(zhì)發(fā)電以減排CO2的方案。在現(xiàn)有的大容量燃煤機(jī)組上摻燒生物質(zhì)比新建一座純燒生物質(zhì)電廠的投入要低得多,同時(shí)燃用價(jià)格相對(duì)低廉的生物質(zhì)燃料還能降低電廠的燃料費(fèi)用,從而提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益;大規(guī)模摻燒生物質(zhì)還能促進(jìn)電廠周圍農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。我國國內(nèi)目前僅有一個(gè)電廠引進(jìn)了丹麥的一套生物質(zhì)摻燒系統(tǒng),但該系統(tǒng)造價(jià)昂貴,初投資8000多萬元;并且長(zhǎng)期以來附近農(nóng)民不斷提高生物質(zhì)燃料的價(jià)格,導(dǎo)致發(fā)電成本過高。文中提出了一套新的生物質(zhì)利用模式,首次在國內(nèi)某300MW燃煤鍋爐上利用已有磨煤機(jī)系統(tǒng)對(duì)成型生物質(zhì)進(jìn)行粉碎并送入爐內(nèi)燃燒。試驗(yàn)對(duì)已有磨煤機(jī)系統(tǒng)磨制生物質(zhì)粉料的可行性和安全性進(jìn)行了分析,研究了生物質(zhì)摻燒對(duì)煤粉爐燃燒特性的影響,并進(jìn)一步對(duì)摻燒生物質(zhì)產(chǎn)生的飛灰能否用于建筑行業(yè)進(jìn)行了測(cè)試分析。1生物質(zhì)的燃燒系統(tǒng)試驗(yàn)試驗(yàn)鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的DG1025/18.3-Ⅱ9型鍋爐,采用同心反切的四角切圓燃燒方式。燃燒器為A—F6層直流擺動(dòng)式煤粉燃燒器,一臺(tái)磨煤機(jī)帶1層一次風(fēng)噴口,上層燃燒器頂部增設(shè)了1層燃盡風(fēng)噴嘴。制粉系統(tǒng)采用6套ZGM-95G型中速磨煤機(jī)、直吹式冷一次風(fēng)系統(tǒng)。試驗(yàn)用主燃料為甘肅華亭煙煤,摻燒燃料為成型生物質(zhì)。該型生物質(zhì)燃料為秸稈經(jīng)破碎后用壓型機(jī)械壓制而成,表1為燃料的工業(yè)分析和元素分析,生物質(zhì)成型燃料的灰分偏高,是由加工過程中粘合劑的添加導(dǎo)致。本試驗(yàn)鍋爐的最頂層F層燃燒系統(tǒng)長(zhǎng)期空置,因此利用F層制粉系統(tǒng)進(jìn)行生物質(zhì)的磨制和燃燒。該方案可以充分保證F層生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)對(duì)A—E層煤粉燃燒系統(tǒng)不產(chǎn)生任何影響。試驗(yàn)過程中控制生物質(zhì)的給料為當(dāng)前總?cè)剂腺|(zhì)量的10%~30%,試驗(yàn)均在250MW的穩(wěn)定負(fù)荷下進(jìn)行。煤粉通過A—D層制粉系統(tǒng)送入爐膛,生物質(zhì)燃料通過F層制粉系統(tǒng)送入。F層磨煤機(jī)入口溫度不超過90℃,出口溫度低于50℃。表2為所測(cè)試試驗(yàn)工況,其中工況3為給料量24t/h時(shí),減小F層一次送風(fēng)量時(shí)的工況。工況穩(wěn)定后,對(duì)F磨煤機(jī)出口的生物質(zhì)粉料進(jìn)行取樣,并進(jìn)行粒徑分布測(cè)試;在爐膛出口對(duì)NOx和SO2的質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)量;在水平煙道和灰斗處取灰樣,分別進(jìn)行成分測(cè)試和飛灰的水泥特性測(cè)試。2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1生物質(zhì)給料量過大時(shí)磨煤機(jī)電流過高從磨煤機(jī)出口生物質(zhì)粉料的形貌來看,利用原有的磨煤機(jī)系統(tǒng)能夠進(jìn)行生物質(zhì)型料的磨制。圖1為生物質(zhì)投料量及F層一次風(fēng)量對(duì)磨煤機(jī)電流的影響:當(dāng)F層磨煤機(jī)的生物質(zhì)給料量為12t/h和24t/h,一次風(fēng)量正常(20m3/h)時(shí),F磨煤機(jī)電流為33A和37A,未超過警戒電流40A。當(dāng)生物質(zhì)給料量繼續(xù)增大至30t/h時(shí),磨煤機(jī)電流很快升高超過警戒電流40A,并且磨煤機(jī)開始出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,一次風(fēng)量最高只能達(dá)到18.70m3/s,導(dǎo)致該工況下的測(cè)試工作未能正常進(jìn)行;當(dāng)生物質(zhì)給料量維持在24t/h時(shí),減小F層的一次風(fēng)量至15.99m3/s,磨煤機(jī)運(yùn)行也緩慢持續(xù)升高達(dá)到45A。圖2為不同生物質(zhì)給料量對(duì)磨煤機(jī)磨制的生物質(zhì)粉料粒徑分布的影響:磨制后的生物質(zhì)粒徑在10~2000μm內(nèi),并且隨著給料量的增大,磨制效果下降,生物質(zhì)粉料的粒徑逐漸增大。2.2生物質(zhì)摻燒量的影響圖3為生物質(zhì)摻燒量為24t/h時(shí),F層生物質(zhì)噴口燃燒火焰,由圖可見生物質(zhì)噴口火焰燃燒穩(wěn)定。