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水煤浆与煤粉燃烧脱硫比较

时间:2016-1-9 16:09:00   来源:中国脱硫设备网   添加人:admin

  燃烧科学与技术水煤浆与煤粉燃烧脱硫比较范浩杰章明川胡国新2,姚强3,曹欣玉3,岑可法3(1.上海交通大学能源系,上海2002402.上海交通大学动力系,上海20003Q 3.浙江大学能源系,杭州310027)因素(温度、Ca/S比)以及烟尘排放等方面,研究了水煤浆燃烧脱硫与煤粉燃烧脱硫的异同试验结果表明水煤浆燃烧脱硫优于煤粉,是值得推广的脱硫技术随着环境问题的日益严重,能源工业中的二氧化硫排放控制技术得到了广泛重视和发展国内外对煤粉燃烧脱硫进行了大量研究,但对于新型代油燃料一一水煤浆脱硫研究很少p,'这很大程度上是由于水煤浆技术应用历史至今才20多年水煤浆具有许多优点,如:良好的流动性,易于储存和输送以及低污染等等,使之成为一种前景广阔的代油新燃料本文进行水煤浆燃烧脱硫和煤粉脱硫的对比试验,目的在于揭示水煤浆燃烧脱硫规律,为环保服务1试验设备及方法1.1管式脱硫试验炉试验装置如所示,由空气预处理单元输运单元、温度程控单元、燃烧炉、电解池搅拌器和库仑积分器以及计算机采集系统组成装置的燃烧部分采用管1i范0ua969ca)I男i工学博士,讲师lectronic燃烧科学与技术表1煤浆和煤粉的成分(应用基)煤粉水煤浆表2石灰石成分(1.20.25MW煤粉煤浆燃烧试验台25MW煤粉冰煤浆燃烧试验台架上进行,该试验系统包括油系统煤粉/煤浆系统、冷却水系统、测量系统和炉体,具体结构见煤粉脱硫中,煤粉随一次风进入炉膛,脱硫剂由炉顶喷入;煤浆脱硫中,脱硫剂采用一定工艺预先混入煤浆中。用于烟气测量的仪器主要有:脉冲萤光式SO2分析仪(美国),MSI2000多组分烟气分析仪(德国)等在研究颗粒污染排放方面,用电镜(SEM)观察飞灰形态,用FAM激光颗粒测量仪测量飞灰的粒度2试验结果及分析21硫析出规律的比较在管式试验炉上,进行硫析出过程的研究的试验结果如(T=1200C)所示煤浆与煤粉两者的相同点是:硫析出曲线相似,析出过程可分为有机硫析出(oa,oA)和无机硫析出(ab,AB)两阶段,有机硫析出速率高于无机硫;不同的是,水煤浆硫析出有滞后现象,析出速率也低于煤粉,这是因为水煤浆中有水分存在,在燃烧初期有一蒸发过程煤粉和煤浆燃烧实际是悬浮燃烧,在高温烟气的卷吸下,存在强烈的对流和辐射换热,在极短的时间内燃烧,不同于管式炉,是在煤粉/煤浆燃烧试验台上进行的硫最终析出率与温度的关系。很明显,煤浆硫析出率不如煤粉高,煤浆在高温(1400C左右)时,仍有相当一部分硫未释放(约20%),而煤粉硫未析出率只有8%左右究其原因,一方面是因为煤浆在制备中为了保持良好的稳定性和流动性,加入了不少碱性添加剂在燃烧过程中起到固硫的作用,即所谓的自身固硫|71;另一方面,煤浆结团燃烧方式也有助于自身固硫与相比,可发现悬浮燃烧方式自身固硫要好于管式炉,这是因为在管式炉情况下,经历的时间较长,固硫产物分解的缘故,导致自身固硫效果降低22温度对脱硫的影响在较低温度,可以使脱硫剂获得较高的比表面积;过高温度(>1000°c)会导致烧结现象,即CaO再结晶,比表面积急剧降低。一般认为较理想的孔径为0. 2Mm~0.3m,在900°C左右,易达到良好的孔隙结构。另外温度过高将导致CaS4分解。另一方面,温度升高对脱硫有利的是:随温度升高,化学反应速率增大,这使脱硫反应能在较短的时间内完成,这点对悬浮燃烧的煤粉和煤浆(停留时间很短)尤为重要考虑到温度的双重作用,必然有一个较佳温度,但这一较佳温度必然与炉内停留时间相关联是温度对煤粉和水煤浆脱硫的影响,对于水煤浆而言,当Ca/S=1.5时,温度在1200°C时,具有较佳的脱硫率(4胳);在Ca/S=3时,温度1172°C时具有较高的脱硫率(54%),总的来说,水煤浆和煤粉脱硫较合适的温度均为1200°C左右,两者差别不大,但煤浆脱硫要明显高于煤粉。

