不同煤种在煤粉工业锅炉上的适应性研究

邢文朝，崔名双，郑祥玉，李小炯，苗鹏

不同煤种在煤粉工业锅炉上的适应性研究

邢文朝1，2，3，崔名双1，2, 3，郑祥玉1，2，3，李小炯1，2，3，苗鹏1，2，3

（1. 煤科院节能技术有限公司，北京 100013；2. 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；3. 煤科院节能技术有限公司 济南分公司，山东 济南 250011）

为研究不同煤种在的煤粉工业锅炉上的适应性，笔者分别选取神木煤、山东本地煤、兰炭三种燃料在济南某热源厂70 MW燃煤锅炉上开展试验研究，考察了不同煤种的燃烧性能对工业锅炉运行状况的影响，分析锅炉长时间持续运行时点火稳定性、炉膛温度、SCR入口烟温、排烟温度以NO初始排放变化趋势，结果表明，不同煤种的点火稳定性差异不大，均具有较好的点火性能。当锅炉满负荷运行时，本地煤种排烟温度比神木煤高20 ℃左右，NO初始排放比神木煤低10%，兰炭燃烧炉膛温度比神府煤高10%左右，NOx初始排放在250~350 mg·Nm-3，比神木煤低30%。

煤种；工业锅炉；炉膛温度；NO初始排放

随着我国电力和热力工业迅速发展，许多工业锅炉被迫燃用非设计煤种，这导致锅炉燃烧不稳，燃烧效率偏低，炉膛结渣等问题[1-3]。拓宽锅炉煤种适应性，一直是煤粉锅炉行业亟须改进或解决的重要课题[4-5]。目前，供暖行业20~100 MW级的燃煤锅炉占相当大比例，对这一级别燃煤锅炉开展煤种适应性研究具有重要意义[6-7]。煤种对工业锅炉的运行状况影响很大[8]，为研究不同煤种在的煤粉工业锅炉上的适应性，笔者分别选取神府煤、山东本地煤、兰炭三种燃料在济南某热源厂70 MW燃煤锅炉上开展试验研究，考察了不同煤种的燃烧性能对工业锅炉运行状况的影响，分析锅炉长时间持续运行时炉膛温度、高温省煤器出口烟温、排烟温度以NO初始排放变化趋势。

1 研究对象

1.1 工业锅炉

试验所用的锅炉额定负荷70 MW，如图1所示，燃烧用煤粉和空气进入燃烧器燃烧，燃烧器位于炉膛的前墙顶部，沿炉膛宽度左右各一套。炉膛内主要通过辐射进行热交换，烟气由上至下在出炉膛前被冷却。烟气通过炉膛底部的转弯烟室进入到高温对流受热面，从高温对流受热面由下至上流动，出来的烟气进入脱硝装置进行脱硝，脱硝后的烟气再进入低温对流受热面，换热完成的烟气经过除尘器，除尘后的烟气要经过脱硫、湿电后经烟道由烟囱排出。

图1 实验锅炉结构

1.2 实验煤种

神木煤、山东本地煤、兰炭三种煤种的煤质分析入表1所示。

表1 试验所选煤种工业分析

1.3 实验方法

锅炉正常点火后，由一次风将煤粉送入燃烧器，调整二次风和三次风配比，维持锅炉运行稳定，逐步增加供料器频率，提升锅炉负荷，测量并记录不同负荷对应的炉膛温度，初始排放。每次实验前后，清理锅炉积灰，保证每次实验初始条件相同。

2 结果与讨论

2.1 不同煤种点火后炉膛温升变化

不同煤种在开展点火实验前，给定相同的点火参数，即风量、风压、炉膛负压、点火油压一致，图1显示了不同煤种在点火后10 min内炉膛上部和中部温度升高变化情况，可以看出，三种燃料点火后炉膛上部和中部温度升高趋势相差不大，点火后，保持供料量稳定，均能维持炉膛内的燃烧稳定。

