（工程热物理专业论文）w型火焰锅炉沾污、结渣和传热特性的研究.pdf

、fw 型火焰煤粉锅炉作为一种有效燃州低反应煤的燃烧方式，在凼外已订 近狗年的历史，近年米也开始受到国内关注在此背景下，浙江大学热能：1 ： 程研究所与美幽巴威公司合作建立了目前圊凶最大的大型热态w 炉试验台 ( 3 5 2 m w ) ，旨在深入研究w 炉的各种特性。y 本文主要有两部分内容：通过在该试验台上对燃用晋城和未阳两种无烟煤 的大量试验，研究w 型火焰煤粉锅炉的传热特性和沾污、结渣特性。 传热特性方面就热流分布、温度场和煤粉火焰黑度，沾污、结渣方面就宏 观特性和微观机理进行了较为细致深入的研究：特别是黑度数值计算结果与实 际很好的吻合，可在此基础上开发精确的煤粉火焰测温仪，文中提出了其雏形。 总之，本文的工作为w 炉的进一步开发研究和推广应用打下了一定的基 祝b 。 关建词：堕型么缝塑，佳垫，边透、缝渣，丛焰墨麈。 b s tr a c t a b s t r a c t a sa l lc f f e c t i v em e t h o do f b u r n i n gf a u l t yc o a l d o w n s h o tf l a m ef u r n a c eh a sa h i s t o r yo fn e a r l yf o r t yy e a r s i th a sb e i n gp a i dc l o s ea t t c n l i o ni no u rc o u n t r yi e c c t l t y e a r s u n d c rt h i sb a c k g r o u n d b a b c o c k w i l c o xc o m p a n ya n dt h ei l l s t i t u t cf b r t h e r m a lp o w e re n g i n e e r i n gb u i l tal a r g eh o tt e s td o w n s h o tf l a n l ef t t r n a c e ( 35 2 m w l w h i c hi st h el a r g e s tn i l ea tp r e s e n ti no r d o ft or e s e a r c hi t sa 1 1c h a r a c t e r i s t i c s t h r o u g hal o to f t e s t sf o rj i n c h e n ga n dl e i y a n ga n t h r a c i t eo nt h et e s t f a c i l i t y ， c h a r a c t e r i s t i c so fc o n d u c t i o na n df o u l i n ga n ds l a g g i n go ft h ed o w n s h o tf l a m e f u m a c ew e r es t u d i e d w es t u d i e dn o to n l yh e a tf l o wd i s t r i b u t i o n t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n df l a m e b l a c k n e s so nt h ec h a r a e t e r i s t i t so fc o n d u c t i o n b u la l s oh _ l a c r o c h a r a c t e r i s t i c sa n d m i c r o m e c h a n i s mo ff o u l i n ga n ds l a g g i n g e s p e c i a l l yt i l en u m e r i c a lc a l c u l a t i o n r e s u l to ff l a m eb l a c k n e s sc o i n c i d e sw i t ht h ef a c tw e l l ，s ow ec a nd e v e l o pas e to f a c c u r a t ep u l v e r i z e dc o a l t e m p e r a t u r ed e t e c t o r , a n dw eg i v e i t sr u d i m e n ti nt h i s t h e s i s 【naw o r d t h i sp a