（环境工程专业论文）脱硫系统对锅炉内爆影响的数值计算和模拟试验研究.pdf

摘要 摘要 烟气脱硫装置已经成为除了锅炉、汽轮机和发电机量犬主机以外，电厂又一个主嚣设备。电站 媒粉锅炉如装烟气残硫系统簧，必须串联增压风机或者采用高压头引风枫，才能将烟气排出系统。 锅炉“内撩8 是指当锅炉薅火或者高压燕g l 菇祝误搡作辩，锅炉系统肉瞬闻产生敕受援太高，超过 炉墙承受服力，并对炉墙造成破坏的锅炉事故。国内锅炉由于加装脱硫系统而采用高臌头引风机， 这增大了“砖爆”发生的辫能性。 本文蘧逄了锅炉全系统的三维数学横麓，对带有脱虢祭统锅炉静“爽堞”进行了横掇试验研究， 以及对有，无脱硫系统的1 0 2 5 t h 锅炉的“内爆”分别进行了数值计算，漂统地研究了脱硫系统对锅 炉“内爆”的影响，提离了“内爆”的认知水平，为“内爆”赡范提供了有益的建议。 考虑7 瓣流受燕露营邀、烟气变锈馊，菇祝等霹素对流场的影嚷，建立了包含妒戴粒烟道懿全 系统三缏非稳态数学模型。计算区域以燃烧器出口为入翻边界，以风机出口为出口边界。应用多孔 介质算法对烟道内部结构逑行箍化处理。假设竖井烟道和承平烟道为备淘同性多孔夯蔗，空气预熟 箍为各潜舞往多毳奔震，g 入体积藐藤搴袭征滔遵和空气鬏熟器内按熬鬣静存在嚣薪蠢戆体积傍壤。 对多孔介威的动量方程和能量方程进行修正，使其符合烟气在烟道和空气预热器内流动和换热的特 征。湍流模型采用知占横毅，辐射换热袋用p - 1 模型，煤粉颗粒运动采用拉格朗日模激。 建立了萃 l 最瓿毒鬣、受压运霉静燃冀试验炉。试验簸抉速錾燃辫、延时断然辩、举溺受蔫下 快速断燃料、快速断燃料的同时关小进气阀门、同时切断燃料和风机电源等工况，对锅炉加装脱硫 系统前、艨的压力特性进行了模拟试验研究。研究得出：快速切断燃料詹，系统在0 3 $ 内产生最大 受压，冀巾炉蓬囊压变诧襁廑最大，g l 菇搬入墨囊垂交纯梅度最枣# 甥新然辩焉懿嚣孝溺越长，炉建 产生的最犬负压越小，鼠来得越晚；切断燃料的同时减少进风量，增大炉膛产生的最火负压；同时 切断燃料和引风机电源，炉膛产生的最大负压不会因风机断电而减小。比较加装脱硫系统前、后的 攘藏试验数撵，结果表瓣：鸯于簿翅阻力增大磊采爱囊嚣头 l 最撬，搜炉艟在各工况节产生豹最大 负压都增大。 运用建盘的数学模型对试验工况进行数值计算，计算值与试验结果进行比较，误藏较小，证明 霉菝瘟嗣鼗镤型霹旗炉“蠹撵”送行深入耢究，淤1 0 2 s t h 锈炉鸯计算慰象，对锅炉“疼簿”避疗7 非稳态教假研究。研究得出：熄火后，烟气温度的下降、水蒸气含量的减少、二氧化碳含量的减少 引起的烟气质量的降低、送风速度小于引风机引风速度，导致了锅炉在0 a 5 s 内产生最赢负压。炉膛 由于箕烟熙涯度帮组分变他蕞侠，产生豹受篷最大，箕壤夫子雩l 嚣壤套疆头，毽陵鼗煤辩闯撩长， 此规律将发生改变。锅炉负荷越低，熄火衙炉膛产生的最大负压值越小，“内爆”产生的可能性越小 i 东南大学博士学位论文 锅炉容量越小，熄火盾炉膛产生的般大负压值越小。锅炉主燃料跳闸后，关闭次风，加大了锅炉 “内爆”产生戆可蘸瞧。 以加装了脱硫塔酶1 0 2 5 c n 锅炉为计算对象，对锅炉“内爆”进行了非稳态数值研究。研究精聚 表明t 加装脱硫系统艏，采用高服头引风机，导致熄火后炉膛产生的最大负压慎增大，且产生的时 窝撬摹，更客磊产生“建溪”事簸。就援露夔聪巯塔疆鸯熬增文蕊愈麴璎要。麟潆簿魏辩羯熬长， 炉臆产生盼最大负艇越小，且产燕襻越晚，但加装脱硫系统螽，必须采用更长盼时间去切断燃料， 才能减小“内爆”产生的可能性。加装脱硫系统艏，主燃料跳闸切断一次风导数炉膛产生的负臌磁 夫，“内蘑”产生静胃姥整遥蠡。热装怼藏系统詹，在强囊蔫热火锻炉产生4 蠹臻”魏霹鸵挂氇增耱， 关镶t 词：锅炉内爆；锅炉烟风蔗统；烟气脱硫艨统；锅炉熄火；多孔介质；非稳卷模拟；锅炉攀 教 棱拉试验 娃 些! 堡丝! a b s t r a c t 曩l ed e s u l p h u r i z a t i o nt o w e rh a sb e e nt h ef o u r t hr r m i ne q u i p m e n ti np o w e rs t a t i o n ；t h eo t h e rt h r e e m a i ne q u i p m e n t sa r eb o i l e r , t u r b i n ea n dg e n e r a t o r a f t e rb e e ne q u i p p e dw i t ht h ef l u eg a sd e s u l p h u r i z a t i o n ( f g d ) t o w e ri nb o i l e r , ab i g g e ri n d u c e dd m rf a n ( i df a n ) o rab o o s t e rf a nm u s tb eu s e d t oe x h a u s tf l u e f u r n a c ei m p l o s i o ni sd i f i e r e n tw i t he x p l o s i o n ，o rt h e r ei sf e wm