300mw燃煤锅炉机组掺烧生物质粉料燃烧特性试验研究.docxVIP

300mw燃煤锅炉机组掺烧生物质粉料燃烧特性试验研究 0 发展生物质电厂 生物化工中钾和氯的质量比很高。直接燃烧会产生严重的残渣和腐蚀。通过添加生物化工和碳粉来消除这一问题。国际上提出在大容量煤粉炉内掺烧生物质, 从而实现大规模利用生物质发电以减排CO2的方案。在现有的大容量燃煤机组上掺烧生物质比新建一座纯烧生物质电厂的投入要低得多, 同时燃用价格相对低廉的生物质燃料还能降低电厂的燃料费用, 从而提高电厂的经济效益;大规模掺烧生物质还能促进电厂周围农村经济的发展[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。我国国内目前仅有一个电厂引进了丹麦的一套生物质掺烧系统, 但该系统造价昂贵, 初投资8 000多万元;并且长期以来附近农民不断提高生物质燃料的价格, 导致发电成本过高。 文中提出了一套新的生物质利用模式, 首次在国内某300 MW燃煤锅炉上利用已有磨煤机系统对成型生物质进行粉碎并送入炉内燃烧。试验对已有磨煤机系统磨制生物质粉料的可行性和安全性进行了分析, 研究了生物质掺烧对煤粉炉燃烧特性的影响, 并进一步对掺烧生物质产生的飞灰能否用于建筑行业进行了测试分析。 1 生物质的燃烧系统试验 试验锅炉为东方锅炉厂设计制造的DG1025/18.3-Ⅱ9型锅炉, 采用同心反切的四角切圆燃烧方式。燃烧器为A—F 6层直流摆动式煤粉燃烧器, 一台磨煤机带1层一次风喷口, 上层燃烧器顶部增设了1层燃尽风喷嘴。制粉系统采用6套ZGM-95G型中速磨煤机、直吹式冷一次风系统。 试验用主燃料为甘肃华亭烟煤, 掺烧燃料为成型生物质。该型生物质燃料为秸秆经破碎后用压型机械压制而成, 表1为燃料的工业分析和元素分析, 生物质成型燃料的灰分偏高, 是由加工过程中粘合剂的添加导致。 本试验锅炉的最顶层F层燃烧系统长期空置, 因此利用F层制粉系统进行生物质的磨制和燃烧。该方案可以充分保证F层生物质燃烧系统对A—E层煤粉燃烧系统不产生任何影响。 试验过程中控制生物质的给料为当前总燃料质量的10%~30%, 试验均在250 MW的稳定负荷下进行。煤粉通过A—D层制粉系统送入炉膛, 生物质燃料通过F层制粉系统送入。F层磨煤机入口温度不超过90℃, 出口温度低于50℃。表2为所测试试验工况, 其中工况3为给料量24 t/h时, 减小F层一次送风量时的工况。 工况稳定后, 对F磨煤机出口的生物质粉料进行取样, 并进行粒径分布测试;在炉膛出口对NOx和SO2的质量浓度进行测量;在水平烟道和灰斗处取灰样, 分别进行成分测试和飞灰的水泥特性测试。 2 试验结果及分析 2.1 生物质给料量过大时磨煤机电流过高 从磨煤机出口生物质粉料的形貌来看, 利用原有的磨煤机系统能够进行生物质型料的磨制。图1为生物质投料量及F层一次风量对磨煤机电流的影响:当F层磨煤机的生物质给料量为12 t/h和24 t/h, 一次风量正常 (20 m3/h) 时, F磨煤机电流为33 A和37 A, 未超过警戒电流40 A。 当生物质给料量继续增大至30 t/h时, 磨煤机电流很快升高超过警戒电流40 A, 并且磨煤机开始出现堵塞现象, 一次风量最高只能达到18.70 m3/s, 导致该工况下的测试工作未能正常进行;当生物质给料量维持在24 t/h时, 减小F层的一次风量至15.99 m3/s, 磨煤机运行也缓慢持续升高达到45 A。 图2为不同生物质给料量对磨煤机磨制的生物质粉料粒径分布的影响:磨制后的生物质粒径在10~2 000μm内, 并且随着给料量的增大, 磨制效果下降, 生物质粉料的粒径逐渐增大。 2.2 生物质掺烧量的影响 图3为生物质掺烧量为24 t/h时, F层生物质喷口燃烧火焰, 由图可见生物质喷口火焰燃烧稳定。 不同生物质掺烧量工况下的锅炉效率测试结果如表3所示。当煤粉炉在掺烧生物质工况下运行时, 飞灰含碳质量分数略有升高, 导致锅炉效率略有下降。当生物质掺烧量为12 t/h时, 锅炉效率下降0.192%;当生物质掺烧量24 t/h时, 相对于工况1排烟温度升高7.5℃, 从而锅炉效率下降达0.524%, 这是由于试验过程中大量生物质从最下游的F层输入导致。因此实际运行中掺烧量不宜过高, 且应从相对下层如从E层燃烧器输入, 则可在一定程度缓解飞灰含碳质量分数升高的问题。 生物质掺烧过程中对NOx和SO2的监测表明:将生物质从上层喷口送入炉内可降低NOx排放约10%;SO2排放略有降低, 降幅84 mg/L;如本试验的一台机组在工况2下运行, 以平均掺烧量24t/h, 机组年运行5000h计算, 掺烧成型生物质每年可替代用煤78.289 kt, 同时减排温室气体CO2达166.207 kt。 2.3 不同工况飞灰的晶相结构 由表4所示不同工况下锅炉飞灰的元素分布可见:掺烧生物质后的