煤粉壁面摩擦特性研究论文

燃料特性的影响。循环流化床锅炉煤种适应性广，但对于已经设计成型的循环流化床锅炉，只能燃烧特定的煤种（即设计煤种）时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水分、灰份的影响，循环流化床锅炉的燃烧效率有很大差别。我国主要按煤的干燥无灰基挥发分含量对煤进行分类，按照挥发分含量由低到高的顺序将煤分成无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤等。挥发分含量的大小实际上反映了煤形成过程中碳化程度的高低，与煤的年龄密切相关。不同煤种本身的物理组成和化学特性决定了它们在燃烧后的飞灰具有不同的形态和特性。东南大学收集了山西大同烟煤、广西合山劣质烟煤和福建龙岩无烟煤等几种典型煤种在电站锅炉中燃烧生成的飞灰，制成样品，用扫描电镜进行了微结构分析。收到基灰发分含量为10%的广西合山劣质烟煤所生成的飞灰大部分是较密实的灰块，表面不光滑，没有熔融的玻璃体形态存在，大部分粒子的孔隙率都较小，仅有少数球状空心煤胞出现，但孔隙率也不大，壁面较厚，表面粗糙。该飞灰形态表明，该煤种燃尽率不高，取样分析其飞灰含碳量为10%左右。福建龙岩无烟煤挥发分含量较低，只有4%左右，属典型难燃煤种，表现为着火延迟、燃尽困难。虽然发热值高，燃烧时火焰温度可达1500℃以上，但燃尽率低，生成的球状煤胞中绝大多数为无孔或少孔，虽然也出现多孔薄壁球状煤胞，但数量极少。无孔或少孔的球状煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃体形态存在，对燃尽是极为不利的。从煤粉锅炉种采取飞灰样，分析其含碳量在10%以上。山西大同烟煤飞灰中虽然也发现有极少部分少孔的密实球状煤胞，但绝大部分为多孔的疏松空心煤胞和骨质状疏松结构煤胞，这两种煤胞的孔隙率很大，这样就形成了很大的反映表面积，对煤粉的燃尽十分有利，因而这种烟煤的飞灰含碳量很低。

