一种快速评估燃煤沾污风险的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种快速评估燃煤沾污风险的设备和方法，设备包括燃烧制灰系统、煤灰灼烧系统、称重天平，其中燃烧制灰系统包括依次连接的配气装置、煤粉给料机、反应管、煤灰收集器和抽气泵；配气装置设置有调控气体流量和组分配比的气体流量计；反应管置于加热炉中，其温度通过加热炉的温度控制器调节控制；煤灰收集器中设有截留烟气中煤灰颗粒的过滤元件；该发明专利技术利用携带流条件下煤粉高温富氧剧烈燃烧模拟真实燃烧环境制取低碱/碱土金属逃逸的煤灰，再组织煤灰在坩埚中的再次加热灼烧，通过灰样质量损失和烧结特性判别煤的沾污性，实现燃煤沾污风险的高效率评估，有益于更好防控锅炉结渣沾污，促进安全、高比例燃用经济性较好的高碱煤。的高碱煤。的高碱煤。

【技术实现步骤摘要】
一种快速评估燃煤沾污风险的设备和方法


[0001]本专利技术属于煤粉锅炉燃烧
，主要涉及锅炉燃用煤种安全性的检测评估，具体涉及一种快速评估燃煤沾污风险的设备和方法。

技术介绍

[0002]高碱煤储量大，是大范围燃用的电站锅炉燃料。然而高碱煤灰中碱/碱土金属相对含量高，高温燃烧中碱/碱土金属极易气化，然后冷凝、粘附在受热面及灰颗粒上，发展形成沾污层，特别是高含量的Na极其化合物对沾污层出形成具有紧密关联；沾污层极大地危害锅炉安全性和发电经济性。防控好锅炉沾污是安全燃用高碱煤的前提。
[0003]防控沾污的先决条件是了解、预判入厂煤及入炉煤的沾污性，然后才能采取精准可靠的应对措施。而高碱煤煤灰中的碱/碱土金属随着地理坐标、煤层厚度的变化而大幅度波动，致使电站锅炉入炉煤沾污性发生突变，特别容易造成锅炉短时间发生严重沾污，安全风险陡增并容易引发安全事故。随着煤炭市场的快速变化，高碱煤与其它煤种以不同比例混掺，煤种结构快速变化等因素会导致入炉煤沾污性的变化越来越大。这必然要求对入炉煤的沾污性进行高效率、高频率的检测。然而，目前判别燃煤沾污性的手段，例如煤灰成分检测、煤灰烧结特性检测等，要么因制样、化验过程慢，效率极低，要么在高温快速制灰过程发生碱/碱土金属挥发逃逸，致使沾污性评价结果不可靠。总之，目前手段难以实现入炉煤沾污性的高效率、可靠检测，无法满足生产、研究的实际需要。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种快速评估燃煤沾污风险的设备和方法，通过模拟真实燃烧过程制得可靠煤灰，并利用碱/碱土金属高温下易挥发、降温易冷凝粘附、受热易再挥发的性质，检测煤灰易挥发碱/碱土金属含量及煤灰烧结性，进而实现对燃煤沾污风险的高效率评估。
[0005]本专利技术为解决所述问题提供一种快速评估燃煤沾污风险的设备，一种快速评估燃煤沾污风险的设备，包括燃烧制灰系统、煤灰灼烧系统以及称重天平；其中燃烧制灰系统包括依次连接的配气装置、煤粉给料机、反应管、煤灰收集器和抽气泵；配气装置设置有调控气体流量和组分配比的气体流量计；反应管置于加热炉中，加热炉中设置温度控制器来控制反应管的温度；煤灰收集器中设有用于截留烟气中煤灰颗粒的过滤元件；煤灰灼烧系统包括高温加热装置和坩埚，高温加热装置用于为坩埚加热，高温加热装置中设置坩埚温度调节器和热电偶，坩埚灼烧煤灰时的工作温度为900～1100℃。
[0006]所述称重天平的分辨率为0.1mg或者1mg；所述气体流量计为气体质量流量控制器；所述过滤元件由金属丝线编制而成，或者由金属粉末烧结而成；所述过滤元件中的孔隙直径为3～10μm；所述坩埚材质为石英玻璃或者镍铬合金。
[0007]反应管的材质为石英玻璃或者镍铬合金，反应管的外壁面进行磨砂处理或镀有发射率高于0.90的吸热涂层；反应管的内径为35～50mm，受热段长度为350～950mm。
[0008]所述电加热炉采用钨丝红外辐射管加热；所述热电偶温度感应端与反应管的外壁紧贴；所述加热炉采用内壁设置金属镜面反射保温，金属镜面外侧配置有对金属镜面进行冷却的介质流动通道；所述金属镜面的可见光反射率大于0.85；所述反应管工作温度范围为5～1000℃，加热炉的温变速率为
‑
300～300℃/min。
[0009]还包括可独立使用的附属设备，所述附属设备包括烟气氧量分析仪和表征颗粒粒径分布的振动筛分仪；所述烟气氧量分析仪的进气口与抽气泵的排气口连接；所述振动筛分仪至少配置筛孔孔径为90μm的方孔筛；用于检测粉末粒径的筛余质量分数R
