CN104807030B - 一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，包括以下步骤：1)测量兰炭与原煤的灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke，根据灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke确定最高的燃用兰炭掺配比例；2)根据最高的燃用兰炭掺配比例，将兰炭与原煤掺混均匀后一并送入磨煤机，使二者充分混合，得到混合均匀的兰炭粉与煤粉；3)将混合均匀的兰炭粉与煤粉随一次风送入燃煤锅炉的炉膛燃烧。本发明工艺流程简单，便于操作，绝大部分现有火电机组均可在煤场通过掺配实现。
Description
技术领域：
本发明属于煤的洁净燃烧及污染物排放控制技术，具体涉及一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法。
背景技术：
煤炭在当前以及今后相当长时期内都将在我国能源结构中占据主导地位，燃煤发电过程中伴随着大量NOx、SO2、粉尘等污染物生成，其中空气动力学直径小于或等于1μm、2.5μm和10μm的颗粒物分别被称为PM1.0、PM2.5和PM10。这些微细颗粒物不仅容易富集有毒重金属而且影响城市空气质量和人体健康，国际卫生组织已经将PM2.5列为“一类致癌物质”，近年来我国持续出现的大范围雾霾天气更是引起了全国人民的广泛关注。
微细颗粒物的形成主要包括4种机理：内在矿物质的熔融-凝并机理、燃烧过程中焦炭颗粒的破碎机理、外在矿物质的破碎机理以及煤中易挥发物质的蒸发-凝结机理。煤粉燃烧过程中通过这几种方式形成了大量微细颗粒物，虽然燃煤锅炉配备的除尘器能够捕集绝大部分粉尘，但是对微细颗粒物的捕集效果并不理想。
现有的控制微细颗粒物的方法通常包括加装湿式电除尘器以及向炉内喷入添加剂。前者具有脱除效果较佳的特点，但是设备改造和运行成本均较高；后者对微细颗粒物控制有一定作用，但是可能对锅炉安全稳定运行带来一定的影响。因此，从煤炭源头上控制煤炭中微细颗粒物的生成至关重要。
兰炭是无黏结性或弱黏结性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品，具有(特)低灰、低硫、中高发热量等特点，是一种清洁环保燃料。煤粉锅炉掺烧兰炭后可以显著降低粉尘排放浓度，从而降低粉尘中微细颗粒物生成量。此外，兰炭中易挥发分物质较少，可以显著减少煤中易挥发物质的蒸发-凝结形成的微细颗粒物；兰炭中的矿物可与煤中矿物在高温下形成熔融的液相，加强微细颗粒物之间以及与粗颗粒的聚合，达到减少微细颗粒物的目的。
发明内容：
本发明的目的是提供一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，该方法配合传统的除尘器，可以有效降低燃煤微细颗粒物的排放，进而减少进入环境中的微细颗粒物含量。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，包括以下步骤：
1)测量兰炭与原煤的灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke，根据灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke确定最高的燃用兰炭掺配比例；
2)根据最高的燃用兰炭掺配比例，将兰炭与原煤掺混均匀后一并送入磨煤机，使二者充分混合，得到混合均匀的兰炭粉与煤粉；
3)将混合均匀的兰炭粉与煤粉随一次风送入燃煤锅炉的炉膛燃烧。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，按照GB/T 219-2008《煤灰熔融性的测定方法》测量兰炭与原煤的灰软化温度ST，按照DL/T 465-2007《煤的冲刷磨损指数试验方法》测量兰炭与原煤的冲刷磨损指数Ke；
以用于燃烧的煤的总重量为基准，按重量百分数，将灰软化温度ST≤1290℃的兰炭与40～50％灰软化温度ST＞1470℃的原煤，或者50～60％灰软化温度1380℃＜ST≤1470℃的原煤，或者60～70％灰软化温度1290℃＜ST≤1380℃的原煤混合，得到掺混后的预混煤；