p e rm a d eas o l i df o u n d a t i o nf o rd o w n s h o tf l a m ef f t m a c e s d e v e l o p m e n t 、r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o ni nf u t u r e ， k e y w o r d s b l a c k n e s s d o w n s h o tt l a m ef u r n a c e ，c o n d u c t i o n , f o u 蚍，f l a m e 第一章绪论浙江大学坝l 学位论义 第一章绪论 1 1 引言 随着我国因民经济的高速发展，能源事业也在h 益进展，对电力的需求则 持续增长，1 9 8 8 年的统计质料表明，全国总发电量为5 4 3 0 亿k w h ，其中火电 占8 0 ，燃煤发电占7 0 ，耗原煤量为2 亿吨，预计今后3 0 年内，我国将新 增发电量2 7 3 4 亿k w h ，火电比例为7 0 。 尽管我国煤炭储量丰富，但煤质变化很大。至1 9 8 9 年探明储量为8 6 0 0 亿 吨，可采储量为1 0 9 0 亿吨以上，其中劣质煤占2 0 ，无烟煤占1 3 以上，按西安 热工所的分类方法，对分散在我国大多省区的煤矿生产的9 1 个煤种进行分析， 结果不同煤种分配的百分比如下： 无烟煤：2 4 2 烟煤：4 9 4 贫煤：1 5 4 褐煤：1 1 0 从统计的结果可见，无烟煤和高硫煤较多，易结渣煤竟占4 5 ，因此， 研究无烟煤燃烧问题，脱硫问题，解决严重的结渣问题摆在人们面前。 中国的能源政策和市场经济使人们认识到燃用低反应煤的意义，各种燃用 低反应煤的燃烧方式被应用和提出，并不断被完善和发展。w 型火焰煤粉燃 烧技术正是基于上述背景而被提出，并于8 0 年代中期在我国引进和发展。 1 2 无烟煤燃烧技术概述 无烟煤具有挥发份低( 一般在1 0 以下，最低可达3 - 4 ) ，固定硫高的特点 导致其着火困难和燃烧不稳定，锅炉效率低( 7 2 8 6 ) ，低负荷稳燃凼难。无烟 煤的燃烧技术主要有以下各方面： 1 2 1 燃烧器 钝体燃烧器： 在四角直流型燃烧器的一次风口上安装一”v ”型饨体，一次风绕过钝体后 形成一个湍流强度大的内回流区，卷吸热烟气以稳定和强化燃烧。 预燃室燃烧器： 第一章绪论浙江人学坝f 学位论史 如清华大学的大速差技术。 浓淡燃烧器： 使一次m 分为煤粉浓淡不同的两股，达到煤粉燃烧的目的。 此外，还有强旋流燃烧器等。 1 2 2 飞灰回燃技术 把一级空预器出口的部分热风引至风机入口，x j l 出口的热风通过飞狄喷 射器产生负压，把集扶斗的飞狄吸入混合喷管内，入炉刚燃，以延长煤粉在炉内 停留时问，但该法对灰分较大的无烟煤困难较大。 1 2 3 提高热风温度 为改善无烟煤着火和稳燃困难的情况，热风温度应达4 0 0 以上，尤其对 于较低挥发分的无烟煤。 1 2 4 合理布置燃烧器 如四角布鼍直流四角多层燃烧器，及日本三菱重工在美国c e 公司四角喷 燃的基础上提出的新型切向燃烧技术( c u f 技术，即切向”w ”型燃烧) 。 1 2 5 合理配风 为保证无烟煤的稳定燃烧，提高燃烧效率，须控制炉膛出口的过量空气系 数在1 2 1 2 5 ，并增大中下部二次j x l 比例。 1 2 6 制粉及给粉 控制煤粉细度并尽可能均匀供粉，目前一般将煤粉细度心。控制在1 0 以 下，个别v “r 较低的可调整到6 - 8 。 1 2 7 恰当的炉型 国内外针对无烟煤研制和开发了诸如u 型炉，循旋流化床锅炉和w 型火 焰煤粉锅炉等。w 型火焰燃烧技术是在二战后由美国f o s t o rw h e e l e r 公司首 创，后被法国s t e i ni n d u s t r y 公司和日本日立b w 公司等吸收并发展，很快在 西方成为燃烧劣质煤尤其是低挥发份煤( 如无烟煤、贫煤等) 的典型燃烧技术。 清华大学冯俊凯1 l l j 计算机统计软件，对国内5 9 座人型发电厂的9 1l f i 燃燥 变化情况及燃烧效果进行分析，总结出我囡电站锅炉燃烧方法应有的发艘方向 和斗| j 应的技术j 踏施。 w 型火焰燃烧技术于8 0 年代中期在我国被引进和推广。 第一章绪论浙江人学碗i 。学位论文 当然，上述方法都面临着各自的问题，如结渣、环保等。 1 3 锅炉沾污、结渣概述 沾污和结渣是不相同又有所联系的两个概念。 沾污又称积狄，是指温度低于狄熔点的扶粒在受热面上的积聚。主要发生 在对流和尾部受热面上。 结渣又称结焦，是指熔融的灰粒在受热面上的粘附和烧结，主要发生在辐 射受热面上。 