飞灰含碳量的影响因素及应采取的措施 影响循环流化床锅炉飞灰含碳量的主要因素如下： 1、 燃料特性的影响。循环流化床锅炉煤种适应性广，但对于已经设计成型的循环流化床锅炉，只能燃烧特定的煤种（即设计煤种）时才能达到较高的燃烧效率。由于煤的结构特性、挥发份含量、发热量、水分、灰份的影响，循环流化床锅炉的燃烧效率有很大差别。我国主要按煤的干燥无灰基挥发分含量对煤进行分类，按照挥发分含量由低到高的顺序将煤分成无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤等。挥发分含量的大小实际上反映了煤形成过程中碳化程度的高低，与煤的年龄密切相关。不同煤种本身的物理组成和化学特性决定了它们在燃烧后的飞灰具有不同的形态和特性。东南大学收集了山西大同烟煤、广西合山劣质烟煤和福建龙岩无烟煤等几种典型煤种在电站锅炉中燃烧生成的飞灰，制成样品，用扫描电镜进行了微结构分析。收到基灰发分含量为10%的广西合山劣质烟煤所生成的飞灰大部分是较密实的灰块，表面不光滑，没有熔融的玻璃体形态存在，大部分粒子的孔隙率都较小，仅有少数球状空心煤胞出现，但孔隙率也不大，壁面较厚，表面粗糙。该飞灰形态表明，该煤种燃尽率不高，取样分析其飞灰含碳量为10%左右。福建龙岩无烟煤挥发分含量较低，只有4%左右，属典型难燃煤种，表现为着火延迟、燃尽困难。虽然发热值高，燃烧时火焰温度可达1500℃以上，但燃尽率低，生成的球状煤胞中绝大多数为无孔或少孔，虽然也出现多孔薄壁球状煤胞，但数量极少。无孔或少孔的球状煤胞表面很光滑，有熔融的玻璃体形态存在，对燃尽是极为不利的。从煤粉锅炉种采取飞灰样，分析其含碳量在10%以上。山西大同烟煤飞灰中虽然也发现有极少部分少孔的密实球状煤胞，但绝大部分为多孔的疏松空心煤胞和骨质状疏松结构煤胞，这两种煤胞的孔隙率很大，这样就形成了很大的反映表面积，对煤粉的燃尽十分有利，因而这种烟煤的飞灰含碳量很低。 2、 入炉煤的粒径和水分的影响。颗粒过大，一方面床层流化不好，另一方面，碳粒总表面积减少，煤粒的扩散阻力大，导致反应面积小，延长了颗粒燃尽的时间，颗粒中心的碳粒无法燃尽而出现黑芯，降低了燃烧效率，同时造成循环灰量不足，稀相区燃烧不充分，出力下降。另外，大块沉积，流化不畅，局部结焦的可能性增大，排渣困难。颗粒过小，床层膨胀高，易燃烧，但是易造成烟气夹带，不能被分离器捕捉分离而逃逸出去的细颗粒多，对燃尽不利，飞灰含碳量高。通过实验发现：颗粒太小，由于煤粉在炉内停留时间过短，燃不尽，飞灰含碳量就大。相对而言，燃用优质煤，煤颗粒可粗些；燃用劣质煤，煤颗粒要细些。所以对于不同的煤质要调整二级破碎机的破碎能力来调整煤的粒度。煤中水分过大不仅降低床温，同时易造成输煤系统的堵塞，故对于水分高的煤进行掺烧。 3、 过量空气系数的影响。一次风作用是保证锅炉密相区料层的流化与燃烧，二次风则是补充密相区出口和稀相区的氧浓度。调整好一二次风的配比，有效地降低飞灰、灰渣含碳量，是保证锅炉经济燃烧的主要手段。运行中适当提高过量空气系数，增加燃烧区的氧浓度，有助于提高燃烧效率。但炉膛出口过量空气系数超过一定数值，将造成床温下降，炉膛温度下降，总燃烧效率将下降，风机电耗增大。所以在符合变化不大时，一次风量尽量稳定在一个较合适的数值上，少作调整，主要靠调整二次风比例来控制密相区出口和稀相区的氧浓度。一二次风的配比，与锅炉负荷、煤种等有关，通过进行燃烧调整试验可建立锅炉不同负荷与一二次风量配比的经验曲线或表格，供运行调整时参考。 4、 燃烧温度的影响。和煤粉锅炉炉膛温度高达1400~1500℃相比，循环流化床运行温度通常控制在850~900℃之间，属低温燃烧，在此条件下煤粒的本正燃烧速率低得多，加上流化床内颗粒粒径比煤粉炉内煤粉粗得多，所需的燃尽时间长得多。提高燃烧温度，飞灰含碳量低；相反，燃烧温度低，飞灰含碳量高。5、 分离器分离效率的影响。分离器分离效率高，切割粒径小，飞灰含碳量低；相反，分离器分离效率低，切割粒径大，飞灰含碳量高。经过20年的发展，目前我国循环流化床锅炉使用的高效分离器有三种：上排气高温旋风分离器、下排气中温旋风分离器和水冷方形分离器。 6、 飞灰再循环倍率的影响。飞灰再循环的合理选取要根据锅炉炉型、锅炉容量大小、对受热面和耐火内衬的磨损、燃煤种类、脱硫剂的利用率和负荷调节范围来确定。 7、 锅炉蒸发量的影响。锅炉蒸发量大，相应的燃烧室温度高，一次通过燃烧室燃烧的粒子（分离器收集不下来的粒子）燃烧时间长，燃尽度较高，飞灰含碳量低；相反，飞灰含碳量高。 8、 除尘灰再循环燃烧的影响。对难燃尽的无烟煤，采取分离灰循环燃烧之后，飞灰含碳量仍比较高。为了进一步降低飞灰含碳量，一个比较有效的措施是采用除尘灰再循环燃烧。德国一台循环流化床锅炉，当分离灰再循环倍率为10~15时，飞灰含碳量仍有23%左右。为了降低飞灰含碳量，采用了除尘灰再循环燃烧。当除尘灰再循环倍率为时，飞灰含碳量降低到了10%左右；除尘灰再循环倍率为时，飞灰含碳量降低到了4%。 3 结论 降低飞灰含碳量的措施有多种，应根据实际情况选择最经济最实用的措施。我厂四台循环流化床锅炉也存在飞灰含碳量高的问题，我们会借鉴前人的经验，尝试一些措施以降低飞灰含碳量。另外你可以去学校图书馆下载以下论文：《循环流化床锅炉飞灰特性研究》作 者： 原永涛 杨倩 齐立强 YUAN Yong-tao YANG Qian QI Li-qiang 作者单位： 华北电力大学,河北,保定,071003 刊 名： 锅炉技术 PKU 英文刊名： BOILER TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2006 37(3)会议论文《 循环流化床锅炉飞灰碳损失研究 》海峡两岸第二届热电联产汽电共生学术交流会2002，作者黎永.YamY Lee卿山.蒋吉军.王华 降低循环流化床锅炉飞灰含碳量的因素分析 [期刊论文] -煤炭转化2004(2)循环流化床锅炉飞灰碳损失研究��黎永1，岳光溪1，吕俊复1，Yam ，Baldur Eliasson2�(1.清华大学热能工程系，北京100084； Change Dept.,ABB Corporate Research Ltd.,Switzerland)��摘 要 针对中国5台燃烧硬煤的CFB锅炉的飞灰含碳量进行了详细研究，全面分析了煤质、分离器及运行条件对飞灰含碳量的影响，并通过一系列的现场热态测试和实验室实验对CFB锅炉碳燃尽机理进行了研究。研究发现焦碳燃烧过程中发生的爆裂、磨损等行为与煤种有关，对CFB锅炉飞灰碳燃尽有很大影响。在CFB锅炉燃烧过程中焦碳反应性会降低，那些原煤变质程度低、粒径较大的焦碳颗粒的反应性降低尤为明显。研究还发现，炉膛内的中心区域气固混和不均匀会大大增加飞灰含碳量。最后提出了如何减少飞灰碳损失的一些建议。 关键词 循环流化床锅炉飞灰含碳量分离器��1前言�� 循环流化床技术由于其煤种适应性和在低成本污染物排放控制等优点，已成为很有潜力的一种洁净煤技术。中国早在上个世纪八十年代即已开始发展CFB锅炉，至今已有超过100多台CFB锅炉运行。绝大多数小型CFB锅炉(35～130t/h)采用中国自己的技术，超过220t/h的CFB锅炉则是引进国外技术。一般认为，CFB锅炉具有很高的燃烧效率，但在中国，许多燃烧硬煤如烟煤和无烟煤以及废弃物等的CFB锅炉的实际飞灰含碳量很高，大大超过预测和设计值〔11〕。高飞灰含碳量使得CFB锅炉的市场竞争力下降。