根据测量得到的冲刷磨损指数Ke值折算兰炭与煤样掺混后的预混煤的冲刷磨损指数Ke；对于配中速磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于10.0，对于配钢球磨或双进双出钢球磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于15；
在满足以上条件的前提下，确定最高的燃用兰炭掺配比例。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，兰炭与原煤掺混后的预混煤的冲刷磨损指数Ke＝兰炭的重量百分比×兰炭的冲刷磨损指数Ke+原煤的重量百分比×原煤的冲刷磨损指数Ke。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，在燃烧过程中，由于燃用煤粉质量的减少，粉尘和微细颗粒物生成量降低，同时兰炭灰成分产生的液相加速微细颗粒物之间的聚合，并随后进入烟道被电除尘器或布袋除尘器捕集。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，燃煤锅炉是指电站煤粉锅炉，电站煤粉锅炉包括配中速磨制粉系统的锅炉以及配钢球磨或双进双出钢球磨制粉系统的锅炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明工艺流程简单，便于操作，绝大部分现有火电机组均可在煤场通过掺配实现。具体来说：首先，兰炭掺混后减少了蒸发-凝结形成的微细颗粒物含量，兰炭中矿物质形成的熔融液相在布朗运动、凝聚、气氛扩散等作用下使微细颗粒物向较大粒径迁移，从而有效降低微细颗粒物的生成量；其次，可以降低电厂燃料成本，降低燃煤机组脱硫和除尘运行费用，产生可观的经济效益；最后，可以消化大量兰炭，化解地方兰炭产能过剩难题，促进兰炭产业发展。
附图说明：
图1所示为掺烧30％wt比例兰炭前后微细颗粒物PM1、PM2.5和PM10累计体积比柱状图。
具体实施方式：
下面通过借助以下实施例将更加详细说明本发明，且以下实施例仅是说明性的，本发明并不受该实施例的限制。
本发明一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，包括以下步骤：
1)测量兰炭与原煤的灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke，根据灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke确定最高的燃用兰炭掺配比例；其中，兰炭是指高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质粉末；
该步骤中，按照GB/T 219-2008《煤灰熔融性的测定方法》测量兰炭与原煤的灰软化温度ST，按照DL/T 465-2007《煤的冲刷磨损指数试验方法》测量兰炭与原煤的冲刷磨损指数Ke；
以用于燃烧的煤的总重量为基准，按重量百分数，将灰软化温度ST≤1290℃的兰炭与40～50％灰软化温度ST＞1470℃的原煤，或者50～60％灰软化温度1380℃＜ST≤1470℃的原煤，或者60～70％灰软化温度1290℃＜ST≤1380℃的原煤混合，得到掺混后的预混煤；
根据测量得到的冲刷磨损指数Ke值折算兰炭与煤样掺混后的预混煤的冲刷磨损指数Ke；对于配中速磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于10.0，对于配钢球磨或双进双出钢球磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于15；
在满足以上条件的前提下，确定最高的燃用兰炭掺配比例。
其中，冲刷磨损指数Ke对预混煤的磨损性能的划分结果如下：
| 磨损类别 | 冲刷磨损指数Ke |
| I(轻微) | Ke＜1.0 |
| II(不强) | 1.0≤Ke＜1.9 |
| III(较强) | 1.9≤Ke＜3.5 |
| IV(很强) | 3.5≤Ke＜5.0 |
| V(一级极强) | 5.0≤Ke＜7.0 |
| VI(二级极强) | 7.0≤Ke＜10.0 |
| VII(三级极强) | Ke≥10.0 |
2)根据最高的燃用兰炭掺配比例，将兰炭与原煤掺混均匀后一并送入磨煤机，使二者充分混合，得到混合均匀的兰炭粉与煤粉；
3)将混合均匀的兰炭粉与煤粉随一次风送入燃煤锅炉的炉膛燃烧。在燃烧过程中，由于燃用煤粉质量的减少，粉尘和微细颗粒物生成量降低，同时兰炭灰成分产生的液相加速微细颗粒物之间的聚合，并随后进入烟道被电除尘器或布袋除尘器捕集。其中，燃煤锅炉是指电站煤粉锅炉或流化床锅炉。