1 3 1 沾污和结渣的危害 由于煤种和锅炉设计、运行方面的原因，都会引起沾污和结渣，对锅炉的 安全和经济运行造成巨大的危害，表现在恶化传热，造成高温腐蚀。 有资料表明，美国每年因此带来的各种经济损失达2 0 1 0 0 亿美圆，我困 1 9 9 2 年火电事故中，锅炉事故占全部发电事故的5 6 ，而锅炉四管暴破占全 部事故锝4 2 ，这主要由锅炉积扶、结渣高低温腐蚀、磨损及振动引起，这 一问题在国际上也十分严重。 1 3 2 沾污、结渣的研究现状 国内外对沾、污结渣进行了大量的理论和基础研究，但由于沾污、结渣涉 及很多学科，总的来讲，还处于经验和初步的水平上，工业应用价值颇受限制。 1 4w 型火焰煤粉炉的沾污结渣和传热 w 炉在燃用低反应煤时效果良好，但在卫燃带区域却往往出现严重的结 渣，恶化传热，影响经济安全运行，国内引进的w 炉爿i 同程度的存在这一问 题。 w 炉的沾污、结渣和传热问题既有其特性的一面，又有与其它燃烧方式 相似的一丽，国内现在的研究以有一些，华北电力学院黄良玉等人通过数值计 算，浙江大学罗卫红，周志军等都进行了大量的相关研究。但由于对w 炉的 研究只是在近十几年兴起，工业性实验受诸多条件限制，尚有很多工作需要进 行。 第一章绪论浙江人学硕i 学位论_ 盘： 1 5 本文的研究内容 通过在3 5 2 m w 热态试验台上的实验研究与数值计算，研究 w 炉的结渣特性的宏观和微观机理，沾污结渣对传热的影响 w 炉的传热特性，侧重于炉膛辐射方面。 第一二章w 型火焰燃烧技术浙江人学硕l j 学位论史 第二章w 型火焰燃烧技术 2 1 引言 w 型火焰锅炉出于采用了长火焰、分级送风、煤粉浓缩技术等手段，使 得锅炉机组在煤种适用性、低负荷稳燃能力、飞狄燃进率及低n o x 等方面有 着相当大的优势。我国以引进并投运大型w 型火焰炉6 台，目前东方锅炉厂 引进f w 公司w 型火焰锅炉技术，正在设计6 0 0 m w 的w 型火焰锅炉机组。 可以预见，w 型火焰锅炉在燃用我国无烟煤方面将有着广阔的前景。 2 2w 型火焰燃烧方式的特点 为使低挥发份的无烟煤、贫煤稳定着火和燃烧，需要在着火区保持高温， 加速着火，并有足够长的燃烧行程以利燃尽，因此，在燃烧室顶部布置的u 型或w 型火焰燃烧方式，较好的满足了上述要求。 采用w 型火焰燃烧方式的固态排渣煤粉炉由美国f w 公司首创，脱胎于 早期的u 型火焰燃烧方式，故又称双u 型火焰燃烧方式。以其诸多适合于低 挥发分煤的燃烧的特点，被许多国家采用。 图2 1 是英国b a b c o c k 公司设 计的燃用无烟煤的w 型火焰炉膛 的示意图，w 型火焰的炉膛由下部 的拱型着火炉膛和上部的辐射炉膛 组成。在着火炉膛的水冷壁上敷设 了卫燃带，形成高温区。拱型着火 炉膛的深度比辐射炉膛约大8 0 一 1 2 0 ，煤粉和二次风从炉顶拱向 下喷射，着火炉膛中形成的w 型 火焰的高温烟气刚好回流到煤粉气 流的根部，利于煤粉的着火，当着 火的煤粉气流向下流动扩展，在着 火炉膛的下部与三次风相遇后，再 1 8 0 。转弯向上流动，形成w 型火 焰，燃烧形成的高温烟气进入上部 的辐射炉膛。 w 型火焰的炉内过程分为三个 阶段：第一阶段为着火的起始阶段 誊 图2 - 1b a b c o c k w 型火焰炉膛 煤粉着火和幼步燃烧：第二阶段为燃饶阶 第一章w 型火焰燃烧技术 浙i 1 人学坝i 学“i 它殳 段，已若火的煤粉气流先后与二次风、三次风形式送入的空气强烈混合，剧烈 燃烧；第三阶段为辐射换热和燃尽阶段，燃烧形成的高温烟气向上流动，进入 上部辐射炉膛后，继续以低扰动状态使燃烧趋于完全，烟气与受热i 酊进行辐射 换热。 国内外的实践经验表明，该方式对燃用低挥发分煤是有效的，但炉膛容秋 和形状结构，卫燃带位置与面积，一二次风的配比和风速等因素，都对燃烧有 显著的影响。 w 型火焰燃烧方式的主要特点如下： 。 ( 1 ) w 型火焰燃烧方式的燃烧中心在一次风喷口附近，煤粉喷出后即受 到高温烟气的加热。可提高火焰根部的温度水平，炉拱的辐射和卫燃带也利于 低挥发分煤的着火和燃烧。 ( 2 ) 空气可沿火焰行程逐步加入，易于实现分级配风，分段燃烧，既适 于低挥发煤的着火燃烧，还可以控制较低的过量空气系数及较低的n o x 生成 量。 ( 3 ) 火焰行程较长，煤粉在炉内的停留时间增加，利于低挥发分煤的燃 尽。 ( 4 ) 火焰反转1 8 0 。，使烟气中的部分飞灰分离出来，减少烟气的飞灰 含量。 ( 5 ) 可采用多种燃烧器。 ( 6 ) 负荷对下部火焰中心温度影响不大，负荷调节性能良好，低负荷时 可少投油或不投油。 ( 7 ) 燃用低挥发分煤( v 。尸1 0 1 3 ) 燃烧效率比四角炉切向高2 3 。 