另外，锅炉飞灰可用作建筑材料，部分替代水泥或用于制造水泥，这是飞灰最具经济价值的应用。飞灰含碳量过高将限制其在水泥和建筑行业的应用〔9〕。含碳量很高的飞灰曾被用作燃料来制砖。但是这种季节性的砖生产只能部分消化源源不断地从CFB锅炉中排出的高含碳飞灰，并且近年来砖生产迅速减缩并被新建材替代。另一方面，飞灰填埋成本也在上长。因此处理CFB锅炉飞灰的最好办法是减少含碳量，使得建筑和水泥工业能够接受。�2部分中国CFB锅炉飞灰含碳量分析��尽管一台CFB锅炉可被设计用于燃烧几乎所有不同类型的固体燃料，但实际运行的CFB锅炉的飞灰含碳量远没有所设想的低。下面表1列举的5台实际运行锅炉的飞灰含碳量数据和相应运行工况，锅炉燃用煤种性质如表2所示。�3煤种和飞灰含碳量关系 表1的数据清晰地表明飞灰含碳量与煤质强烈相关。煤A为褐煤，煤B为无烟煤，煤C、煤D和煤E为低变质程烟煤。如果以干燥无灰基挥发分除以发热量所得的数值作为一个煤质指标，会发现飞灰含碳量和煤质之间明显的相关关系(如图1所示)。所以不同煤种在CFB锅炉中的焦碳燃尽是大不相同的。尽管炉膛温度比其它锅炉高，燃用无烟煤的锅炉B的飞灰含碳量仍然是5台锅炉中最高的。实际上中国燃用无烟煤的CFB锅炉的飞灰含碳量普遍都很高。对于许多燃烧不同烟煤的CFB锅炉，即使煤发热量较高，排放飞灰减少，因而飞灰未燃碳损失减小，但飞灰含碳量相比煤粉炉仍要高出许多。只有在燃烧褐煤时，中国现运行的CFB锅炉的飞灰碳燃尽才比较彻底。上面得出的煤质指标较好地反应了煤燃烧活性，便于用来分析比较飞灰碳燃尽。���4分离器性能�� 从密相区扬析出来的细焦碳颗粒是飞灰未燃碳的主要来源，因此分离器性能是减少飞灰含碳量的关键。由于炉膛温度较低，在CFB锅炉焦碳的燃烧速率比煤粉炉低，细颗粒焦碳所需燃尽时间长，所以分离器的分级分离效率的数据十分重要。不幸的是，可得到的实际运行CFB锅炉的分离器分级分离效率数据非常少。尽管飞灰和循环灰的质量尺寸分布与煤成灰特性及灰颗粒磨耗有关，但仍可在一定程度上表征分离器性能。关于煤成灰特性和物料平衡的讨论请参见文献〔7〕。下面图2和图3给出了表1中5个锅炉的飞灰和循环灰的尺寸分布，这5台锅炉的分离器分级分离性能实际差别较小，几乎一样。循环灰的平均粒径约为110～180μm，而飞灰粒径总的说来不超过100μm，这与Thorpe的发表结果一致〔1〕，总之，CFB锅炉中大型分离器的切割粒径(50%)似乎很少低于100μm。���即使作出了许多努力来提高分离器的收集效率，在细小颗粒的收集上仍收效甚微〔9〕。飞灰回送是改善飞灰含碳量的一个有效方法。典型的例子是一台燃烧无烟煤的Alhstrom 100MW CFB锅炉，当将一级电气除尘器的飞灰百分之百地回送后，飞灰含碳量减少了约10%。然而对于许多中小型CFB锅炉，并不能都采取飞灰回送的办法，因为飞灰回送系统复杂且运行和维护费用较高。�5气固混和�� CFB锅炉运行时会有大量的固体颗粒从密相区扬析出来，炉膛内存留的物料对于气固混和有较大影响。为考察气固混和对于燃烧的影响，我们对一台锅炉的二次风位置以上的炉膛内氧浓度分布进行了测量〔3〕。被测试锅炉的炉膛长6米，宽3米，氧浓度测量探头从侧墙伸入炉膛内部〔4〕。测量结果如图4所示。同时还相应测量了炉膛内的固体颗粒浓度，结果如图5所示。在炉膛中心区域固体浓度小，而在近壁区域，固体浓度较高，这是因为沿壁面存在颗粒回落。出乎意料的是，炉膛中心区域的氧浓度接近于零，而富氧区域则靠近壁面。在二次风喷口以上不同高度的炉膛截面的测量结果均如此，这样我们在二次风口以上发现了一个位于炉膛中央的贫氧区域，如同一个空心芯(见图6)。这表明二次风的穿透浓度并没有达到炉膛中央，贫氧芯的存在显然使得炉膛中央的焦碳颗粒的燃尽变得困难。为了增强二次风的混和，提高了二次风的速度，结果飞灰含碳量明显减少(见图7)。��6CFB锅炉中的焦碳失活�� 对飞灰中的焦碳颗粒的研究表明，这些未燃尽细颗粒可根据其反应性大致分为两类，一类反应性相对较高甚至还有较多未析出挥发分，这类颗粒停留时间不长，可称为“年轻”颗粒。另一类恰好相反，挥发分基本已经析出，而反应性很低。对于“年轻”颗粒，提高分离器效率或者采用飞灰回送会是保障其燃尽的有效方法，对于第二类颗粒则不然，因为其反应性很低，即使被送回炉膛，会否燃尽仍成问题。值得探讨的是，为什么会出现这些低反应性的“惰性”颗粒呢?针对这个问题，做了一系列的实验，下面简要介绍。��很多研究发现煤热解过程中反应性会降低〔2，8〕。我们做了类似实验，结果同样发现反应性随着停留时间的增长而逐渐降低，在热解最初阶段反应性下降非常快，接下来下降速度减缓，最后达到由热处理温度决定的一个渐近值，温度越高，此渐近值越低(见图8)。图8中每一个点代表一个焦碳样品，是将原煤在900℃马弗炉中热解7分钟脱挥发分，然后在管式炉中进行不同停留时间和不同温度的热解所得到的。我们分析了实际循环流化床飞灰中第二类未燃尽焦碳颗粒，其反应性比实验室内相应温度条件(热解温度等于炉膛温度)下热解焦碳所下降达到的最低反应性(即图8中的反应性渐近值)还要低。Senneca还将其它研究者发表的类似结果进行了总结，将不同温度下焦碳反应性下降到渐近值所需时间简洁地表示在一张图上〔6〕。��在CFB锅炉燃烧温度下，比如说900℃，反应性下降至最低的有效热解时间是10～30分钟(因煤种而异)。炉膛给煤中的细小颗粒一般并不能停留这么久，所以飞灰中低反应性焦碳极有可能是来自于原煤形成的大颗粒焦碳。大颗粒焦碳在因爆裂、磨损达到可扬析的细小颗粒之前可能会停留较长时间。在炉内焦碳颗粒温度要比环境温度——床温高于50～200℃，焦碳因热处理引起的反应性下降实际不需要10～30分钟就会达到最低。综合这些因素，可以推断，飞灰中的“惰性”未燃尽颗粒极有可能是来自有较长停留时间的大焦碳颗粒，如果适当减小给煤中的大粒径颗粒的份额，就有可能降低飞灰含碳量，但这需要进一步确认。��7结论�� 锅炉在燃烧硬煤时的飞灰含碳量通常很高。� b.飞灰含碳量与煤种强烈相关，用干燥无灰基挥发分除以发热量所得的数值作为煤反应性指标是很方便实用的。� c.炉膛内的气固混和对焦碳燃尽十分重要。特别需要指出的是，二次风的刚性必需保证足够的穿透度，以避免出现炉膛上部中央出现贫氧中芯。� d.对分灰中的焦碳反应性的分析，并结合对热解过程中焦碳反应性变化的研究，发现在CFB锅炉中大颗粒焦碳可能明显失活，从而产出飞灰中反应性很低的“惰性”未燃尽颗粒，从而影响飞灰回送的效果。另一方面这提示了通过适当减小给煤的大颗粒的大粒径份额来减小飞灰含碳量的可能性。希望这些对你有用，（有些来自网页希望谨慎参考，最好自己去学校图电子书馆下论文）PS：你这个课题不算是新兴课题，现在已经有很多研究成果了，上你们学校图书馆的数据库随便搜一下就一大把（维普数据库，中国知网数据库，万方数据库，一般学校图书馆都买了权限的，学生可以免费查阅），只要看过10到15篇相关论文，你就基本上可以搞定了另外，你的毕业设计（姑且称为设计吧）本人觉得只有“ 输会系统 干除灰输送系统的管道布置 ”这个跟设计好像挺搭尬，至于“飞灰含量影响分析”这块就跟论文比较贴切（因为这些影响是结果性的论述，是要有实验根据的，是为论文（设计的话说白了像是空口说话，只根据某些既定的准则规律做预期，但是它并不是结果）），或者可以把它放在综述里面，而且“循环流化床锅炉的飞灰特性的分析”这个命题也比较像是论文命题，不太想设计呀去年偶滴设计就是“130t/h燃煤锅炉半干法烟气脱硫工程设计”偶水平一般，若有说的不当之处还请见谅