a t t e rb l o w su pi nb o i l e ri nf a c t af l a m e o u t af a u l ti dc o n t r o ls i g n 甜w o u l dl e a dt o 黼a b r u p tn e g a t i v ep r e s s u r ei nf u r n a c e i ft h ep r e s s u r ei sb i g e n o u g h 协e x c e e d t h ee n d u r a n c e o f b o i l e r w a l ka n d t h e w a l l c o l l a p s e d t o w e d i n s i d e 。豫# 端 d 鹏l i k e t h i sa f oc a l l e di m p l o s i o mf r o mt h ec o n c e p to fi m p l o s i o n , i ti sc a nb ec o u c l u d e dt h a tt h ep o s s i b i l 时o f f u r n a c ei m p l o s i o ni si n c r e a s e db e c a u s eo f f g d t h r e ed i m e n s i o n a lf 3 ，d 1m o d e lo fb e i l e rs y s t e mi sb u i l ti nt h ep a p e r ；t h et e s ts i m i l l a t i o nr e s e a r c ho n b e i l e ri m p l o s i o t h em a n e r i c a ls i m u l a t i o l lo f1 0 2 5 t hb o i l e r , t h em a n e r i c a ls i m u l a t i o i lo f1 0 2 5 f f hw i t ha f g dt o w e ra r ep e r f o r m e di nt h ep a p e r b a s e do l lt h e s ef e s e 燃h e s t h ee f f e c to f t h ef g ds y s t e ml of u r n i g o e i m p l o s i o ni ss t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h ea i mo ft h et h e s i s i st oi m p r o v ek n o w l e d g eo fi m p l o s i o na n dt o p r o v i d es o m eh e l p f u la d v i c e st oa v o i db e i l e ri m p l o s i o ni nc h i n a 3 dm o d e lo f b o i l e rs y s t e mi sb u i l ti nt h ep a p e r l o o kt h ea n t r e n e eo f c o m b u s t o r 鹞e r r r a n c eb e t m d a r y , a n dt h ee x i to f 玎f a na se x i tb o u n d a r y u 辩p o r o u sm o d e l 韬s i m p l i f yt h e 秘| e fc a v i t ys t r u c t u r eo f d u c to r a i rh e a t e r c o n s u m ci n n e rs t r u a t u r co fd u c ta si s o t r o p i cp o r o u sm e d i a na n do o n s u l n ca i rh e a t e ra s a n i s o t r o p i cp o r o u sm e d i a n u s ep o r e s i t yt oi n d i c a t et h ee x i t i n ga n dt h ep r o p o r t i o no ft h eh e a t i n gf a c e w i t h i nd u c ta n da i rh e a t e r c o r r e c tt h ee n e r g ya n dm o m e n t u me q u a t i o no f p o r o u su s i n ge m p i r i s t i ce q u t i o n , t o m a k es l l 糟t h e p o r o u s m o d e l m e e t t h e c h a r a c t e r o f f l o w o r h e a t e x c h a n g i n g o f f l u e ，k - fm o d e l i s u s e d i n p a p e r , a n dp lm o d e li su s e dt oc o m p u t er a d i a t i o n l a g r a n g em o d e l i su s e d 协c o m p u t et h et r a c ko f c o a l p a r t i c l e a b o i l e r w h i c h n m s i n n e g a t i v e p r e s s u r e b u m s g a s f u e l a n d b ee q u i p p e d w i t h a n i d f a n , i s b u i l d i n t h ep a p e rt os t u d yt h ec h m a c t e r i s t i co fp r e s s u r ec h a n g e t e s ti sp e r f o r m e di nf o l l o w i n gc o n d i t i o n s , f a s t t r i p p i n gf u e l ，r a m pt r i p p i n gf u e l , c l o s i n gt h ev a l v e 蠢a l fi n l e ta sf a s tt r i p p i n gf u e l ，t r i p p i n gt h e1 df a na s f a s t 订i p p i n gf u e l t r i p p i n gf u e l i nd i f f e r e n tf u e ll o a d 霸罅r e s u l t ss h o w ：f a s tt r i p p i n gf u e l ，m a x i m u m n e g a t i v ep r e s s u r ei sc r e a t e di no 3 s e c o n d a n dt h eb i g g e s tp r e s s u r ec h a n g et a k e sp l a c ei nf u r n a c ea m o n g w h o l es y s t e m ；t h el o n g e rt i m ei su s e dt os h t i to f f t h ef u e l ，t h es i n a i l e rt h em a x i m u mn e g a t i v e p r e s s u r ci sg o t ； s h a t t i n go f f t h ep o w e ro f l df a nw h i t et h ef u e li st r i p p e d , t h ef a ni ss t i l ls u c k i n gt h es y s t e m , t h em a x i m u n l p r e s s u r ec h a n g e si nf i l r n a c ei sn o td e c r e a s e db e c a u s eo ft r i p p i n gt h ei df a n 。w h i l ew h e nf g ds y s t e mi s u s e di nt h eb o i l e r , t h eb i g g e ri df a nl e a d st ob i g g e rf u r n a c en e g a t i v ep r e s s u r ea p c rf l a m e o u ta ta l lt o u c h e d c o n d i t i o n s f i n a l l yc o m p a r e dt h et e s td a t aa n ds i m u l a t i o nd a t a , t h ee r r o ri ss m a l l 。w h i c hp r o v e st h em o d e l b u i l ti nt h ep a p e ri sc o r r e c t e da n dc a nb eu s e dt or e s e a r c hd e e p l yo l li m p l o s i o n b a s e do nt a i c a n g g a n gp o w e rs t a t i o n1 0 2 5 t hb o i l e r , t h eu n s t e a d ys i m u l a t i o ni sc o n d u c l 憩e c o n c l u s i o ng o tf r o ms i m u l a t i o ni st h a t ：a f t e rf l a m e o u t , t h ed e c r e a s eo fp r o p e r t yo fh 2 0 t h ed e c r e a s eo f t e m p e r a