克服了四角炉的煤粉火焰邻角路程短角布烟气温度低，残余扭转造成的 热偏差，火炬贴壁结渣等缺欠，更适于燃烧低反应煤。美国f o s t e r - w h e e l e r 公 司，燃烧工程公司( c o m b u s t i o ne n g i n e e r i n g ) ，英国b a b c o c k ，德国m a n 公 司在燃用低挥发分煤时都推荐采用w 炉。如美国f w 公司规定v r 1 3 c e 规 定v r 1 5 ，英国中央电力局( c e n t r a le l e c t r i c i t yg e n e r a t i n gb o a r d ) 规定v r 8 1 0 m ，小容量 锅炉h = 67 m ) ，当挥发份 v 减小时，增大h 。 2 b 2 b 3 拱的深度l 不得小于 3 m ，对于2 5 0 6 0 0 m w 锅炉， l = 3 6 m 。这是为了安装 0 5 0 8 4 5 2 m 标准设计的旋 风分离式燃烧器的需要。 4 z 口4 9 。3 0 5 8 。，当 挥发份v 7 小时，增大么n 。 对易结渣煤，也增大n 。 图3 一lw 型炉炉膛设计尺寸示意图 5 么且= l o 1 5 。 6 锅炉总的炉膛平均热负荷应低于1 0 3 5 0 0 1 1 3 8 5 0 w m 、，但拱下的容积热负 荷可选高一些。 7 对劣质烟煤，炉膛断面热负荷q f 。2 7 9 1 0 6 w m 2 ；对无烟煤，q f 还应 低于2 7 9 x1 0 6 w m z 。 第二章35 2 m ww 型火焰炉热态试验龠浙江大学顾i - 学位论立 8 燃烬室出口烟气流速9 1 0 m s 。 9 热风温度，对无烟煤3 8 0 4 3 0 。 1 0 煤粉细度，要求r 9 0 5 ( v 7 ) 。国外煤粉细度一般为8 5 通过2 0 0 日。 当v t _ 4 5 时，要求煤粉细度需要采用9 0 通过2 0 0 目。 要建立的w 型炉热态试验炉热功率为2 1 3 8 7 m w ，额定值3 5 2 m w 。设 汁煤种为山西阳泉无烟煤，燃煤量为o t 3 o 5 3 t h ，额定值为0 4 8 f f h 。根据以 上原则，选取较小的炉膛容积热负荷，q v = 1 2 8 5 k w m 3 ，从而炉膛容积v 为： 矿：皇堡业一480。26400 2 7 4 m3 (3-6) q ， 1 2 8 5 x3 6 0 0 最后定出炉膛尺寸见图3 2 。 图3 2w 型炉热态试验炉炉膛结构参数 3 4 燃烧器布置及配风参数 本热悉试验炉选用美国b a b c o c k w i l c o x 公司的p a x 燃烧器，在前后炉 拱上各布置一只p a x 燃烧器，可进行w 型炉试验，也可将p a x 燃烧器布置 在前后墙，模拟对冲式炉内燃烧。有关燃烧器结构及配风参数见表3 1 。 3 5 受热面及测孔布置 1 受热面枷置 在燃烧室和燃烬室中各布置两组并联的水冷夹套受热面。总断彰! 力 第三章35 2 m ww 型火焰炉热态试验台浙江人学碳i 学位论史 6 7 2 7 m 2 。其表面敷设卫燃带。燃烧室中卫燃带厚度为8 5 m m ，燃烬室中卫燃 带厚度为6 l m m 。水冷受热面采用强制循环入口水温3 0 。在水平烟道和 尾部烟道上方各柿置一组强制循环的烟气冷却器。在尾部烟道下方分别布置两 组( 高温级和低温级) 管式空气预热器，每级空气预热器的空气侧均为四个流 程，见图3 - 3 。 表3 - 1 燃烧器各次j x l 配风参数 内二次外二次 参数一次风乏气风分级风输送风 风风 风速( m s ) 1 6 92 2 62 8 72 3 31 4 42 0 风率( ) 1 4 53 l3 l71 6 51 4 5 风温( ) 2 2 0 23 4 3 33 4 3 39 3 33 4 3 39 3 3 煤粉浓度 ( k gc o a l k g 0 5 8 4oo0 1 3 4o0 6 4 9 a i r ) 喷口面积d 0 0 8 1 7d 0 1 6 7 1 30 0 1 3 1 2 o 0 0 2 2 0 60 0 7 4 0 8 ( m 2 x 个数) 19 喷口直径 或边长 出1 0 2由1 7 8由2 2 0由5 38 8 x 1 6 0 ( m m ) 2 测孔布鼹 在燃烧室和燃烬室的左侧墙和前墙的不同高度各布置一排测孔，在燃烧室 内前墙沿两个燃烧器的轴线方向布置两排测孔，孔径都为巾7 0 。 