90
。
[0010]本专利技术为解决所述问题提供一种快速评估燃煤沾污风险的方法，基于本专利技术所述设备，包括以下流程：
[0011]第1步：烧制煤灰样品：采用含氧气体作为输送介质，将煤粉样品匀速地输送入实验装置中进行气流携带燃烧，生成灰颗粒与烟气；灰颗粒与烟气在介质流向的下游抽气泵抽吸下流经温度为120～200℃的过滤元件，灰颗粒被截留；待预估灰颗粒量大于3g后，取出过滤元件中的灰样；将灰样在干燥环境下筛分、研磨，制备成粒径全部小于90μm的待用灰样；
[0012]第2步：灰样灼烧准备：称量记录干燥状态下的坩埚空重m1，将0.8～1.5g灰样放入坩埚，对灰样进行均匀平铺，压紧灰层，称量记录坩埚与灰样总质量m2；将坩埚放入高温加热装置，并准备好进行高温灼烧的条件；
[0013]第3步：灰样灼烧：利用煤灰灼烧系统以200～500℃/min的升温速率将坩埚的温度升至900～1100℃，稳定后保温12～30min；然后取出坩埚，在干燥条件下快速冷却至室温；
[0014]第4步：灰样质量烧失率测量：称量记录烧灼后坩埚与残灰的总质量m3；计算烧失率L＝(m2‑
m3)/(m2‑
m1)。
[0015]第5步：依据烧失率L评估该煤粉样品燃烧利用中的受热面沾污风险；L数值越大，则锅炉燃用该煤粉样发生沾污的风险程度越高。
[0016]所述煤粉样品的粒径位于45～125μm范围；所述煤粉质量输送速率为1.5～3.0g/min；所述输送介质中氧气体积含量大于35％；所述输送介质的标准状态体积流量为3.0～12.0L/min，并满足所述烟气的含氧量为5.0～7.0％；所述实验装置中的煤粉燃烧的初始温度设置为700～1000℃。
[0017]坩埚灼烧温度设置为1000℃，燃煤沾污风险由低到高分为1级、2级、3级、4级、5级、6级六个等级，按以下方式判定：
[0018]‑
当L<0.3％，沾污风险判定为1级；
[0019]‑
当0.3％≤L<0.8％，沾污风险判定为2级；
[0020]‑
当0.8％≤L<2.0％，沾污风险判定为3级；
[0021]‑
当2.0％≤L<3.5％，沾污风险判定为4级；
[0022]‑
当3.5％≤L<5.0％，沾污风险判定为5级；
[0023]‑
当L≥5.0％，沾污风险判定为6级。
[0024]在第5步完成后，进行第6步，即利用粒度筛分法检测坩埚中残灰的筛余分数R
90
；并重复第2～6步，得到多组有效的L、R
90
数值结果，各个数值越大判定锅炉燃用该煤粉样发生沾污的风险程度越高。
[0025]燃煤沾污风险由低到高分为低、中、高、极高Ⅰ、极高Ⅱ、极高Ⅲ六个等级，依据坩埚
的温度值采用对应准则判别沾污风险等级，具体准则如下：
[0026]1)若坩埚的温度为900℃时按以下方式判定：
[0027]‑
当R
90
<3％，沾污风险判定为低；
[0028]‑
当3％≤R
90
<8％，沾污风险判定为中；
[0029]‑
当8％≤R
90...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速评估燃煤沾污风险的设备，其特征在于：包括燃烧制灰系统、煤灰灼烧系统以及称重天平；其中燃烧制灰系统包括依次连接的配气装置(1)、煤粉给料机(2)、反应管(3)、煤灰收集器(5)和抽气泵(6)；配气装置(1)设置有调控气体流量和组分配比的气体流量计；反应管(3)置于加热炉(4)中，加热炉(4)中设置温度控制器(8)来控制反应管(3)的温度；煤灰收集器(5)中设有用于截留烟气中煤灰颗粒的过滤元件(7)；煤灰灼烧系统包括高温加热装置(9)和坩埚(13)，高温加热装置(9)用于为坩埚(13)加热，高温加热装置中设置坩埚温度调节器(11)和热电偶(12)，坩埚(13)灼烧煤灰时的工作温度为900～1100℃。2.根据权利要求1所述的快速评估燃煤沾污风险的设备，其特征在于：所述称重天平的分辨率为0.1mg或者1mg；所述气体流量计为气体质量流量控制器；所述过滤元件(7)由金属丝线编制而成，或者由金属粉末烧结而成；所述过滤元件(7)中的孔隙直径为3～10μm；所述坩埚(13)材质为石英玻璃或者镍铬合金。3.根据权利要求1所述的快速评估燃煤沾污风险的设备，其特征在于：反应管(3)的材质为石英玻璃或者镍铬合金，反应管(3)的外壁面进行磨砂处理或镀有发射率高于0.90的吸热涂层；反应管(3)的内径为35～50mm，受热段长度为350～950mm。4.根据权利要求3所述的快速表征煤灰沾污特性的装置，其特征在于：所述电加热炉(5)采用钨丝红外辐射管加热；所述热电偶(12)温度感应端与反应管(4)的外壁紧贴；所述加热炉(4)采用金属镜面作为内壁，加热炉(4)配置有对金属镜面进行冷却的介质流动通道；所述金属镜面的可见光反射率大于0.85；所述反应管(3)工作温度范围为5～1000℃，加热炉(4)的温变速率为