t u r e ，t h ed e c r e a s eo ff i n ed e n s i t yf o rt h ed e c r e a s eo fp r o p e r t yo fc 0 2 ，t h ep h e n o m e n o nt h a tt h e v e l o c i t yo fs e n d i n ga i rl o w e rt h a nt h a to fp r e s s u r el e a dt ot h en e g a t i v ep r e s s u r ei nf u l m a c e - a m o n gt h e s y s t e m , b e c a m et h ec h a n g e so f e l e m e n tp r o p e r t ya n dt e m p e r a t u r ei nf u r n a c ep , r eb i g g e s ta n df a s t e s t , a m o n g t h ew h o l es y s t e mt h eb i g g e s tn e g a t i v ep r e s s u r e “e de x i t si n 蠹m l a c e 。弧l ep r e s s u r ei sa l s ob i g g e rt h a n m a x i m u mp r e s s u r eo fi df a ni nc o l ds t a t e w h i c hs h o w st h ep o s s i b i l i t yo fi m p l o s i o ni nf l l m a i sb i g g e s t t h el o n g e rt i m eu s e dt ot r i pf l u e ，t h es m i l e rn e g a t i v ep r e s s u r eh a p p e n e di nf u r n a c e ，t h el a t e rt h ep r e s s u r ei s c r e a t e d t b es m a l l e rl o a do f b o i l e rh a p p e n e df l a m e o u t , t h es m a l l e rn e g a t i v ep r e s s u r ei sc r e a t e d ，t h es m a l l e r b o i l e rh a p p e n e df l a m e o u t , t h es m a l l e rn e g a t i v ep r e s s u r ei sc r e a t e d 。a f t e rm f t , t h e 西m a r ya i ri ss h u td o w n w h i c hl e a d st ot a k ep l a c ei m p l o s i o nm o r ee a s y l y u u s t e a d ys i m u l a t i o ni sc o n d u c to nt h e b o i l e rs y s t e mw i t hf g ds y s t e m t h ec o n c l u s i o ns h o w s ： i i i 农鬻大学博士学蕴论文 c o m p a r e dt h ec o n d i t i o no ft h ep r e - e q u i p p e da n dt h ee q u i p p e df g ds y s t e m , n e g a t i v ep r e s s u r ec r e a t e di n f u r n a c ea f t e rf l a m e o u ta r eb i g g e ra n dc r e a t e de a r l i e rw h e nb o i l e ri se q u i p p e df g ds y s t e ma n du s i n gb i g g e r i df a n t h i st r e n db e c o m e sm o r eo b v i o u sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ef g ds y s t e mr e s i s t a n c e b e c a u s eo f c r e a t i n gb i g g e rn e g a t i v ep r e s s u r e ，i tm u s tb eu s el o n g e rt i m et ot r i pf u c lt od e c r e a s et h ei m p e s s i b i l 姆o f i m p l o s i o ni fr a m pt r i p p i n gf u e li su s e dt op r e v e n ti m p l o s i o n a f t e rm f t ，拄i p p i n gp r i m a r ya i rl e a d st oa b i g g e rf u r n a c en e g a t i v ep r e s s u r e ，w h i c hp r o v e st h ep e r f o r m a c ei sm o r ep o s s i b l et oi n d u c ei m p l o s i o n 。 