水分对煤的燃烧及传热的影响.doc

水分对煤的燃烧及传热的影响鲤!墨塑文章墒号LO04能?2j-7峨(01w8一OO2302文苴标识码:A中围分囊号:06432水分对煤的燃烧及侉热的景乏晌(湖南店轻工业高等专科学校,长沙410015)叶昌摘要:分析了水分在煤中存在的形式,从燃烧动力学角度讨论了水分对煤的燃烧及传热过程的影响,关键词:水分;燃烧;停熟1燃煤中水分存在的形式煤可分为泥煤,褐煤,烟煤和无烟煤.燃煤的水分主要包括游离水分和吸附水分两部分游离水分主要是煤在开采,运输,贮存过程中带人的,因此又称外在水分或机械水;吸附水分是煤在形成过程中所固有的,又称内在水分.一般情况下,同种燃煤的吸附水分变化不大,而游离水分则可能由于煤在开采,运输.贮存时条件不同,往往会有较大的波动;不同种类的燃煤,泥煤,褐煤的吸附水分要比烟煤无烟煤高.表1为我国部分燃煤水分组成情况.表1我国部分燃煤水分组成情况(%)种类产地收到基水分(M.,)空气干燥基水分(M.一)2水分对煤燃烧的影响煤中的水分不宜高.水分含量增加,会使煤的热值相应降低,亦不利于着火,同时在燃煤燃烧过程中,水分的蒸发需要消耗大量的热量(Q=2250kJ/kg),并增加烟气带走的热损失,使炉温降低.但是,从燃烧动力学来讲,燃煤中含有少量(5%8%)的外在水分,对煤的燃烧是有利的.2.1适宜的水分能加快燃煤中固定碳的燃烧煤的燃烧过程可以分为准备.燃烧和燃尽三个阶段.燃烧阶段是煤燃烧过程最重要的阶段,主要包括挥发物和固定碳的燃烧.挥发物中主要是碳氢化合物,比较容易着火,且燃烧速度快.固定碳是燃煤的主要燃质,其发热量一般占总发热量的一半以上,是煤燃烧过程中放出热量的主要来源,而且固定碳的燃烧是多相反应,完全燃烧比挥发物燃烧困难,燃烧所需时闻也比挥发物燃烧时间长得多.因此,如何保证固定碳的燃烧完全,迅速,是组织燃烧过程的关键之一.固定碳的燃烧是两相(气一固相)反应的物理化学过程.氧气扩散至碳粒表面与其作用,生成的CO及C02气体再从其表面扩散出来,因此,固定碳的燃烧主要决定于化学反应速度和扩散速度.当燃煤中存在适宜水分时,在燃烧过程中水分蒸发,形成水蒸气,水蒸气能与灼热的碳发生反应,具体如下:C+Ho=CO+H一QC+2Ho=CO,+珊广一0C+C0=2CoCO+Ho=CO,+H一以上反应加速了固定碳的气化,同时生成的水煤气中的CO使原来碳粒表面的CO浓度大大增加,促进CO从其表面扩散出来,并与O,迅速反应,放出大量的热,从而提高了固定碳的燃烧速度.当然,水分的含量必须严格控制,因为无论是水蒸气的形成,还是水蒸气与灼热的碳反应,都要吸收大量的热量.过多的水分,会降低燃烧温度,使固定碳化学反应速度减慢.2.2适宜的水分能减少不完全燃烧热损失目前,燃煤大部分还是采用层状正烧法燃烧,即煤自上而下通过准备.燃烧,燃尽等三个?24?节能2001年第8期阶段完成燃烧过程.这种燃烧方法,燃煤从上部投入,就不可避免地造成煤粉飞扬.由于加煤时,燃烧炉膛温度较低,且固定碳燃烧速度较慢,飞扬的煤粉就不可能完全燃烧,造成不完全燃烧损失,同时产生大量的黑熠,污染环境.当燃煤中含有一定量的水分,就可有效地减少加煤时的煤粉飞扬而造成的不完全燃烧热损失,同时也可减少黑烟对大气的污染.其次,在固定碳燃尽阶段,固定碳的外壳包了一层灰渣,使空气很难掺人里面参加燃烧,从而使燃烧进行缓慢,特别是高灰分燃煤就更难燃尽,造成不完全燃烧热损失.当燃煤中含有一定量的水分,在燃烧阶段,由于水蒸气和灼热碳的气化反应,固定碳燃烧迅速且完全,使燃尽阶段的残碳大大减少,即使在燃尽阶段存在一定的残余固定碳,水蒸气仍可与之反应,使残余固定碳燃烧完全.2-3适宜的水分有利于稳定燃烧在我国,煤的燃烧方法主要有层状燃烧法和粉煤喷流燃烧法.层状燃烧法是将燃煤放在炉算上铺成一定厚度的煤层进行燃烧,在燃烧过程中一般要进行三项操作:加煤,拨火和除渣.所谓拨火就是拨动炉算上的燃料层,其目的在于平整和疏松煤层,消除风眼,使通风均衡流畅.但在拨火操作过程中,由于炉门敞开,而炉内一般为负压,炉外冷空气就会进入炉内,引起炉内温度波动;另一方面,炉外冷空气的进入会直接改变炉内气氛,影响产品质量.如烧制陶瓷产品,在高温阶段一般都需要保持还原气氛,额繁的拨火操作就无法保持炉内的还原气氛,容易造成产品缺陷.