造纸黑液水煤浆燃烧技术研究

造纸黑液水煤浆燃烧技术研究

摘要：本文分析了黑液成分，确定了燃烧试验方法，阐述了黑液燃烧燃烧特性，找出了影响黑液正常燃烧的原因，指出了黑液燃烧存在的技术难题，给出了解决办法和建议。

关键词：造纸黑液；水煤浆；燃烧技术

黑液水煤浆是把造纸黑液添加到煤中不再添加任何药剂经多道工序加工而成的煤基流体，既能利用黑液中的分散剂成分，又能充分利用黑液中的有效热值，既解决了黑液污染问题，又节约了药剂降低制浆成本，是一种极好的环保燃料。黑液水煤浆的最大的特点就是碱含量高，工业应用时极易造成燃烧设备的沾污结渣，进而引起磨损和腐蚀，并严重影响热效率。基于此，很有必要对黑液水煤浆的燃烧、沾污结渣及污染物排放等进行研究。

一、黑液水煤浆成分分析

1、元素分析及工业分析

表1 黑液水煤浆的工业分析及元素分析

工 业 分 析 % 元 素 分 析 % 项目样品

M t

A ar V ar FC ar 发热量

C ar

H ar N ar S t, ar O ar 水煤浆 34.14 4.69 22.56 38.61 19083.93 52.18 3.41 0.98 0.94 3.66 黑液浆

44.92

6.48

19.91

28.68

14940.49 41.00

2.54

0.86

0.62

3.58

2、灰熔融特性温度

表2 黑液水煤浆的熔融特征温度 /℃

灰 样 DT ST HT FT 黑液水煤

1095

1121

1208

1210

3、灰成分

表3 样品的灰成份分析 /%

样品

SiO 2

Al 2O 3

Fe 2O 3 CaO MgO Na 2O K 2O TiO 2 黑液浆灰 34.15 28.73

5.22

2.68

0.81

21.59

5.51

1.28

从以上表看出，黑液水煤浆的最大一个特点是Na 2O 、K 2O 含量很高，分别是原煤的36.6倍和7倍，而Al 2O 3含量比原煤低约10%，由此导致黑液水煤浆灰熔点远比原煤低。据研究，煤中若含有较多的碱性矿物质，则极易发生结渣问题。

二、燃烧研究

1、研究目的

了解和掌握高钠燃料――黑液水煤浆在工业炉中的燃烧和沾污结渣特性，同时研究其灰沉积行为和污染物排放特性，为进一步设计大容量黑夜水煤浆锅炉提供依据，并提供有效的防沾污结渣措施，为安全经济运行提供参数。

2、锅炉概况

新汶矿业集团中心医院的这台锅炉原为SZL2.8—0.7/95/70－A Ⅱ型燃煤热水链条锅炉，后改造为燃烧水煤浆，该锅炉又改为燃烧黑液水煤浆。

图1 锅炉测点分布图

3、试验内容

主要包括热平衡试验；炉内轴向和径向温度分布的测量；不同部位硅碳棒灰沉积试验；空间和壁面颗粒取样以及尾部飞灰取样；灰污热流计上沾污结渣特性分析以及灰污热流密度的动态监测等。

4、试验分析及方法：

⑴．用红外高温计测量火焰沿锅炉轴向的温度分布；

⑵．用双铂铑热电偶测温装置测量炉膛各截面的温度分布；

、CO等污染物排放特性；

⑶．用烟气分析仪来研究NOx、SO

2

⑷．通过颗粒取样装置从炉内不同部位抽取颗粒物，通过灰成分、熔点的比较，从而获知灰粒中矿物质在炉内的迁移情况；

⑸．用飞灰取样器从烟道收集飞灰颗，通过含碳量分析可得知炉内燃烬情况，此外还可分析飞灰成分、熔点及主要矿物物相组成；

⑹．通过硅碳棒在锅炉不同部位的试验，获知灰渣表观物理特性以及灰沉积速率等；

⑺．采用灰成分仪分析从硅碳棒、灰污热流计、颗粒取样器、飞灰及炉膛不同部位灰渣的化学成分，获取矿物质在炉内的迁移过程；

⑻．采用灰熔点仪分析各处灰渣的熔融特征温度（DT、ST、HT和FT）；

⑼．用XRD分析炉膛不同部位近壁处灰渣的物相差异；

⑽．通过扫描电镜分析炉膛不同部位近壁处灰渣的微观结构；

⑾．采用电子探针分析不同部位灰渣的元素组成及含量分布，以从微观上研究其

对结渣过程的影响；

5、试验仪器及设备

1. 数据采集仪；

2.笔记本电脑；

3.灰污热流计（水冷3根，空冷3根）；

4.红外高温计

5.光学高温计；

6.铂铑鉑热电偶测温装置（包括铂铑鉑热电偶、瓷套管、水冷枪、万用表等）；

7.烟气分析仪；

8.氧量计；

9.转子流量计；10.颗粒取样器；11.飞灰取样器；12.硅碳棒若干；13.电子微压计；14.毕托管。

三、测试数据及结果分析

①热平衡试验

由锅炉正平衡和反平衡得到的热效率绝对差值为0.89％＜5％，故此次热效率计算结果是可靠的。燃烧黑液水煤浆的锅炉燃烧效率达97.31％，超过了一般燃煤方式的燃烧效率，说明黑液水煤浆作为锅炉燃料具有一定优势。如果对锅炉采取适当的措施降低锅炉的排烟温度，黑液水煤浆锅炉效率可达到较高的水平，满足工业需要，达到环保节能的目的。

②红外高温计测温结果

为了掌握炉内温度的分布情况，采用红外高温计在锅炉不同部位测温同时记录黑液浆的浆流量、浆压和风压。总体上来看，沿着炉膛轴向方向，炉内温度呈下降趋势。在稳燃室内有很高的温度，最高温度可达1365℃，保证了水煤浆稳定着火和燃烧，稳燃室出口后，受水冷壁的冷却，烟气温度降至800℃多到900℃以上，保证了水煤浆的燃尽。

③双铂铑测温结果

炉内各截面的径向温度的分布要比炉内轴向温度分布更为重要，因此，选择在锅炉不同部位由炉壁向空间每隔100mm测一点温度，总体上，炉膛径向的温度分布均匀一致。

表4 ＃1、＃2、＃4、＃6测孔处温度分布

位置/cm1号孔2号孔4号孔6号孔

0 1196 1003 1062 906

10 1212 1045 1088 959

20 1237 1079 1079 968

30 1229 1130 1088 968

40 1229 1163 1088 959

50 1237 1138 1096 968

60 1212 906 1105 959

70 1229 942 1105 950

④硅碳棒试验