f l a m e o u ti nl o wf u e ll o a d , t h en e g a t i v ep r e s s u r ec r e a t e di nf u r n a c eb c c a r a eb i g g e rb e c a u s eo ft h ef g d s y s t e m , f l o t h e p o s s i b i l i t y o f f u m a c e i m p l o s i o n i sa l s o i n c r e a s e d a f t e r e q u i p p e d f g d k e y w o r d s ：f x w l l a c ei m p l o s i o n ；b o i l e rf l u eg a ss y s t e m ；f g ds y s t e m ；b o i l e rf l a m e o u t ；p o r o u sm e d i a n ； u n s t e a d ys i m u l a t i o n ；b o i l e ri n c i d e n t ；e x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o n 撑 主要符号表 英文惹孽 多孔介质横向截掰税，m 2 b惯性系数 。 熬馨，j o , g k ) q 瞥道形状系数 乞，岛，噬，q 游滚壤黧串戆霉羲 d 崴径，m 蟊 当鳖盏径，m 砟 颗粒直径，r l t i 坟空气预热嚣转子内径，l u ， 滟念分数 混合分数时均值 g黧隽黯速度，拄帮 表面式对流换热系数，w ( m 2 - k ) 岛体积对流换热系数，w ( m 3 - k ) 蠢， 流体的焓，j k g 吃劂体的烩，j k g 蟊 戆，瓣 ， 辐射强度，w m 2 k 滚动能，m 2 s 2 k e r有教导热系数，w ( m k ， 乏 麟体骨架稳定，k 弓 潮气湿度，k 主要符号表 v 岛 流体滞动导热祭数，w ( m - k ) 毒弥教导热系数，w ( m k ) t 豳体导热系数，w ( m - k ) k p 渗透率 长度，m 三 行程长，m 蹦 震量，堍 啦 管道排数 n u 努塞尔数 p惩力，p 鞋 p r 普朗特数 g 辏舞熬渡董，热 q体积流量，m 震 遣用气体常数，j ( m o l 酗 r e 雷诺数 r h 水力半径，m 流体焓源项，j & g 固体焓源项，j k g 簿阉，s 烟气温度，k 烟气流速，m s 达西流速，n - d s 醪霹 ， f 龆 东南大学媾士学彼论交 u 煅气速度，m ，s 湿周捌妖，m ， 烟气速度，m ，s 嚣妒怒容获，费 番骚字母 拶 数鸯雩系数 睇 嘲球颗粒常数 羔接触瑟爝艇，拯 静 烟慧巍逮，m l s 夕转挠园子 宣 瓣动能扩散攀，赫妒 孟 撼热系数，w i ( m - k ) 辍尧袋装 拶 黢瓣系数 动秀豁寝，p a s p 运动粘魔，m 2 ，s 萨褒霞，姆0 孔辕率 q球形废，比表面积 辨 弯整囊 筝 是帮隧宓蓑鼗 v i 东南大学学位论文独匐性声睛 本人黟疆所呈交的学位论文是我令入在导爆援导下进行静磷究工佟及取得兹硗究成 果。尽我所知，除了文中特剐加酸标注和致谢的蛾方外，论文审不包含其他入已经发表 或撰写避的研究成果，也不包含为获得东南大学溅其它教育机构的学位或证书而使用过 豹材料。簿我一网工弦瓣潮志对本研究麝徽鹩任侮贡献均已在论文中痒了明确的说甥并 表示7 谢慧。 研究生签名：网翳： 东南大学学位论文使用授权声明 东南犬学、孛嚣辩学技术蔼惠磷究激、国家聪聿荸馆有权探黧零久掰送交学位论文懿 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他黧制手段保存论文。本人电予文档的内 容和纸威论文的内容棚一致。除在保密期内的保密论文强，允许论文被查阕和借阅，可 戳公毒( 氆捂程登) 论文懿全都或部分悫容。论文瓣公枣( 彀攒稍登) 授权东鸯大学磅 究生院办遵。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 1 1 课题背景及意义 第一章绪论 目前火电厂烟气排放标准很高，国内更多的电站锅炉增设烟气脱硫装置来控制二氧化硫气体的 排放。脱硫装置阻力较大，锅炉需采用高压头引风机或者额外串联增压风机才能将烟气排出。文献 解释“内爆”就是当主燃料中断或者高压头引风机发生误操作后，炉膛负压迅速升高，超过炉壁 承受能力时，出现炉壁由外向内坍塌的事故。根据“内爆”定义可知，锅炉加装脱硫装置后，增加 了“内爆”产生的可能性。 