图2 不同煤种点火后炉膛上部和中部温升

2.2 不同负荷炉膛温度、SCR入口烟温和排烟温度

保持过量空气系数和二、三次风量比例相同，经过长周期的燃烧实验，考察了锅炉炉膛温度、SCR入口烟温和排烟温度随负荷的变化。如图3，随着锅炉负荷升高，炉膛温度，SCR入口烟温、排烟温度升高；神木煤与本地煤炉膛中部温度高于上部温度，兰炭燃烧时，炉膛上部温度高于中部温度，因为兰炭挥发分含量较低，在炉膛上部焦炭开始燃烧，温度较高，而煤粉挥发分含量较高，到挥发分燃尽后焦炭开始燃烧，所以炉膛中部温度较高。相同负荷下，本地煤种排烟温度高于神木煤和兰炭。保持满负荷70 MW，神木煤和兰炭燃烧SCR入口烟温为360 ℃和330 ℃，满足SCR脱硝条件，排烟温度为105 ℃和108 ℃，而本地煤粉SCR入口烟温接近400 ℃，排烟温度为122 ℃，本地煤种排烟温度比神木煤高15 ℃左右，兰炭燃烧炉膛温度比神木煤高10%左右。随着锅炉长时间运行，由于高低温面积灰，换热能力弱化，SCR入口烟温、排烟温度会升高，所以，若长期燃用本地煤，需添加受热面，以满足SCR脱硝最适温度。

图3 不同负荷炉膛温度、SCR入口烟温、排烟温度

2.3 污染初始排放的变化

过量空气系数1.2，二次风、三次风配比2∶1时，保持锅炉运行稳定，不同负荷对应的NO与SO2初始排放浓度如图4所示，NO与SO2初始排放浓度随负荷升高呈现增大趋势，负荷相同时，本地煤燃烧NO初始排放整体低于神木煤粉，满负荷70 MW时，本地煤燃烧产生的NO初始排放最高达到501 mg·m-3，比神木煤粉低13%。兰炭燃烧NO初始排放在250~350 mg·m-3之间，比神木煤粉低30%，本地煤燃烧SO2初始排放远远高于神木煤和兰炭，满负荷运行时，达到了1 000 mg·m-3以上，比神木煤高约50%，脱硫压力增大。

图4 不同煤种燃烧NOx初始排放

2.4 通过配风调节NOx初始排放

维持锅炉负荷60 MW，高温出口氧量维持4.0%左右，通过调节二、三次风配比实现分级燃烧降低NO排放。如图5，当二次风、三次风之比为4∶1时，神木煤，本地煤和兰炭燃烧NO初始排放质量浓度分别为525, 342和517 mg·m-3，随着三次风占比提高，NO初始排放浓度下降，当二次风、三次风之比为2∶1时神木煤，本地煤和兰炭燃烧NO初始排放质量浓度分别为350, 234和347 mg·m-3。分级配风，提高三次风比例，一方面降低了炉膛整体温度，减少了炉膛局部高温点，使燃烧速度和温度水平下降，热力型NO减少；另一方面，炉膛预燃室内由于富燃燃烧，生成的CO与燃料中氮分解生成的中间产物HCN等，将一部分NO还原，又抑制了燃料型NO的生成。

图5 NOx初始排放随二、三次风配比的影响

3 结 论

1）三种燃料点火后炉膛上部和中部温度升高趋势相差不大，保持供料量稳定，均能维持炉膛内的燃烧稳定。

2）当锅炉满负荷运行时，本地煤种排烟温度比神木煤高15 ℃左右，兰炭燃烧炉膛温度比神木煤高5 ℃左右。若长期燃用本地煤，需添加受热面，以满足SCR脱硝最适温度。

3）额定负荷运行时，本地煤燃烧产生的NO初始排放，比神木煤粉低13%，而兰炭燃烧产生的NO初始排比神木煤粉低32%，本地煤燃烧SO2初始排放远高于神木煤和兰炭，达到了1 000 mg·m-3以上，比神木煤高约50%，脱硫压力增大。

4）随着三次风占比提高，NO初始排放浓度下降。因此，提高三次风比例，可降低了炉膛整体温度，减少了炉膛局部高温点，减少NO排放。

[1] 孙丹萍. 无烟煤锅炉煤种适应性研究[D]. 武汉：华中科技大学, 2008.

[2] 纪任山. 煤粉工业锅炉燃用中等挥发分煤种适应性研究 [J]. 计算机与应用化学, 2014, 31 (7): 779-782.

[3] 施正伦, 胡江潮. 锅炉多煤种配煤特性的试验及发展前景[J]. 浙江电力, 1995 (5): 1-4,7.

[4] 陈红娟, 张贤凯. 角管式锅炉煤种适应性研究 [J]. 能源研究与信息, 2006, 22 (4): 237-40.

[5] 李鹏程, 张建良, 徐润生, 等. 改质煤、兰炭和木炭作为高炉喷吹用燃料的基础特征[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. 补连塔煤燃烧特性综合分析[J]. 当代化工, 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，硕士，河北省邢台市人，2018年毕业于中国科学院大学，研究方向：从事煤粉燃烧技术工作。E-mail：xingwenzhao123@163.com。

TQ038.1

A

1004-0935（2020）07-0777-03