‑
300～300℃/min。5.根据权利要求1～4任一项所述的快速评估燃煤沾污风险的设备，其特征在于：还包括可独立使用的附属设备，所述附属设备包括烟气氧量分析仪和表征颗粒粒径分布的振动筛分仪；所述烟气氧量分析仪的进气口与抽气泵(6)的排气口连接；所述振动筛分仪至少配置筛孔孔径为90μm的方孔筛。6.一种快速评估燃煤沾污风险的方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
5任一项所述设备，包括以下流程：第1步：烧制煤灰样品：采用含氧气体作为输送介质，将煤粉样品匀速地输送入实验装置中进行气流携带燃烧，生成灰颗粒与烟气；灰颗粒与烟气在介质流向的下游抽气泵(6)抽吸下流经温度为120～200℃的过滤元件(7)，灰颗粒被截留；待预估灰颗粒量大于3g后，取出过滤元件(7)中的灰样；将灰样在干燥环境下筛分、研磨，制备成粒径全部小于90μm的待用灰样；第2步：灰样灼烧准备：称量记录干燥状态下的坩埚(13)空重m1，将0.8～1.5g灰样放入坩埚(13)，对灰样进行均匀平铺，压紧灰层，称量记录坩埚(13)与灰样总质量m2；将坩埚(13)放入高温加热装置(9)，并准备好进行高温灼烧的条件；第3步：灰样灼烧：利用煤灰灼烧系统以200～500℃/min的升温速率将坩埚(13)的温度升至900～1100℃，稳定后保温12～30min；然后取出坩埚(13)，在干燥条件下快速冷却至室温；第4步：灰样质量烧失率测量：称量记录烧灼后坩埚(13)与残灰的总质量m3；计算烧失率L＝(m2‑
m3)/(m2‑
m1)；第5步：依据烧失率L评估该煤粉样品燃烧利用中的受热面沾污风险；L数值越大，则锅
炉燃用该煤粉样发生沾污的风险程度越高。7.根据权利要求6所述的快速评估燃煤沾污风险的方法，其特征在于：所述煤粉样品的粒径位于45～125μm范围；所述煤粉质量输送速率为1.5～3.0g/min；所述输送介质中氧气体积含量大于35％；所述输送介质的标准状态体积流量为3.0～12.0L/min，并满足所述烟气的含氧量为5.0～7.0％；所述实验装置中的煤粉燃烧的初始温度设置为700～1000℃。8.根据权利要求6或7所述的快速评估燃煤沾污风险的方法，其特征在于：坩埚(13)灼烧温度设置为1000℃，燃煤沾污风险由低到高分为1级、2级、3级、4级、5级、6级六个等级，按以下方式判定：
‑
当L<0.3％，沾污风险判定为1级；
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当0.3％≤L<0.8％，沾污风险判定为2级；
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当0.8％≤L<2.0％，沾污风险判定为3级；
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当2.0％≤L<3.5％，沾污风险判定为4级；
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当3.5％≤L<5.0％，沾污风险判定为5级；
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当L≥5.0％，沾污风险判定为6级。9.根据权利要求6或7所述的快速评估燃煤沾污风险的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洋洲，张喜来，孙军，贾子秀，姚伟，王桂芳，刘家利，张森，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：