1 1 1 “内爆”事故历史事件 锅炉“内爆”事故在国外数次发生。最早的“内爆”事故是在上世纪七十年代初美国的一台6 0 0 m w 燃油锅炉上发生的。随后，美国又报道几台电站锅炉发生了“内爆”事故，事故后的修理持续时间 从几天到几个月，给电厂带来了巨大的经济损失例。 福斯特惠勒公司唯一经历的“内爆”事故是在一台6 5 0 m w 燃煤锅炉上发生的，空气预热器 前的一段烟道发生了倒塌。之前，该锅炉还发生过一次风机联动装置失灵的事故，炉膛出现了- 5 9 7 6 p a 的负压，但没有引发“内爆”事故。在这两次事故中，尽管炉膛的结构设计压力仅有= l 3 7 4 3 p a ，却未 受到损坏。倒塌的烟道立即被修复并略予加固，当主燃料切断时，锅炉没有再发生“内爆”事故”j 。 1 9 9 4 年，美国g a v i n 电站的燃煤锅炉发生过“内爆”事故。错误的控制信号把引风机导叶全部 打开，锅炉熄火并关掉了几个送风机的挡板。送风量不足、锅炉熄火以及引风机吸力增大导致锅炉 产生的负压高达一1 3 1 0 0 p a ，结果炉膛上部被压塌。 1 9 7 7 年，苏格兰i n v e r k i p 电站燃油锅炉多次发生过“内爆”事故。其中一事故，当引风机进口 负压达至l j - 4 0 0 0 p a 时，风机控制装置没有及时地采取保护，主燃料跳闸，炉膛负压瞬间达一7 5 0 0 p a ， 超过引风机的最大吸力5 6 0 0 p a ，结果燃烧器上部的炉壁发生了变形，但没有坍塌州。 1 1 2 导致锅炉可能产生“内爆”的主要因素 1 1 2 1 锅炉尾部加装脱硫系统 随着电力工业的迅猛发展，燃煤引起的污染 物排放也越来越严重。在2 0 世纪5 0 年代，全国 3 0 0 0 煤炭消耗量为2 0 0 0 - - - 1 0 0 0 0 万吨，s 0 2 排放量为 5 0 - 2 0 0 万吨；在6 0 - 7 0 年代，煤炭消耗量为 1 0 0 0 , - 4 5 0 0 万吨，s 0 2 排放量为3 0 0 - 7 0 0 万吨j 髫2 0 0 0 自1 9 8 0 年开始，煤炭年消耗量达8 0 0 0 0 万吨， n 二氧化硫的排放量为9 0 0 1 5 0 0 万吨。火电厂s 0 2 嘲1 5 0 0 排放总量在全国s 0 2 排放总量中所占的比重不断薹，。 增大，1 9 9 5 年火电厂排放的s 0 2 约占全国排放量蒙 的4 3 ，到2 0 0 2 年已达到5 0 0 6 ，预计到2 0 1 0 年 5 0 0 将增加到6 0 n , 6 以上p j 。由图1 - 1 可以看出我国1 9 9 5 年s 0 2 排放量为2 3 4 l 万吨，超过美国当时的2 1 0 0 1 9 0 41 0 9 61 9 0 82 0 0 02 0 0 22 0 0 4 万吨，此后s 0 2 排放量有所减缓，但2 0 0 3 年后 图1 1 中国s 0 2 年排放量 又有所回升，我国s 0 2 排放已达到2 1 6 7 万吨，居世界首位，比2 0 0 0 年增加8 6 ，其中火电厂s 0 2 排放量约为1 2 0 0 万吨，超过我国s 0 2 排放总量的一半。按照目前的发展态势，到2 0 1 0 年，随着装 机容量的增长，中国的煤炭消费量将增加到2 2 亿吨左右，其中火电厂燃煤量约1 4 亿吨，s 0 2 产生 总量将达约3 5 0 0 万吨，其中火电厂s 0 2 产生量将达2 2 0 0 万吨左右。火电厂烟气脱硫已成为控制我 国大气污染的关键p j 。 东南大学博士学位论文 s 0 2 的大量排放会对环境和人类产生极大的危害，目前中国悬仅次于欧洲和北美的第三大酸雨 区，敬雨垂积大约占固土赍源的3 0 n ，有关资料揩i 彗，1 9 9 5 年我霪s 0 2 和酸疆污染所造成的缀济 援失爨选1 1 0 0 多钇嚣入琵零，接遥豢跨蓬家经济蕊产篷熬2 ，s o ：造成懿经漭攒失邑这羁5 0 0 0 人 民币吨左右( 国外对s o ：造成的经济损失评估为3 0 0 0 美冠吨) ，s o ：的污染控制问题亟待解决p l 。 随精环境闯题在全球范围内越来越突出，世界各阑也纷纷加大了环境治理的力度。烟气脱硫技术 ( f g d ) 是目前控制s 0 2 排放最有效和应用最广的技术，全世界融宵十五个以上的国家和地区成用 了黢毓装置，其设备容量相当予2 砣5 亿k w ( 电懿装祝容重) ，每年去除s 0 2 达到1 0 0 0 万堍删。在 工鼗发达国家，烟气脱硫装量静疱掰发晨穰绥。嚣本是世界最举丈规模应露脱虢装置的国家，基 本在1 9 7 0 年安装的烟气脱硫装置不到1 0 0 套，但到了1 9 8 7 年就达到了5 0 0 多套，1 9 9 0 年更是迭捌 1 8 0 0 密，总装机容薰选0 5 o 6 亿k w ，处理烟气蕨能力为1 7 亿一l l ，其中火力发电厂脱硫设备8 3 套，处理烟气量能力为7 0 0 0 万m a h ，占全部烟气藏的4 1 。美嗣是世界上采用脱硫系统最多的嗣 家，强1 9 9 0 年褒，蹩嚣运轷戆裁硫蒜缓慧套量势7 1 7 5 2 m w ，占燃煤电厂骞璧熬2 0 。, 6 鞋瑚。 根据我国火电络构，在不更换锅炉的情况下，来来相当长的时闻内，火电厂铺炉尾部烟气脱硫 仍然是控制排放s 0 2 的主要途径。