实施例：
本实施例在一台配中速磨煤机的135MW烟煤锅炉机组上进行，具体的实施步骤如下：
1)根据GB/T 219-2008《煤灰熔融性的测定方法》和DL/T 465-2007《煤的冲刷磨损指数试验方法》分别测定兰炭与两种原煤(原煤1和原煤2)的灰软化温度ST(分别为1160℃、1300℃和1310℃)以及冲刷磨损指数Ke(分别为27.7、1.1和1.0)，确定兰炭掺配比例为30％；
2)分别将30wt％比例兰炭与原煤1以及30wt％比例兰炭与原煤2在煤场掺混均匀；
3)在四个燃烧阶段内分别将原煤1、30wt％比例兰炭与原煤1、原煤2以及30wt％比例兰炭与原煤2送入中速磨煤机，将磨制合格的燃料粉随一次风送入炉膛；
4)在烟囱入口前的水平烟道内采集四个燃烧阶段的烟气进行颗粒物粒径分析，颗粒物粒径分析利用激光粒度分析仪进行。
图1所示为掺烧30％wt比例兰炭前后微细颗粒物PM1、PM2.5和PM10累计体积比柱状图。可以看出，与原煤1相比，掺配30％wt比例兰炭可以使PM1、PM2.5和PM10分别降低41％、35％和31％，显著降低了微细颗粒物的生成量；与原煤2相比，掺配30％wt比例兰炭可以使PM1、PM2.5和PM10分别降低18％、20％和14％，微细颗粒物同样降低明显。说明可以通过掺烧兰炭降低燃煤锅炉微细颗粒物排放量的目的。
Claims (7)
1.一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)测量兰炭与原煤的灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke，根据灰软化温度ST和冲刷磨损指数Ke确定最高的燃用兰炭掺配比例；
2)根据最高的燃用兰炭掺配比例，将兰炭与原煤掺混均匀后一并送入磨煤机，使二者充分混合，得到混合均匀的兰炭粉与煤粉；
3)将混合均匀的兰炭粉与煤粉随一次风送入燃煤锅炉的炉膛燃烧。
2.根据要求1所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，步骤1)中，按照GB/T 219-2008《煤灰熔融性的测定方法》测量兰炭与原煤的灰软化温度ST，按照DL/T465-2007《煤的冲刷磨损指数试验方法》测量兰炭与原煤的冲刷磨损指数Ke；
以用于燃烧的煤的总重量为基准，按重量百分数，将灰软化温度ST≤1290℃的兰炭与40～50％灰软化温度ST＞1470℃的原煤，或者50～60％灰软化温度1380℃＜ST≤1470℃的原煤，或者60～70％灰软化温度1290℃＜ST≤1380℃的原煤混合，得到掺混后的预混煤；
根据测量得到的冲刷磨损指数Ke值折算兰炭与煤样掺混后的预混煤的冲刷磨损指数Ke；对于配中速磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于10.0，对于配钢球磨制粉系统的锅炉，预混煤的冲刷磨损指数Ke控制在小于15；
在满足以上条件的前提下，确定最高的燃用兰炭掺配比例。
3.根据要求2所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，所述钢球磨采用双进双出钢球磨。
4.根据要求2所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，步骤1)中，兰炭与原煤掺混后的预混煤的冲刷磨损指数Ke＝兰炭的重量百分比×兰炭的冲刷磨损指数Ke+原煤的重量百分比×原煤的冲刷磨损指数Ke。
5.根据要求1所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，步骤3)中，在燃烧过程中，由于燃用煤粉质量的减少，粉尘和微细颗粒物生成量降低，同时兰炭灰成分产生的液相加速微细颗粒物之间的聚合，并随后进入烟道被电除尘器或布袋除尘器捕集。
6.根据要求1或5所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，步骤3)中，燃煤锅炉是指电站煤粉锅炉，电站煤粉锅炉包括配中速磨制粉系统的锅炉以及配钢球磨制粉系统的锅炉。
7.根据要求6所述的一种降低燃煤锅炉微细颗粒物的方法，其特征在于，所述钢球磨采用双进双出钢球磨。
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