煤粉炉排烟温度高的原因分析及运行中可采取的措施论文

【摘要】在锅炉的各项热损失中，排烟热损失是对锅炉效率影响最大的一项损失，约为5%～8%。况且，随着排烟温度的不断升高，排烟热损失会进一步增加(一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟损失增加～)。所以降低排烟损失对提高锅炉效率及全厂的经济运行有着非常重要的意义。

【关键词】锅炉 排烟热损失 节能减排

目前，抓好节能减排工作，进一步提高锅炉机组效率越来越被国内各电力企业所重视。而锅炉效率则与其各项热损失密切相关。锅炉的各项热损失由排烟热损失、机械不完全燃烧热损失、灰渣物理热损失、化学不完全燃烧热损失、散热损失组成，而在这五项损失中，排烟热损失是对锅炉效率影响最大的一项损失，约为5%～8%。况且，随着排烟温度的不断升高，排烟热损失会进一步增加(一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟损失增加～)。所以降低排烟损失对提高锅炉效率及全厂的经济运行有着非常重要的意义。笔者对排烟温度高的原因进行了分析，并提出了解决措施。

1.外部漏风

漏风是排烟温度升高的主要原因之一，主要包括指制粉系统漏风、炉膛漏风、水封及烟道漏风。在炉膛出口过量空气系数不变的情况下，炉膛及制粉系统漏风将使送风量下降，空气预热器的传热系数下降。此外送风量下降也使得空气预热器出口热风温度升高，空气预热器的传热温压下降，而及传热温压的下降使空气预热器的吸热量降低，最终使排烟温度升高。