2 0 0 0 年底我国电厂脱硫装机容纛是5 0 0 万千瓦，2 0 0 2 年是脱硫行业 迅猛发展的一年，当年火电厂脱硫的合同总量超过丁我国几十年的总和。由于2 0 0 3 年全国性的缺电， 2 0 0 4 譬丈量薪枧组上马，聪藐市场麓速发展，市场帮发量近l 亿千嚣，篪硫市场最糯爆发式约增长。 截囊委2 0 辨年瘫，龛蓬投入运行豹耱硫捱维丈势1 5 0 0 万千瓦，g j 3 0 0 0 多万千瓦装褫容量豹烟气聪虢 设施证在施工建设，是2 0 0 0 年前全豳脱硫工程总装机容量的1 3 倍，全部已建、谯建和已经招标的脱 硫机组，已经超过1 3 亿千瓦，绝大部分是新建扩建机组，老机组的脱硫速度较慢。2 0 0 5 年全国的脱 硫市场约有1 亿千瓦，与2 0 0 4 年的市场相当，而老机组的比重将上升到一半左右l l w ，按照“两控暇” 二裁诧虢慧量控铡静要求，全国电力劐2 0 l 睥霉安装燔气麓巯装鬟褥1 8 0 台，2 6 2 8 l o 年魏毒 1 7 3 0 0 m w 机组容鬣需安装烟气脱碱装置，在今屠十年中脱硫市场以3 0 0 0 - 4 0 0 0 m w 自g 的速度增长 0 1 1 e 根据国家电力规划，可见未来1 5 年内有4 7 亿千嚣的脱硫市场。根据中国电力众业联合会2 0 0 7 年 统计，r 2 0 0 6 年新投邂及建成的脱硫机组( 不包括循环流化床锅炉) 约1 1 0 5x1 0 8k w 。截j 止2 0 0 6 年 底，全国火电厂烟气脱硫辊组容量约1 1 6 x 1 0 8 k w ，约占全国嶷电机组容量的3 4 ，与2 0 0 0 年摆比， ：营汝y 3 0 倍1 2 1 。 由上述介绍可知，锅炉加装脱硫系统已经成为了发展趋势。以石灰石一石膏漫法脱硫系统为例， 如图1 - 2 所示，烟气在该系统中流缝的设备有喷淋塔、气气换热器以及喷淋塔内的除雾器，这赡设 备额外给锅炉烟风篆统带来了大约3 5 0 0 p a 的阻力。对于老电站用户，原来的引风机已经不能提供足 够戆疆头，来竟服毅壤抽匏麓蘸系绫豹阻力，在瓣鸯设备不进行改造懿情况下，颧癸串连了罐器热 图l - 2 烟气脱硫系统 2 第一章绪论 机。采用增压风机有增加设备维护、占地空间大、维护费用高等缺点i l ”。为此，对予新建的电站， 可采用单一高压头引风机来克服脱硫系统的阻力。无论是增压风机还怒高压头引风机，在燃料熄火 簿，都对炉建增翻了吸力，罐大了“内媾”熬虿薤性。麓舞学者d a a i e | t ”i 、r g a d a m s f 4 ，j a m e s ! “l 旱在多年前就认识蓟了遮点 1 1 2 2 采用高压头引风机 在锅炉芷常运行时，连续地将燃烧所嚣的空气送入炉膛，并将燃烧产物排出的过瑕称为锅炉的 透风过纛。机褫透最过强分为平衡式逶藏、正垂逶最弱爨嚣逶酪。瓣舞毫薅锈炉萋零主都采耀斡 是平衡避风。如图1 3 h 6 惭示，平衡通风啦装有送风机和引风祝，耐用邀风机压头来壳濂风道及燃浇 设备中全部通道的阻力，利用引风机压熬来克服全部烟道阻力，炉膛出口微负压运行。黼外发生“内 爆”的锅炉都采用的是平衡通风方式”j 。芷压通风和负旅通风一般用予燃油和燃气锅炉。或者有特 殊燃烧条佟鲍小型锅炉。兹压透风方式农锅炉烟风系统串只安装送风枫，翅道弱风道郝芷压运行。 采餍正撬遴最兹锈炉，鄄馒燃辩熄灭，瞧苓会产生4 连臻”事最 l j 。 图l 椿平衡式锅炉通风示意图 1 炉膛水冷壁；2 - 过热器# 3 埠 热器；舢省煤器；5 空气预热器 6 汽包；7 下降管；8 燃烧器；9 排渣装繁；1 0 - 联箱；l l 埝煤机；1 2 一磨煤枫；1 3 排粉机；1 4 送风机；1 5 司 风机；l 西降尘器；1 7 餐缫嚣癌器联箨；l 釉避热蒸汽 1 9 穗承；2 0 - j 睦e l 箨熬蒸汽；2 1 瓣嚣筹燕蒸汽；2 2 一捧翅 锅炉容量越大，排烟阻力也越大，引风机的压头也越高。2 2 0 柏锅炉的排烟阻力为2 0 0 0 p a 左右； 1 0 2 5 t h 锅炉的排烟阻力为2 7 0 0 p a 左右，其引风机设计愈压头为5 3 2 0 p a 左右；2 0 8 0 t h 锅炉的排烟阻 力为3 0 0 0 p a 左右，引风机设计全压头为6 3 0 0 p a 左右l j ”。钱涛发电有淑赞任公司2 号帆组4 2 0 t h 锅 妒，魏装瓣虢系统爱未鬻爨增压最瓿，薅是零l 蒡l 毫基燕g l 藏极亲竞骚裁藏系统阻力，g l 嚣瓤夔全压 头秀$ 2 5 5 p a l l 鞋。压头越离，性能益线越陵峭，烟气负荷稍有减少，引风机就会对炉膛产艇大的吸力， 因而增加了系统的不稳定性。在锅炉熄火时，也加大了“内爆”的可熊性。 1 1 2 3 锅炉大型化 发达鬻家已经广泛采瓣超超瞧雾糗缀，箕发电量鑫煤龟戆4 0 - 6 0 t 2 8 i 。鑫翦，我謦媒毫也琵 向高参数、太容量、离效攀、低能耗和低污染的机组发麓。在2 0 0 3 年束，国内首台革机容量为9 0 万千瓦超临界燃煤发电机组，在上海外商桥电厂二期工攫中并网发电。2 0 0 4 年1 1 月到2 0 0 5 年9 月 全国共签订了8 台1 0 0 万千瓦超超临界机组。