3 试验炉特点 为使热态试验炉具有较广的适应性，本试验炉具有以下特点： 1 试验炉的负荷可在6 0 1 1 0 之间调节，燃料适应性较广； 2 炉膛以积木形式分成若干层组装在一起，便于拆卸、改造及检修； 3 燃烧器可以下倾或水平安装，其结构可以改变； 4 停炉冷却后，试验人员可以进入炉膛并对炉膛及其受热谣进行检查和维 修； 5 由于炉墙相对较薄，在炉墙外表设簧保护板： 6 炉顶可以摄像、观察： 7 炉膛四周测孔稚置齐全； 8 热风温度可以调节； 9 煤粉粒度可以调节。 第三章35 2 m ww 型火焰炉热态试验台浙江人学坝i 学位论史 1 分水器2 燃烧区烟气冷却器( 下) 3 燃烧谜烟气冷却嚣( 1 ) 4 燃烬区烟气冷却器( 下) 5 燃烬区烟气冷却器( 上) 6 水平烟道烟气冷却器7 尾部烟道烟气冷却器8 炉前供水 9 集水器1 0 冷却塔1 1 集水箱1 2 给水1 3 击水泵1 4 废水池 图3 - 33 5 2 i d ww 型火焰热态试验炉本体 3 6 热力计算 ( 1 ) 设计煤种：中国山西阳泉无烟煤 煤的元素分析：h y = 2 8 9s = o 7 6a y - 1 9o y = 2 3 6 c = 6 9 0 1n = o 9 9w = 5 t l = 1 4 0 0 ct 2 ，t 3 1 5 0 0 k 蛊“= 1 0 煤的工业分析： v r = 9 0a 8 = 2 0 酷= 2 6 4 0 0 k j 妇 ( 2 ) 燃料耗量b = 4 8 0k g h r ( 3 ) 循环水进水温度f 厶= 3 0 ( 4 ) 循环水出水温度f 五= 9 0 ( 5 ) 周围环境温度t f r = 2 0 ( 6 ) 球磨，贮仓式热风送粉 ( 7 ) 炉膛出口过量空气系数d ；= 1 2 ( 8 ) 炉膛壁i 面积f = 7 8 1 3 m 2 ( 9 ) 炉膛容积v ，= 2 7 3 8 m 3 ( 1 0 ) 其它设定参数 漏j 札系数：口，= 0 0 5 ，a , z 舻= 0 0 3 ，口姗= 0 0 8 ，口 ，= 0 0 6 第三章35 2 m ww 型火： f j 炉热卷试验台浙江人学硕i 学位论殳 选取热损失：q 3 = 0 ，q 4 = 5 ，q 5 = 6 5 ，q 6 = 0 设定炉膛出口烟温：= 1 1 4 0 设定排烟温度：饧= 1 9 0 * c 设定热风温度：i t ， = 4 0 0 为了提高炉内受热面分布的计算精度，本试验炉的热力计算采用两种方法 相结合进行：即在炉膛出口前部分采用分块区域热平衡校核计算方法，在炉膛 出口后部分仍采用常规热力计算方法( 即根据前苏联7 3 热力计算标准) 。应注 意： ( 1 ) 炉膛分成燃烧区、燃烬区及转向室三部分( 燃烧区考虑整个冷灰斗面积) ， 各区烟气定性温度取入口烟温与出口烟温的平均值，其中燃烧区入口烟温 取绝热燃烧温度： ( 2 ) 假定炉膛水冷夹套向火侧外壁面温度为1 0 0 ，转向室散热外壁温度为3 0 ： ( 3 ) 炉膛各区用稳态传热( 烟气辐射传热、炉墙热传导) 方法计算时，调整炉墙 卫燃带厚度，使炉膛出1 2 1 烟温嵋= 1 1 4 0 ： ( 4 ) 为了获得除炉膛外其它换热部件的热力计算结果，采用常规热力计算方法 计算时调整水冷壁卫燃带的沾污系数e ，使炉膛出1 2 1 烟温嵋7 与炉膛部分分 块区域热平衡计算的结果相一致。 1 炉膛出口前部分的分块区域热平衡校核计算 ( 1 ) 计算假定 炉膛传热是稳态的： 在区域l 燃烧过程结束，产物达到平衡； 不考虑耐火材料上扶渣层的影响； 不考虑炉墙上烟气的对流换热： 水冷壁向火侧金属表面温度为3 7 3 k 0 0 0 c ) ； 炉墙外壁面为自然对流冷却： 炉墙辐射系数= 0 8 ： 燃烧气体从区域l 到区域3 为塞状流； 不考虑炉膛区域1 3 之问的辐射： 区域l 到冷灰斗下部的辐射中，在区域l 壁面的温度下区域界面当作黑 体： 假设水j 卜删道烟气冷卸器冷叫在所有区域3 面积中只l j i 很小一部分。 f 2 ) 计竹力+ 浊 将整个炉膛分作三个区域进行计算：1 燃烧室；2 燃烬室：3 转向室。如 2 4 第三章3 5 2 m ww 型火焰炉热态试验靠浙i 工大学坝l 。学位沦立 图3 4 所示，标高h 。和h ：之问均有水冷夹套受热面。作如下考虑： 三个区域分别进行热力计算，从区域1 丌始，至转向室结束； 对某已知入口烟气温度的区域，假定其出口烟气温度t r ，通过热平衡计 算求得该区域总的散热量q 。，： 根据总的散热量q 。，在己知烟气质量流量i n 。自 j r i l l 提下，通过单位烟气 散热量( q 。m 。，) 和烟气温降的关系( 如表3 - 2 ，散热量为零时相当于绝热温 度) ，重新假定出口烟气温度t ，； 重复、直到t ，收敛，( 或调整卫燃带厚度6 使t ，达到某目标值，) 再 转向下一个区域。 图3 - 4 炉膛热平衡计算区域划分 3 计算过程 燃烧室热平衡计算 a 假设燃烧室出口烟温t 。