无烟煤掺烧生物质燃烧产物排放特性
张 超1,鲁光武2
【摘 要】[摘 要] 为了研究无烟煤掺烧生物质燃烧产物的排放特性,应用卧式单脚炉燃烧试验系统对燃烧产物排放特性进行了研究,分析了炉温、混合比例等参数对污染物排放特性的影响。结果表明:全木屑燃烧速度最快,火焰最高温度位置提前;增加木屑掺烧比例,可以促进混合燃料的着火,但会使炉膛整体燃烧温度降低;当过量空气系数由1．2降至0．9且煤与木屑掺烧比例为9∶1时,炉膛整体燃烧温度上升,火焰高温区靠近燃烧器附近;混合燃料易燃性增强,降低了燃烧中的CO含量;木屑的加入使燃料燃烧特性增强,氧气耗量增大,从而会形成弱还原气氛,有助于降低燃烧中NOx的生成。 【期刊名称】热力发电 【年(卷),期】2014(000)009 【总页数】5
【关键词】[关 键 词] 无烟煤;生物质;掺烧;火焰温度;燃烧产物;排放特性
近年来,因电力需求的急剧增加,煤炭相对短缺和污染物过量排放两大问题日益突出,火力发电厂节能减排任务艰巨[1-3]。发展燃煤掺烧生物质能技术可缓解化石能源紧张状态,减少环境污染,是火电厂深化节能减排的发展方向。
生物质是一种低硫、低氮、有助于实现CO2“零排放”的可再生清洁能源[4-5]。我国生物质能约占一次能源的33%,但作为能源利用的比例并不高,用于发电的生物质能所占比例则更低[6-7]。本文在模拟大容量燃煤机组的卧式单脚炉试验台上用生物质成型颗粒替代部分燃煤,研究其燃烧产物CO2、NOx、SOx等的排放情况。
1 试验方案
在华中科技大学煤燃烧国家重点实验室的单角炉试验台架上,以一种湖南木屑(密度800 kg/m3,粒径33 mm)及耒阳白沙无烟煤为燃料,研究生物质与原煤掺烧比例(按热值计算)分别为1∶9、2∶8、3∶7的燃烧特性,以及掺烧比例对火焰温度、NOx和SOx排放浓度的影响。试验工况见表1。湖南木屑和耒阳白沙无烟煤的元素及工业分析见表2。
2 试验设备
单角炉试验系统可进行不同煤种、不同燃烧器的燃烧特性,O2/CO2循环燃烧特性,再燃特性研究以及污染物控制的研究,其系统如图1－图3所示。该系统主要由送风系统、煤粉给粉系统、燃烧器、卧式炉膛以及烟气净化处理系统组成。卧式单角炉燃烧室设计热负荷为93 k W,燃烧室横截面积为0．35 m×0．52 m,长约4 m。试验系统一、二次风源由离心鼓风机提供,冷风经电加热器加热至150℃左右,再由分配器经各风管分别送往一、二次风喷口,各风量通过调节阀和微压计测量、控制。一次风管内径约为27 mm,二次风管内径约为19 mm。煤粉由煤粉仓落下后,在直流电动机的带动下,经传送机构由一次风引射通过燃烧器送入单角炉炉膛内燃烧。通过调节传送机构转速控制给粉量,给粉量可调范围为10～25 kg/h。炉膛出口与旋风分离器相连,炉膛烟气经过旋风分离器除尘和烟气净化装置处理后由烟囱排出。
燃烧器安装在单角炉燃烧室一侧的端面上,由上、中、下3个二次风口和1个一次风口组成。燃烧器由上至下按上二次风(USA)、中二次风(MSA)、一次风(PA)、下二次风(LSA)的顺序布置。一次风喷口截面为42 mm×24 mm,所有二次风喷口横截面均为20 mm×20 mm。单角炉卧式炉膛壁面的一侧沿水平轴线上布
置有11个开孔,用以测量炉膛温度和烟气组分浓度等。1－10号开孔中心线与燃烧器出口平面间距见表3,11号开孔位于锅炉尾部出口。
烟气成分测量采用KM940便携式烟气分析仪。测试前利用标准气进行仪器校准。炉温测量在高温段采用B型热电偶,低温段采用K型热电偶,辅助使用便携式红外测温仪,2种类型热电偶参数见表4。
3 试验及其结果分析
3．1 试验过程
试验首先启动引风及送风系统,投入点火系统,通入燃油对锅炉进行预热,待炉温达到600℃左右后,逐渐投入烟煤和减小投油量,待燃烧稳定后,停止投油,投入试验燃料,燃烧稳定后进行火焰中心温度及烟气产物的测量,在炉膛底部取灰口收集底灰,在炉膛出口收集飞灰,收集完毕后改换下一个运行工况。 3．2 炉膛温度分布
不同工况下炉膛温度分布如图4所示。
由图4可见,从燃烧器到炉膛出口,沿着炉膛水平方向,炉膛中心火焰温度均呈先增加后降低的趋势,炉膛中部火焰温度达到最高值。无烟煤与木屑混合物与煤和木屑单独燃烧时稍有不同,全木屑的燃烧速度最快,到达火焰最高温度的位置和时间均有所提前。增加燃料中木屑的掺烧比例,会降低炉膛整体温度,这是由于木屑的燃烧热值远低于耒阳白沙煤。当风量减少,过量空气系数由1．2降为0．9,耒阳白沙煤与木屑掺烧比例仍为9∶1时,整体燃烧温度上升,火焰高温区靠近燃烧器附近。 3．3 燃烧产物
3．3．1 O2及CO2含量分布
无烟煤掺烧生物质燃烧产物排放特性