降低漏风的方法是炉本体及制粉系统的查漏及堵漏工作，在运行时随时关闭炉本体各看火孔，检查孔以及制粉系统木块分离器、木屑分离器清理口，关闭给煤机手孔，在运行中经常检查捞渣机内水位等。

2.制粉系统对排烟温度的影响

制粉系统是否运行、调整方式及出力大小也会对排烟温度造成影响。

制粉系统运行中的调整会造成三次风的波动，三次风的喷入会推迟燃烧继而抬高火焰中心，增加不完全燃烧，造成排烟温度升高。同时煤粉细度变粗也会造成排烟温度升高。对于在运行中的制粉系统，在保证安全的情况下，尽量少用冷风，多用热风，尽可能保持较高的磨煤机出口温度，磨煤机出口温度控制的越低，则冷三次风的比例越大，即流过空预器的风量降低，引起排烟温度升高，并尽量减少三次风的含粉量，这样可有效降低排烟温度。

3. 送风对排烟温度的影响

(1)风量对排烟温度的影响。在一定范围内送风量增加锅炉效率将增加，这是因为过量空气系数增加将使未燃尽损失Q3和 Q4减小，所以送风量存在一个最佳值，该值称为最佳过量空气系数，在该值处，排烟损失与未燃尽损失之和为最小。当负荷变化时，要及时调整过量空气系数，调整燃烧工况，控制排烟温度在经济排烟温度下运行，提高锅炉效率从而提高整个火电发电厂的经济性。 (2)风温对排烟温度的影响 。夏季冷风温度高于设计值，致使空气预热器热交换温差减小，而传热温差的下降使空气预热器的吸热量降低，最终使排烟温度升高。

4.锅炉受热面的结渣、积灰

锅炉受热面的结渣、积灰是导致锅炉排烟温度升高的另外一个主要原因。其对排烟温度的影响主要体现在传热方面。从烟气侧到汽水侧的传热过程中，受热面表面沉积物的导热系数较其它介质要小得多，因而其所引起的附加热阻在总传热热阻中占主导地位。较为轻度的结渣和积灰便会使传热量大幅度下降。

造成结焦的原因是多方面的，有设计的因素，煤质、灰熔点的因素，运行调整的因素等等，运行值班员燃烧调整时应注意以下几点：

(1)若因喷燃器磨损，使炉内煤粉气流紊乱、贴壁燃烧、着火点提前等造成喷燃器、水冷壁结焦，运行中又无法消除时，应提高相应喷燃器的

一、二次风速，以达到减弱或消除结焦的目的。

(2)锅炉正常运行时，应加强制粉系统各参数的监视及调整，加强监视各段受热面壁温及烟温的变化，控制各参数在规定的范围内。

(3)加强燃烧的就地检查，若发现结焦、积灰等异常情况，则应及时联系清除，并对燃烧进行相应调整。制粉系统启动期间应严密监视燃烧器端部温度的变化情况。若发现燃烧器端部温度异常升高时，应及时就地检查燃烧器着火情况，判断燃烧器端部结焦时，应立即启动备用系统，并联系检修配合除焦。

(4)坚持做好锅炉吹灰、除焦等定期维护工作，并保证其效果，也可视情况适当增加吹灰、除焦次数。保持合理的制粉系统运行方式，尽可能不使热负荷局部集中。正常运行时，可适当增加下层燃烧器的出力，减少上层燃烧器的出力，降低火焰中心，以降低炉膛出口温度，减轻结焦。

5煤质变化

(1)水分对排烟温度的影响。煤中的水分变成水蒸汽，增加了烟气量；水分高，提高了烟气的`酸露点，易产生低温腐蚀，为防止或轻减对低温受热面的腐蚀，最有效的方法就是提高空预器受热面的壁温。而要提高壁温就要提高排烟温度和入口空气温度。实际运行中提高壁温最常用的方法是提高空气入口温度。但进风温度升高会使排烟温度也升高，因而排烟热损失将增大，而使锅炉经济性降低。

燃料中的水分增加也使烟气量和烟气比热增加，烟气在对流区中温降减小，排烟温度上升。

(2)灰份对排烟温度的影响

灰份增加使排烟温度上升。这是因为这些变化将使烟气量和烟气比热增加，烟气在对流区中温降减小，排烟温度上升。针对此种情况，应适当降低一次风速。

因此，为了保证锅炉经济运行，必须经常保持受热面清洁。吹灰器的正常运行能有效的清除受热面上的结渣和积灰，维持受热面清洁。在锅炉停炉后，应及时检查各部吹灰器，保证其处于完好状态。详细记录锅炉炉膛及烟道内的积灰和结焦情况，以便在以后运行中有针对性地进行吹灰。

(3)挥发份对排烟温度的影响。燃料挥发份降低时，煤粉着火推迟，燃烧的时间也会增加，造成炉膛出口温度增加，导致排烟温度升高，降低锅炉效率。

挥发份过大时，煤粉着火提前，过于贴近喷口，极易造成喷口结焦从而造成一次风速下降、出力降低，而其它一次风速必然上升，对锅炉炉膛燃烧造成扰动，也可能造成排烟温度升高。因此应及时检查及排除一次风口结焦。

(4)燃料发热量对排烟温度的影响。燃料的性质影响着锅炉的排烟温度。燃料低位发热量降低，在锅炉出力维持不变时.将直接导致燃料量的增加，烟气量和流速升高，结果使排烟温度升高。同时，煤的灰分增加，导致机械不完全燃烧热损失升高，从而降低锅炉效率。