= 1 8 6 6 k ，则燃烧室烟气平均温度为 r s l ：1 8 6 6 _ + _ 2 2 5 5 5 ：2 0 6 0 7 5 k ；并设卫燃带厚度j l 为8 5 3 4 m m ，壁温 正r i = 1 9 8 6 3 k ，水冷夹套金属外壁温t 。= 3 7 3 k ，则烟气向卫燃带的辐射热流 为： ：望掣：塑型婴掣塑_ 2 6 7 1 2 w 1 1 2 ( 3 _ 7 1 y “l 一11 11 一 、。， i + i 1 0 2 0 0 5 + 一0 8 _ 1 式中，o 为黑体辐射常数，占。为烟气黑度，占，为卫燃带黑度。 ：卫燃带向金属的导热热流为： 锥三章35 2 m ww 型火焰炉热态试验台浙江人学坝i 学位论史 a。=；端25410=!蔓3型13三6j2笠5筹41 0 = z a - t w ，”2 ( ，s )q 。耐一点 一，一 ”3 一”11 坩” 。o ， 式中，i 为卫燃带导热系数。 则有q 。zq 。，燃烧室卫燃带热流达到平衡。 单位烟气散热量 烟气温度( k ) 单位烟气散热量 烟气温度( k ) 0 m ( k j k z )o 。m ( k j k 2 ) 0 02 2 5 5 56 9 7 ，81 7 9 2 3 1 1 6 32 1 8 7 28 1 4 1 1 7 0 6 7 2 3 2 62 1 1 5 09 3 0 41 6 2 0 2 3 4 8 92 0 3 8 61 0 4 6 7 1 5 3 2 7 4 6 5 21 9 5 8 81 1 6 3 1 4 4 4 3 5 8 1 51 8 7 6 41 1 9 2 11 4 2 2 1 5 9 5 21 8 6 6 51 2 7 9 31 3 5 5 0 b 冷灰斗下部散热量计算 假设绝热层内壁面温度t 。n 为2 0 4 8 k ，外界温度t l 为3 0 3 k 。 q “2 = s i 。t 。矿( 靠一一焉2 ) = 0 6 0 8 5 6 7 1 0 ( 2 0 6 0 5 4 2 0 4 8 ) = 1 1 9 9 1 w( 3 - 9 ) q：譬掣：t_11991wcond2 5 3 2 1 x ( 2 0 4 8 - 3 0 3 ) 2 丽。、矗r 。1 1 9 9 1 w 式中，s ，s ：分别为冷狄斗下部横截面面积和表面积，盯。为冷扶斗下部的外 壁自然对流换热系数，；为冷狄斗下部绝热层热阻。 则有q 。q 。：冷狄斗热流达到平衡。 c 燃烧室总的散热量 q , o 。= q 。d ixs + q 0 2 = 2 6 7 1 2 3 6 1 2 7 5 + 1 1 9 9 1 = 9 7 7 0 2 4 w ( 3 - 1 0 ) 式中，s ，为燃烧室水冷面积。根据常规热力计算有，烟气质量流罱 m 。= 11 6 3 8 6 k g s ，则至燃烧室出口，单位质量烟气散热量为： 盟一! ! ! ! 丝 “p ， 1 0 0 0x1 6 3 8 6 = 5 9 6 3 k j 姆( 3 1 1 ) 第三章3 5 2 m ww 型火焰炉热态试验台浙江大学顺l 学位论义 根据燃烧室总的散热量为5 9 6 2 6 k j k g ，并查总散热量和烟气温降的关系 表，得燃烧室出口处烟气温度为1 8 6 6 k 与假设相符。 燃烬室热平衡计算 a 假设燃烧室出口烟温t 。= 1 4 9 6 k ，则燃烧室烟气平均温度为0 ，= 1 6 9 1 k 。 并设卫燃带厚度为五= 6 0 7 1 m m ，壁温t 。o = 1 5 3 3 k ，水冷央套金属外壁温 t 。，= 3 7 3 k ，则烟气向卫燃带的辐射热流为： ：堡：! 互! 二堡! ! ：! ：! ! ! ! 车：! ! ! ! ! ：二! ! ! 12 ：2 7 0 0 0 w 州z ( 3 - 1 2 ) l l ，, d 3 1 1 一 1 一 z 1 + 考。1 石面1 + 意。 巳 o 2 0 3 70 - 8 卫燃带向金属的导热热流为： ，= 等2 5 41 0 = 丝2 3 9 器2 5 41 0 翊咖肌2 ( 3 - q 一。3 一点x 一3 一 一3 一川“ 。1 。 则有g 删3 z q 。耐3 ，燃烬室热流达到平衡。 b 燃烬室总的散热量 = g 删3 & = 2 7 0 0 0 3 0 2 4 = 8 1 6 4 8 4 w( 3 1 4 ) 式中，s 。为燃烬室水冷面积。由m 。= 1 6 3 8 6 k g s ，则至燃烬室出口，单位质量 烟气散热量为： 半=丽1793508-10945kj00 1 6 3 8 6 培( 3 1 5 ) ，l 肛f l 。”