  23Ca/S比对脱硫的影响显示了不同Ca/S比下脱硫效果的变化,从图可看出,随Ca/S比增加,提高了SO2与CaO接触的机会和频率,脱硫率升高是显著的,但对于高Ca/S比以后,再增加CaC3量,脱硫效果增加不明显,而钙利用率下降,经济性变差;另一方面,Ca/S比提高,也会增加炉内对流受热面的磨损和除尘!厉荷。浆与:24脱硫型水煤浆的烟尘排放特性水煤浆和煤粉燃烧相似,其烟尘主要来源于燃料煤所包含的灰分和由于燃烧不完全所遗留的残炭为此,燃烧生成烟尘量取决于制浆用煤的含灰量和燃烧完全程度在水煤浆加工过程中,由于可以部分脱灰,一般使水煤浆的灰分在5%~7%左右,比商品煤低20~30%水煤浆烟尘总量比煤粉大大减少。那么煤浆飞灰的粒度与煤粉飞灰又有何不同呢,采用激光FAM颗粒仪,对试验中收集的煤粉与水煤浆飞灰进行测量,结果如下:未脱硫前,煤浆飞灰平均粒径为38.94m,煤粉飞灰34.80Mm;脱硫后,煤浆飞灰平均粒径为44. 76Mm,而煤粉为25.09m究其原因,这是因为水煤浆燃烧前必须通过喷嘴雾化成细颗粒团,雾化程度的好坏决定了煤浆颗粒团的大小,而影响雾化程度好坏的因素有:喷嘴特性、气耗率水煤浆特性和添加剂等但不管雾化多好,一个水煤浆颗粒团不可能只包含一个煤粉颗粒,因此,即使制浆的煤颗粒比一般磨制的煤粉颗粒细,而其雾化颗粒的平均粒径往往仍大于煤粉,导致飞灰粒径比煤粉大而脱硫后,水煤浆飞灰粒径增大,是由于煤浆是颗粒团燃烧方式,每个颗粒团内包含有多个煤粉和CaC3颗粒,这种存在方式,使氧化钙能与煤中的矿物质聚合,形成较大的颗粒,氧化钙起粘结剂的作甩煤粉是非结团燃烧,飞灰结团的可能性较少,而脱硫剂颗粒要细于煤粉,所以煤粉脱硫后,飞灰平均粒径减小。从飞灰微观照片(~0)观察也可看出:水煤浆飞灰颗粒要普遍大于煤粉飞灰,水煤浆飞灰中有结团现象,在水煤浆脱硫后,这种现象更为明显,这是飞灰颗粒增大的原因脱硫前水煤浆飞灰形态(1000倍)0脱硫后水煤粉飞灰形态(1000倍)3结论煤粉与水煤浆的硫析出过程可分为有机硫析出和无机硫析出两阶段,其中有机硫析出速度高于无机硫煤浆硫析出速度与煤粉相比有一滞后过程对于煤粉和水煤浆的脱硫来说,温度和Ca/S比是影响脱硫的最主要因素。Ca/S比越大,脱硫率越高,但随Ca/S增加,脱硫率提高幅度减缓,较经济的Ca/S比为2左右。燃烧脱硫的较佳温度都在1200°C左右。水煤浆脱硫与煤粉燃烧脱硫相比,脱硫率明显高于后者,最高可比煤粉脱硫高10个百分点以上就脱硫成本而言,由于脱硫剂可直接混入煤浆,投资及运行费用较小。再加上水煤浆本身燃烧具有低NQx特性,因此水煤浆在低污染燃烧方面有广阔的应用前景。

  由飞灰粒度分析可知:脱硫后,煤浆飞灰粒度增加,而煤粉飞灰粒度降低,煤浆飞灰的粒度要明显大于煤粉因此与煤粉脱硫相比,水煤浆燃烧脱硫更有利于烟尘控制。