综上所述，当燃烧高灰份，高挥发份，低发热量的劣质煤时，应适当增加一次风量，控制一次风温，降低火焰中心，降低炉膛出口温度及排烟温度，提高锅炉效率。

煤粒在流化床中的破碎特性是指煤粒进人高温流化床内后其粒度发生急剧减小的一种性质，具有短时间粒径快速变小的特点。煤粒在CFB中的破碎特性是指在煤颗粒进人料层以后，在高温灼热环境下因热解过程爆裂破碎成小尺寸细碎颗粒的平均粒径减小程度和颗粒尺寸变化速率的基本特性。某一温度下，煤种的CFB破碎特性是颗粒热解破碎前后尺寸即粒径变化值与总过程时间的比值关系。可以通过专门的实验室装置获得具体煤质的这种破碎性能，也可以在现场粗糙地根据化验出来的原煤颗粒分布与底渣颗粒分布的筛分比较，得到大致的破碎特性关系。

杨焦生 王一兵 王宪花 陈艳鹏 王 勃

( 中石油廊坊分院 河北廊坊 065007)

摘 要: 长期导流能力评价实验可以反映油气藏条件下裂缝真实的导流能力，为压裂设计和施工提供可靠参考。运用 FCES －100 长期裂缝导流仪，测试了不同条件下煤岩水力裂缝的长期导流能力，并分析了嵌入、煤粉、胍胶液残渣及复杂裂缝等因素对导流能力的影响。测试结果表明，煤岩强度低，嵌入伤害严重，在较低的闭合应力 ( 15 MPa) 下就表现明显的伤害，而砂岩当闭合压力大于 25 MPa 时，嵌入伤害才比较明显; 煤粉为疏水性，易聚集堵塞裂缝，大大降低导流能力。为克服嵌入和煤粉的伤害，施工中可采取增加铺砂浓度、加大支撑剂粒径、加入分散剂悬浮煤粉等方法。胍胶压裂液由于破胶难，残渣对裂缝渗透率伤害高达70% ～80%，可使导流能力下降30% ～50%，应加强对超低温破胶技术的研究; 裂缝形态对导流能力也有很大的影响，复杂裂缝与单一裂缝相比，等效导流能力降低。研究成果对煤层压裂材料优选、现场施工控制及压后产能评价具有积极的指导意义。

关键词: 长期导流能力 煤粉 支撑剂 裂缝形态 压裂液残渣

基金项目: 国家 973 课题 “提高煤层气开采效率的储层改造基础研究”( 2009CB219607) 资助。

作者简介: 杨焦生，男，工程师，中国石油勘探开发研究院廊坊分院工作，从事煤层气开发及增产措施研究。地址: 河北省廊坊市万庄石油分院 44#信箱煤层气所，邮编: 065007; 电话:。E mail: yangjiaosheng@ 126. com

Experimental Study and Influence Factors Analysis on Long- term Conductivity of Hydraulic Fractures in Coal Seams

YANG Jiaosheng WANG Yibing WANG Xianhua CHEN Yanpeng WANG Bo

( Langfang Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development， PetroChina，Langfang 065007，China)

Abstract: The long-term conductivity of hydraulic fractures under different situation in medium-and high-rank coal bed are tested by using FCES-100 fracture long-term flow conductometer. The influence of proppant embed- ment，coal powder，guar gum residue and complex fractures to conductivity are also analyzed. Experiment results show that proppant embedment can cause seriously damage to conductivity for low-intensity of coalbed. Under low closure stress ( < 15 MPa) ，the damage in coal seam displays obviously，however，for sand only when closure stress was higher than 25 MPa，the damage can be observed. Moreover，coal powder is hydrophobic and is in- clined to gather to chink fracture，decreasing conductivity sharply. Increasing the sand concentration，enlarging the proppant diameter and adding dispersant into the fracturing fluid appropriately can decrease the damage caused by proppant embedment and coal powder. According to test results，for gelout's difficulty，mass guar gum residue in hydraulic fracture can reduce permeability by 70-80% ，and conductivity decrease by 30-50% . So it is necessa- ry to strengthen the research on gelout technology under ultra-low temperature. Fracture morphology also plays an important role on the conductivity. Related to single fractures，complex fractures’equivalent conductivity is lower usually. This paper’ s outcomes are beneficial to fracturing materials optimization，field treatment controlling and productivity evaluation post fracturing.

Keywords: long-term conductivity; coal powder; proppant; fracture morphology; guar gum residue

煤储层渗透率很低，一般都小于1mD，压裂裂缝导流能力对压后产气效果影响很大，是实现压后高产的基础。与常规砂岩地层相比，煤储层埋藏浅、弹性模量低、强度低、天然割理及裂缝发育(琚宜文等，2005;申卫兵等，2000)，压裂过程中多形成复杂裂缝，支撑剂嵌入严重，产生大量煤粉堵塞裂缝，裂缝长期导流能力变化具有自身特点(邹雨时等，2011;郭建春等，2008;王春鹏等，2006)，其评价方法和内容不能简单照搬砂岩地层中裂缝导流能力的评价，而应该具有特殊性。本文针对这些问题采用实验室长期导流能力评价方法，系统研究了煤岩压裂裂缝导流能力的影响因素及其作用机理，并形成了一套适合煤储层的裂缝导流能力评价方法。