7 根据燃烧室和燃烬室总的散热量为1 0 9 4 5 k j k g ，并查总散热量和烟气温 降的关系表，得燃烬室出口处烟气温度为1 4 9 6 k ，与假设相符。 转向室热平衡计算 a 假设转向室出1 2 1 处烟气温度t o 为1 4 1 3 k ，绝热层内壁面温度t 。“为1 4 4 6 k ， 转向室烟气平均温度0 ，为1 4 5 5 k ，外界温度t 。为3 0 3 k ，则得烟气向绝热层 的辐射热流为： ：譬螋；塑业宰坐嬖型业：1 1 3 8 w m 2 3 8 wg 刚42 t 。r 一2 t 。f 一。 一+ 土一l! + 二一l 。 ，e 82 0 2 玛10 8 ( 3 - 1 6 ) ：缝：掣坠婴：1136d4 w 肼 g m ”2 r _ = 7 2 t 1 2 ”7 删 瓦皑j 面+ 1 2 2 4 则有q 。d 4zq 。，绝热层的热流达到平衡。 b 假设转向室出口处烟气冷却器壁温t 。，为3 7 3 k 。则烟气向烟气冷却器的 第二荜3 5 2 m ww 型火蚱l ，热态试验仃浙江人学删1 学位呛史 辐射热流为： 钮盯( 磅一) 7 ) = o 8 5 6 7 1 0 一1 4 5 5 4 3 7 3 4 1 = 2 0 2 1 5 2 w ，”， 、 c 转向室总敞热量为： q 3 = q 。d 4 s s + g “5 s 6 = 1 1 3 8 4 5 5 + 2 0 2 1 5 2 0 8 5 = 1 7 7 0 0 8 w( 3 - 1 8 ) 式中，s ，为转向室绝热层内表面积，s 。为炉膛出口横截面积。由m 。f 1 6 3 8 6 k g s ， 则至转向室出口，单位质量烟气散热量为： 坠丝：鱼：! 竺! ! ! ! ! i n ，。 1 0 0 0 1 6 3 8 6 = 1 2 0 3 7 k j ，姆( 3 - 1 9 ) 根据至转向室出口处烟气总的散热量为1 2 0 3 7 k j k g ，并查烟气散热量_ 平1 1 温降的关系表，可得转向室出口处烟气温度为1 4 1 3 k ，与假设相符。 ( 5 ) 计算结果汇总 表3 3 炉膛分块区域热平衡计算结果 参数燃烧室燃烬室转向室 卫燃带厚度6 ( m m )8 5 3 46 0 7 1o 烟气进i n n 度t 。( k ) 1 8 6 61 4 9 6 烟气出口温度t ，( k ) 1 8 6 61 4 9 61 4 1 3 炉壁温t 。，( k ) 1 9 8 6 31 5 3 31 4 4 6 散热量q ( w ) 9 7 7 0 2 48 1 6 4 8 41 7 7 0 0 8 单位质量烟气散热量( r d k g ) 5 9 6 31 0 9 4 51 2 0 3 7 2 炉膛出口后部分的常规热力计算 常规热力汁算采用计算机编程计算，计算主要结果有： 排烟温度 p 。= 1 9 0 热空气温度t 。叫0 6 炉膛容积热强度q v = 1 2 9 k w m 3 炉膛燃烧室截面热强度q f - - - - 9 8 0 k w m 2 锅炉热效率 1 7 ，f = 8 0 1 8 炉膛出口过量空气系数口，= 1 2 详细的热力计算结果结合炉膛时部分计算结果可汇总成表3 - 4 。 3 7 试验炉系统设计 1 水冷卸系统 第二三章35 2 m ww 型火焰炉热态试验台浙江人学烦i 。学旺论史 表3 - 4 热力计算汇总表 炉膛水平烟道 尾部烟道空气预热器 参数符号单位 燃烧室燃烬室 冷却器冷却器上级下级 管径及壁 d 6m m m m4 2 2 53 8 34 0 l5 厚 布置型式水冷央套错列错列错列错列 横向纵向 节距 s i s 2 m n v m m1 5 7 7 48 0 7 66 0 4 0 6 0 4 0 计算受热 面积 hm 26 7 2 75 91 81 0 3 66 9 0 4 进口烟温矿 2 1 5 31 5 9 31 1 4 09 3 l5 2 03 4 6 出口烟温u ”1 5 9 3 1 1 4 09 3 l5 2 03 4 61 9 0 工质进口 t 3 03 03 03 01 9 62 0 温度 工质出口 t 9 09 09 09 04 1 71 9 6 温度 烟气流速 w v m s7 7 59 21 2 19 5 工质流速 w 2 m s o 1 so 1 66 36 2 传热温差a t 9 7 46 5 01 2 21 6 8 吸热量 q 、，k j k g 7 3 1 36 1 3 5 2 6 1 05 1 3 4 2 4 3 3 2 1 2 9 循环冷却 水量 g l s t h r1 41 1 75 0 79 3 2oo 为了模拟炉内燃烧和传热过程，保证炉膛出口烟温及排烟温度，热态试验 炉的炉膛下部燃烧室布置有上、下二组并联的水冷夹套受热面，在炉膛上部燃 烬室御置有上、下二组串联的水冷夹套受热面，在水平烟道布置有一段烟气冷 却器，在尾部烟道布置有一段烟气冷却器。