当燃煤中含有一定水分,使炉算上煤的堆积密度减小(因为水的密度比煤小),这样当水分蒸发后,能使煤层孔隙率增多(尤其是碎煤),从而改善空气与煤粒接触混合,减少了风眼的产生,达到拨火操作之目的,而炉内温度和气氛波动小,燃烧稳定.3水分对煤燃烧产物的传热影响燃煤燃烧后,产生高温烟气.高温烟气作为载热体主要是通过对流换热和气体辐射换热来传递热量.在烟气温度较高,流动速度不大的情况下,气体的传热主要是通过气体辐射换热来传递热量,气体的辐射力可用下式表示:=Bc4,100)4式中一气体的黑度;(一黑体辐射系数;-气体的温度.从上式可知,气体的黑度对气体的辐射力影响很太,气体的黑度越大,其辐射力也就越强.而气体的黑度与该气体的组成有关,单原子气体和一些双原子气体,如氮(N),氧(O)等在工业炉温度范围内,放射和吸收辐射能是微不足道的,这类气体(也包括空气)可认为是透明介质;只有三原子或三原子以上气体才具有较强的放射和吸收辐射能,如二氧化碳和水蒸气.因此,高温气体中的二氧化碳和水蒸气含量越高,其黑度也就越大.当燃煤中含有适宜的水分,在燃烧过程中,水分蒸发可使烟气中三原子气体含量增加,从而提高了烟气的黑度,有利于燃烧产物与物体之间的辐射换热.另一方面,由于水蒸气与灼热的碳反应,生成水煤气,而水煤气的燃烧速度不仅比固定碳的燃烧速度快得多,且燃烧的火焰长度要比固定碳燃烧的火焰长度长,这样,火焰能够更直接地与物体进行对流和辐射换热,提高传热效率.4工程实例分析笔者对煤中加水燃烧情况在多家企业进行了实地跟踪调查,并在湖南衡山某瓷厂对燃煤加水燃烧情况进行了测试比较.该厂有一条70m长的燃煤隧道窑,烧成带共有氧化炉l对,还原炉3对,燃烧室采用倾斜式炉栅,燃煤使用大同烟煤,最高烧成温度为1340.在产量,烧成制度(包括温度,压力,气氛制度)不变情况下,对还原炉进行燃煤加水燃烧测试,结果见表2.对燃烧后的煤灰分析,在未加水煤燃烧的灰渣中含有一定量的未能燃尽的焦炭,而外加水后燃煤燃烧后灰渣中残留的焦炭就明显较少.从表2还可得出当燃料外加5%水分时,燃煤消耗量为442kg/h,折算成未加水燃煤消耗量文童簟号:10047948(:001)08一O025一o3文献标识码:B中圈分龚号:TU97高层建筑供水模式的选择与系统能耗分析(湖北纺织建筑设计院二所,武汉430077)戎左峻摘要:结合工程设计实例,对具有代表性的高层建筑供水模式及其能耗砟了详尽的技术经济比较和理论分析.关键词:高届建筑;供水系统;能耗高层建筑室内给水不可能由外网直供,必须通过建筑物的室内给水系统增压后分别送至建筑物内各用户.其室内给水系统有多种模式可供选择:(1)屋顶设水箱,分区减压配水;(2)分区设水箱配水;(3)变频供水,分区减压,(41分区变频供水;(5)其它无塔供水方式.对于高层建筑而言,第5种方式较少见,本文不加论述.给水模式的选择,涉及供水安全.可靠.水质稳定,二次污染,用户的健康意识与心理需求等工程的,技术经济的,社会的诸种因素,也牵涉到给水系统的能耗性能这样的概念.本文拟从系统的能耗这个角度对几种具有代表性的供水模式做些分析,以供参考及借鉴.1工程实例及各方案的技术经济比较某高层住宅楼,建筑高度99m.除裙房及转换层外,共有住房264套(含复式住宅),措竖向分为高中,低3个给水分区.方案比选中作了以下4个方案:方案A:地下室设泵房,水池,屋顶设100m水箱l座,中区,低区设减压阎.水泵将全部用水提升至屋顶水箱,然后再配送到各用户;方案B:地下室设水池及l套恒压变量变频调速供水装置,中区,低区设减压阎,由变频装置直接向用户配水;方案c:在高,中,低等3个分区分别设各自的高位水箱(每座容积34m),地下室设水池及各分区专用的供水泵.水由分区供水泵分别提升至分区水箱,再配给用户;方案D:地下室设水池以及各分区专用的恒压变量供水装置共3套,直接配水.本次比选遵循以下原则:裹2燃煤加水燃烧情况分析剖|加木情况来采井加井加1o%燃盛消耗量啦7445堋E(kE)加盛时烟囱有堆加盛时烟囱的黑蝈加爆时蝈囱的捧l蝈.卷娆室内卷烧大为减少.燃烧室内蝈理象减少.卷烧甚娆.操作尊定.窑遭还气甚烧稳定.窑遭落室911曩度牟低,慨氛艳费,妁】5rain好.还原气氛饱璃.使加煤,挂摊作拄一嵌,21mirtI8miD拄一.嵌鼓增加,】2加爆一嵌.一.投一友.22rain加盛一嵌.为420kg/h,因此当燃料外加5%水分时,每小时可节约原煤4.25kg;而当外加10%水分时,则每小时要多耗原煤12.2(488090427=12.2)kg.5结论(1)