1 实验原理和设备

实验使用的是美国公司生产的裂缝导流仪，使用API标准导流室，并严格按照API的程序操作，实验原理主要是达西定律，支撑剂导流能力计算公式可以表达为下面形式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

式中:kWf为充填裂缝导流能力，dc·cm;Q为裂缝内流量，cm3/min;μ为流体粘度，mPa·s;Δp为测试段两端的压力差，atm。

因此，实验中只需测得压差及流量即可求得支撑剂的导流能力。图1为API支撑剂导流室解剖图，可以模拟地层条件，对不同类型支撑剂进行短期或长期导流能力评价。

2 实验条件和煤样制备

为了真实地反映支撑剂在地下裂缝的实际情况，模拟温度取40℃，选用长期导流能力测试，每个测试压力点都测量50小时，闭合压力分别为10，15，20，25和30MPa。支撑剂选用现在普遍采用的石英砂(兰州砂)，选择20/40目和10/20目两种进行试验。实验中的流体选择为2%KCl水溶液和胍胶液，流体速度2～5ml/min。实验使用晋城(高煤阶)和韩城(中煤阶)两地的天然煤岩，实验试件的尺寸为长，宽，厚1～2cm，端部成半圆形(图2)。

3 实验方法

在导流室中夹持煤片模拟煤层裂缝，将实验流体以稳定的流速通过两片煤板之间的支撑剂填充层，逐渐增大闭合压力得到裂缝导流能力随闭合压力变化的曲线。通过改变煤岩类型、煤粉浓度、铺砂浓度、胍胶液浓度和用量、支撑剂粒径及组合、裂缝形态等实验条件得出不同闭合压力与导流能力的关系曲线，然后将不同的曲线进行比较分析，评价不同因素对煤岩裂缝导流能力的影响。

图1 API支撑剂导流室解剖图

图2 不同煤阶煤岩板

4 实验结果与分析

支撑剂嵌入及煤粉对导流能力的影响

(1)支撑剂嵌入影响

实验选用20/40目兰州砂，铺砂浓度分别为5kg/m2和10kg/m2，用钢板、砂岩和煤岩板(高、中煤阶两种)分别进行实验，实验结果见图3，4。

图3 钢板、砂岩、煤岩导流能力对比图(铺砂浓度5kg/m2)

图4 钢板与煤岩导流能力对比图(铺砂浓度10kg/m2)

可以看出，使用钢板(无嵌入)测得的导流能力明显大于使用煤岩测得的导流能力，说明支撑剂在煤岩中的嵌入伤害程度很大。实验证实煤层嵌入比砂岩严重，在闭合压力大于10～15MPa时，导流能力就急剧降低，而砂岩闭合压力大于20～25MPa时才下降较快。

由于中煤阶煤岩的强度更低，同样条件下，中煤阶嵌入伤害更严重，中煤阶明显嵌入时的闭合压力比高煤阶更低，嵌入程度约为高煤阶的倍，造成导流能力下降幅度更大。嵌入伤害越严重，裂缝壁面嵌入部分产生的煤粉碎屑越多，对支撑裂缝内的流体流动阻碍更大，使得导流能力进一步下降。

(2)煤粉产出对导流能力的影响

实验选用20/40目石英砂，采用10kg/m2铺砂浓度，分别混入2%和5%的煤粉(100目)，采用高阶煤煤岩片进行实验，实验结果见图5。

由图5可以看出，煤粉对裂缝导流能力伤害很大，随着闭合压力的增大，煤粉浓度的增高，导流能力迅速下降。闭合压力10～30MPa，2%煤粉可以使导流能力下降10%～35%，5%煤粉可使导流下降20%～60%。煤粉是疏水性的，不易分散于水或水基压裂液，从而极易聚集起来阻塞裂缝孔隙喉道，随着时间的延长，煤粉微粒不断运移，可以使得堵塞更为严重。如在压裂液中加入润湿剂和分散剂则能使煤粉由疏水性转为亲水性，有助于分散与悬浮煤粉于压裂液中，阻止煤粉的聚集，有利于煤粉的返排。如图6显示，加入两种不同分散剂FSJ01，FSJ02后裂缝导流能力有所改善。

图5 不同煤粉浓度下导流能力对比图

图6 加入分散剂对导流能力的影响结果(铺砂浓度5kg/m2)

支撑剂粒径对导流能力的影响

实验应用晋城高阶煤岩，选择10/20目和20/40目两种粒径支撑剂按照不同比例(1∶1，1∶2，1∶3)混合，测试其导流能力变化，铺砂浓度为10kg/m2。

由图7可以看出，当闭合压力低于20MPa时，单一粒径10/20目的石英砂的导流能力比20/40目的大30～50%，且大粒径支撑剂所占比例越大，其导流能力也越大。而当闭合压力高于20MPa时，各比例组合导流能力相差不大。因此，压裂施工过程中，考虑造缝和携砂效果，前期应用较小粒径支撑剂(20/40目)，低排量施工，可较好支撑多裂缝的支缝系统，使裂缝延伸更长;后期尾追较大粒径支撑剂(10/20目)提高近井地带的导流能力。