整个系统采用并联强制循环纯水冷 却。设计进水温度为3 0 ，出水温度为9 0 。 热态试验炉水冷却系统的流程为，3 0 冷水由冷却塔下集水箱经循环水泵 上水至分水器，经分水器分流：第一股由下而上经炉膛燃烧室并联的二组水冷 夹套至集水器：第二股由下而上经炉膛燃烬室串联的二组水冷央套至集水器： 第三股山右而左经水平烟道烟气冷却器至集水器：第四股由下而上经尾部烟道 烟气冷却器至集水器：另有一股接炉前冷却水联箱，可接出若干根冷却水篱， 供燃烧过程测量川。l i l 集水器出9 0 * ( 2 热水至冷却塔，经喷淋冷却至3 0 冷水 汇于集水箱。水冷朋系统洋见图3 5 。 根据热力计算烟气冷却要求，选冷却塔容量5 0 m 3 h ，循环水泵容量6 0 m 1 h 压力1 0 m p a 。 第三市3 5 2 m ww 型火焰炉热卷试验台 浙江大学坝i ! 学位论文 l 锅炉炉膛2 燃烧区烟气冷却器( 下) 3 燃烧区烟气冷却器( 上) 4 燃烬区烟气冷却器( 下) 5 燃烬区烟气冷却器( 1 二) 6 水平烟道烟气冷却器 7 尾部烟道烟气冷却器8 空气预热器( 上) 9 空气预热器( 下) 图3 53 5 2 m ww 型火焰热态试验炉水冷却系统 l 环境大气2 空气压缩机3 调节阀门4 储气罐 5 气压表6 除狄供气7 测试供气 图3 - 6 压缩空气系统 2 排污系统 排污系统j 】! 要供停炉及i f 敞时水冷却系统再处f ；! 水摊泻j l j ，排污1 1 1 分水 筇二章35 2 m ww 型火焰炉热恋试验f 浙 【学确1 1 学怔渣殳 器，集水箱及下段炉膛烟气冷却器的下联箱汇于污水池溢流至下水道。可参 见图3 5 。 3 压缩空气系统 压缩空气除供测量装置用气外，还供启动、停炉及事故时吹灰用，根据需 要选用一台6 m 3 m i n 压力为o 8 m p a 空压机备用。详见图3 - 6 。 4 烟风系统 送风系统：空气由送风机总风道送入空气预热器，空气预热器分为两级， 额定热空气出口温度为4 0 0 。从空预器来的总j ) 【l 道将分别接至一次风、二次 风和燃烬风。接至次风的管道在与山给粉机送来的煤粉混合后，送入p a x 燃烧器一次风进口。二次风管道一部分作为分级风从两侧墙引入炉膛，另一部 分送入p a x 燃烧器二次风进口。燃烬胍管道分别接至炉膛两侧的喉部，送入 炉膛，加强煤粉的燃烬。 送风机选用风量为9 4 4 5 m 2 h ，压头为6 0 9 0 p a 其风量选用有很大的裕量， 目的是为满足超负荷运行及燃烧器冷态试验工况选择的需要。 烟风系统：燃烧产生的烟气经炉膛烟气冷却器，水平烟道烟气冷却器，尾 部烟道烟气冷却器及空气预热器后离开锅炉至除尘器，经除尘器除尘后经由引 风机进入烟囱排入大气。 引风机风量选用2 2 0 5 0 m 3 h ，风压2 1 1 0 p a ，其容量也有较大的裕量，除尘 器初步选用旋风除尘器，除尘效率在8 0 以上，处理烟气量2 0 0 0 0 m 3 h ，阻力 5 0 0 6 0 0 p a ，以后根据情况拟采用电除尘器。烟囱高2 0 m ，直径6 5 0 m m ，采 用钢结构。烟风系统详见图3 7 。 5 制粉系统 按系统图( 图3 8 ) ，原煤经破碎机破碎后进入煤斗。再经给煤机进入磨煤 机，磨煤干燥介质从热烟气发生器来。磨煤的热烟气发生器为一烧油的管状炉， 产生的热烟气作为磨煤干燥介质。磨制后的煤粉进入粗粉分离器，经分离后， 粒度不合格的煤粉经回粉管返回至磨煤机再次磨制，粒度合格的煤粉再进入细 粉分离器。经细粉分离后的煤粉进入煤粉仓，而含少量细粉的气流从细粉分离 器上部中心引出，由吸尘风机送入除尘器除尘后排入大气。磨煤机拟选用钢球 毖煤机，其出力为5 0 0 k h ，磨煤细度为0 3 2 5 目。 1 6 油系统 油系统主要供应烧油工况时供油和点火用油，油喷咀之前的油压可辟j 汕泵 出e l 回油管的压力调节阀( 油溢流阀) 调节凹油量控制，至左右侧墙的油管路上 均有阀门及流量表。油罐的有效容积为1 3 m 3 ，油泵选用送油量为1 1 m 3 h ，压 力为1 4 5 m p a 。详见图3 - 9 。 7 热工监测系统 本试验台架的试验结果是为今后w 型锅炉实际应”j 提供设讨及运行参 箱三章35 2 m ww 型火焰炉热志试验 浙江人学坝i 学位沦殳 数，因而要求有较完整的测量项目，包括各介质的压力、温度、流量，空气预 热器出口烟气中的氧量、可燃气体含量及飞狄含碳量，以及其它一些影响安全 运行的参数，包括粉仓粉位高度、循环冷却水集水器水位、炉膛出f j 的烟