不同生物質(zhì)摻燒量工況下的鍋爐效率測(cè)試結(jié)果如表3所示。當(dāng)煤粉爐在摻燒生物質(zhì)工況下運(yùn)行時(shí),飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高,導(dǎo)致鍋爐效率略有下降。當(dāng)生物質(zhì)摻燒量為12t/h時(shí),鍋爐效率下降0.192%;當(dāng)生物質(zhì)摻燒量24t/h時(shí),相對(duì)于工況1排煙溫度升高7.5℃,從而鍋爐效率下降達(dá)0.524%,這是由于試驗(yàn)過程中大量生物質(zhì)從最下游的F層輸入導(dǎo)致。因此實(shí)際運(yùn)行中摻燒量不宜過高,且應(yīng)從相對(duì)下層如從E層燃燒器輸入,則可在一定程度緩解飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高的問題。生物質(zhì)摻燒過程中對(duì)NOx和SO2的監(jiān)測(cè)表明:將生物質(zhì)從上層噴口送入爐內(nèi)可降低NOx排放約10%;SO2排放略有降低,降幅84mg/L;如本試驗(yàn)的一臺(tái)機(jī)組在工況2下運(yùn)行,以平均摻燒量24t/h,機(jī)組年運(yùn)行5000h計(jì)算,摻燒成型生物質(zhì)每年可替代用煤78.289kt,同時(shí)減排溫室氣體CO2達(dá)166.207kt。2.3不同工況飛灰的晶相結(jié)構(gòu)由表4所示不同工況下鍋爐飛灰的元素分布可見:摻燒生物質(zhì)后的飛灰中主要元素仍為O、Si、Al、Fe和Ca。雖然飛灰中K和Cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,但在生物質(zhì)摻燒的工況下,二者質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著生物質(zhì)摻燒量的增大而線性上升。不同量生物質(zhì)摻燒時(shí)所得飛灰的XRD(X射線衍射)分析如圖4所示:不同工況下飛灰的晶相結(jié)構(gòu)差別很小,飛灰中的主要組分均為SiO2,Al2SiO5和Al6Si2O13,而K主要以KAlSiO4和K8CaSi10O25的形態(tài)存在。進(jìn)一步通過圖5中純燒煤粉和摻燒生物質(zhì)產(chǎn)生飛灰的SEM(掃描電子顯微鏡)形貌,可見摻燒生物質(zhì)不會(huì)對(duì)飛灰的物理特征產(chǎn)生影響。為進(jìn)一步核實(shí)生物質(zhì)摻燒所得飛灰在建筑行業(yè)中的適用性,試驗(yàn)根據(jù)國標(biāo)GB/T1596-2005,將飛灰與標(biāo)準(zhǔn)水泥樣GSB14-1510制成膠砂,并與標(biāo)準(zhǔn)膠砂GSB08-1337進(jìn)行了對(duì)比,對(duì)膠砂的需水量、安定性和活性指數(shù)進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)國標(biāo)GB/T1596-2005規(guī)定測(cè)試膠砂的活性指數(shù)不低于70%時(shí),飛灰才能合格地應(yīng)用于建筑行業(yè),而表5中的測(cè)試結(jié)果表明:生物質(zhì)摻燒所得飛灰對(duì)應(yīng)的膠砂的活性指數(shù)均在75%以上,因此在本試驗(yàn)的摻燒量范圍內(nèi),摻燒生物質(zhì)不會(huì)影響煤粉爐飛灰在建筑行業(yè)的正常使用。3生物質(zhì)摻燒后的影響在國內(nèi)某300MW燃煤鍋爐機(jī)組上利用已有設(shè)備進(jìn)行成型生物質(zhì)的摻燒試驗(yàn),通過對(duì)已有磨煤機(jī)系統(tǒng)磨制生物質(zhì)粉料的可行性和安全性進(jìn)行了分析,研究了生物質(zhì)摻燒對(duì)煤粉爐燃燒特性的影響,并進(jìn)一步對(duì)摻燒生物質(zhì)產(chǎn)生的飛灰能否用于建筑行業(yè)進(jìn)行了測(cè)試分析,得到以下結(jié)論:(1)輥式磨煤機(jī)和直吹式制粉系統(tǒng)可用于成型生物質(zhì)的磨制,但對(duì)于磨煤機(jī)的生物質(zhì)給料量和一次風(fēng)量分別存在上限和下限值。當(dāng)生物質(zhì)給料量過大或一次風(fēng)量不足時(shí),易造成磨煤機(jī)電流過大以及制粉系統(tǒng)堵塞。輥式磨煤機(jī)可將成型生物質(zhì)磨制到10~2000μm的粒徑。(2)生物質(zhì)摻燒過程中,生物質(zhì)燃燒器噴口火焰穩(wěn)定;煤粉爐在摻燒生物質(zhì)的工況下運(yùn)行時(shí),飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高,鍋爐效率略有下降。本試驗(yàn)過程中當(dāng)生物質(zhì)摻燒量為12t/h和24t/h時(shí),鍋爐效率分別對(duì)應(yīng)94.481%和94.149%。(3)隨著生物質(zhì)摻燒量的增大,NOx的排放逐漸降低:試驗(yàn)過程中當(dāng)生物質(zhì)摻燒量達(dá)24t/h時(shí),NOx排放降低約10%。生物質(zhì)摻燒的SO2排放質(zhì)量濃度略有降低,但不明顯,實(shí)驗(yàn)過程中最高降幅84mg/L。當(dāng)機(jī)組在250MW負(fù)荷運(yùn)行,以平均摻燒量24t/h,