图7 不同粒径支撑剂组合导流能力对比图

铺砂浓度对导流能力的影响

实验选用20/40目兰州砂，分别选取5kg/m2和10kg/m2两种铺砂浓度进行实验，实验结果见图8。

图8 不同煤岩、不同铺砂浓度导流能力对比图

由图8可知，无论何种煤阶煤岩，提高支撑剂的铺砂浓度导流能力都有明显的提高，铺砂浓度从5kg/m2提高到10kg/m2，支撑剂的导流能力可以提高50%～100%。而低铺砂浓度下一旦发生嵌入现象，其影响要比高铺砂浓度大。闭合压力越大，铺砂浓度越低，地层岩石越软，嵌入越严重。因此，较软的中阶煤层中为了降低嵌入和煤粉对导流能力的伤害，施工过程中应该增大砂比，提高填充裂缝的铺砂浓度显得更为必要。因此为了提高支撑裂缝的导流能力可在施工条件许可的条件内适当增加支撑剂的铺砂浓度。

压裂液残渣对导流能力的影响

煤层温度低，胍胶压裂液破胶难，造成残渣吸附在煤基质或堵赛支撑剂孔隙，导致基质、裂缝内渗透率下降，导流能力减小，因此这一部分主要考察压裂残渣对支撑剂导流能力的影响。在这里选用20/40目石英砂，10kg/m2铺砂浓度，煤样为晋城高煤阶，分别做了不加压裂液、加入浓度的150ml胍胶液、加入浓度的150ml胍胶液和浓度的100ml胍胶液情况下的导流能力测试，评价胍胶压裂液导流能力的伤害，并进行对比分析，如图9。

图9 压裂液残渣伤害综合对比图

压裂液残渣的伤害，导致了支撑剂导流能力明显的降低，不同的闭合压力下及伤害程度平均在30%以上。相同闭合压力下，同一样品注入瓜胶压裂液越多，浓度越高，导流能力伤害越大，的瓜胶液比相同量的瓜胶压裂液导流能力下降10%以上，的150ml胍胶量比的100ml量导流能力降低20%。

因此煤层压裂液体系在选用冻胶时，需要充分研究其在煤层低温条件下的高效破胶技术，同时也可以尝试加入化学物质来降解、氧化冻胶残渣，减少残渣对水力裂缝的堵塞，从而达到增加裂缝渗透性，提高单井产量的目的。

复杂裂缝对导流能力的影响

为了描述煤层水力压裂中形成的“T”形、“I”形等复杂裂缝对导流能力的影响，本次实验中模拟研究多条裂缝(两条)导流能力的变化情况。实验选用20/40目兰州砂，将一定量的石英砂平均分成两份，分别充填于两条相邻裂缝内(铺砂浓度5kg/m2)，测试其综合导流能力，并与单一支撑裂缝(铺砂量与两条裂缝相同，铺砂浓度10kg/m2)的导流能力进行对比，如图10所示。

图11实验结果显示，等量的支撑剂，多条(两条)裂缝的导流能力小于单一裂缝的导流能力，平均可以降低。主要是由于裂缝条数的增多，造成支撑剂较为分散，铺砂浓度降低，增加支撑剂嵌入和煤粉堵塞;另一方面，缝间流体流动发生转向，产生附加渗流阻力，压裂后的煤岩裂缝形态和表面极其不规则，这种渗流阻力会更大，致使导流能力进一步降低。由于煤岩强度差异，裂缝形态对中阶煤岩的导流能力影响程度更大，闭合压力为20MPa时，中煤阶煤岩导流能力降低，高煤阶煤岩降低。

图10 复杂支撑裂缝(浓度5kg/m2)和单一支撑裂缝(浓度10kg/m2)示意图

图11 不同裂缝形态下的导流能力对比图

5 结论

(1)煤岩强度低，支撑剂嵌入造成的导流能力伤害非常严重(伤害率50%以上)。煤层嵌入比砂岩严重，在闭合压力大于10～15MPa时，导流能力就急剧降低，而砂岩闭合压力大于20～25MPa时导流能力明显下降。中煤阶嵌入伤害更严重，中煤阶明显嵌入时的闭合压力比高煤阶更低，嵌入程度约为高煤阶的倍，

(2)闭合压力10～30MPa，2%的煤粉可以使导流能力下降～，5%煤粉可下降～，在压裂液中加入分散剂可以使煤粉不易聚集，有利于返排，降低伤害。

(3)提高支撑剂的铺砂浓度和增大支撑剂的粒径可以明显提高裂缝的导流能力，地层闭合压力增大时应相应增加铺砂浓度，在软煤层中显得尤为必要。

(4)压裂液残渣伤害对支撑剂导流能力有很大影响，由于压裂液残渣的伤害，导致了支撑剂导流能力下降了30%左右，而降低压裂液的用量或减小压裂液的胍胶浓度都可以减小残渣伤害的影响，提高支撑剂的导流能力。

(5)同等量的支撑剂，复杂裂缝的导流能力小于单一裂缝的导流能力。与高阶煤岩相比，裂缝形态对中阶煤岩的导流能力影响程度更大。闭合压力为20MPa时，中煤阶煤岩导流能力降低，高煤阶煤岩降低。

参考文献

郭建春，卢聪，赵金洲等.2008.支撑剂嵌入程度的实验研究［J］，煤炭学报，33(6):661～664

琚宜文，姜波，侯泉林，王桂梁，方爱民.2005.华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理［J］，地质学报，79(2):269～285

申卫兵，张保平.2000.不同煤阶煤岩力学参数测试［J］，岩石力学与工程学报，19(S1):860～862

王春鹏，张士诚，王雷等.2006.煤层气井水力压裂裂缝导流能力实验评价［J］，中国煤层气，3(1):17～20

邹雨时，马新仿，王雷，林鑫.2011.中、高煤阶煤岩压裂裂缝导流能力实验研究［J］，煤炭学报，36(3):473～476