2 0 0 4 年到2 0 0 5 年6 月我国发电设备三太集团公司接 到1 3 5 台6 0 万千瓦超峨赛瓤维。2 0 0 6 年8 胄1 8 丑，圈产善台1 0 0 万乎嚣超超牾界规缀，华能玉环 龟| 广一号镄妒善次点火藏麓。华毙玉环嘏厂援鞠装辊窖攫为4 1 0 0 万千甄超超摇赛燃煤辊缀，一期 建设二台1 0 0 万千瓦机缀，是目前国内革机容量最大、运行参数最高的燃煤发电机组。国家已经确 3 东南大学博士学位论文 定发展超临界机组为今后一个时期的藿点之一，以6 0 万千瓦、1 0 0 万千瓦机组为主j 。 锅炉窖量越大，炉膛容积也越丈。如珠海电厂2 2 9 0 t h 锅炉炉徽2 1 4 6 3 m m ，妒深1 8 6 0 5 m m t “； 盘由奄厂2 0 8 0 v h 铤炉妒宽1 9 5 5 8 m m ，炉深1 6 9 4 0 m m t 2 2 1 t 太仓港龟) - - 1 0 2 5 v h 镊妒炉宽1 4 0 0 0 m m ， 炉深1 1 0 7 0 m m ；太原第二燕电厂6 7 0 v h 锅炉炉宽1 0 8 8 0 m m ，炉深1 1 9 2 0 m m i ，哭生港电厂4 0 0 v h 锅炉炉膛宽度9 6 0 0 m m ，炉深8 3 5 7 m m 【2 4 】：1 3 0 f f h 锅炉炉宽6 3 3 6 m m ，炉深6 3 3 6 m m 。炉膛容积越太， 越不容易承受内外气体压差由此w 见，国内燃煤帆组向超超临界机组的发展，使得锅炉“内爆” 事故产生熬可蕤性增大。 恐辨，我善盛产多锋类垄的煤，搬无烟煤、爨缀、劣质烟璨、福煤等，为7 缝济发电盼爨求 许多电站锅炉选用劣质煤作为煤种。劣质煤的特点为灰份大、挥缎份少以及含炭爨低。其燃烧特征 为难着火，难稳定燃烧和燃尽率低。为了提高燃尽率，保证煤粉颗粒在炉膛内有足够的燃烧时间 劣质燃锅炉通常设计为蕙大型的锅炉。 l 。1 3 謇井。蠹撩”研究褒获 1 1 3 1 。内爆”原因分析 e u c h n e r 和u n d r i l l 【1 】认为导致锅炉“内爆”的熏器原因是引风机误操作，因为离心式引风机具有 危陵麓穆嚣域，由强1 4 绘出。蜜l - 4 串骞三条系绕阻力特性簦线，最下瑟豹实线躲线表示净锅妒豹 系统隈力特性燕线# 中闻的虚线曲线表示受蒸藤露污染褥豹锅炉的系统阻力特健魏续；最上霹豹曲 线表承炉膛负压为3 2 5 0 p a 时的锅炉系统阻力特性曲线，表示锅炉所能承受的极限负压，该曲线以上 的阴影部分为引风机的危险工作区域。若引风机误操作把导叶全部打开，风机工作点则会进入阴影 区域，从丽导致锅炉产生“内爆”。 | l l ； j l 6 _ - p f u t t a e l l 塑1 4 萼l 熟魂蛙能兹线銎l - 5 不潮负荷下引风枫黪篷力特性 美国费藏电力公簿工程舜c l e l l a n d1 7 先主要鸯嚣个原因导致镟炉产生“蠹爆”l 。其一；g 筑 机谈操作。大部分荚国电站锅炉采用离心式引风机，其入口导叶吸收了部分吸力，因而不同导叶角 度对应了不同的性能曲线。当引风机误操作把导叶全部被打开艨。本来由导叶吸收的那部分吸力施 加予炉膛，导致炉臆产生高负压。此外，锅炉熄火后，若风机来能随烟气负荷降低丽及时地调藏导 砖惫发，翔在菇规骥办和系统疆力乏翔瓣露会产裳蘧力差，毽导致炉膛产生毒受攫。c l e l l a n d 述 谈为，；| 风机在低受荷下更容易 l 发“内瀑”，霞为低负荷对应的饿能曲线更加倾翁，如匿l - 5 搿零t 只臻烟气流量稍有潋变，在引风机吸力和系统阻力之间就会产生太的压力差。例如锅炉在1 0 0 负荷 下工作，减少1 0 的烟气量会造成1 2 5 英寸水柱的炉膛负压；锅炉在6 5 负荷下工作，只要增加其 1 0 躺烟气藿就会造成1 1 英寸瘩技豹炉膛正压。蒸= 为主燃料跳阐( m f t ) 导致锅炉熄火。烟气遵 循联想气体方程p 矿= 辫冠r ，容积y 和气体常数露为露定筐。搬撰理想气体方糕，只有当澄庭r 稚 储气徽m 的乘积保持不变，才能使炉膛负压也不潋变。w 1 l i 删分析，锅炉熄火后，烟气温度迅速 4 第一章绪论 从1 5 0 0 下降为6 0 0 ( 2 ，温度下降了2 5 倍，烟气量必须增加1 5 倍才能维持炉膛负联不变。 d u r r a n t f 2 7 j 对部分锅炉“内爆”事故进行汇总，如表1 - 1 所示 表1 - 1 锯炉。内鬻”攀救汇蕞 锅炉。内爆”事故汇总 燃料锅炉运行条件 d a m p e r 知掰下，w i t h槲， i df a n t r i p 锅炉 m a l o p e r a f i o n f u m a c ei n t e r f e r e n c e w i t h o u t l o w i d o i lp cf u r n a c e t e m p e r a t u r e f d f l o wf a n f l o w f di d t e m p e r a t u r e e x c u 髂l 硼p a t h e x c u f s l o n a0 b 000 c、， d e f0 g、，、，、 v h、， i j k、，0 l、， 、， 鑫= 表1 - 1 茸班善出，簌燃渣鼹堞静锈炉上罄毒“内爆