（工程热物理专业论文）440th燃烧无烟煤cfb锅炉优化燃烧试验研究.pdf

摘要 摘要 由于较低的污染物排放和良好的燃料适应性等优点，c f b 锅炉被认为是最适舍燃烧无烟煤 的炉型，因此国内有越来越多的c f b 锅炉用于燃烧无烟煤。然而由于无烟煤燃尽时间长，c f b 锅炉燃烧温度较低，运行中大多存在飞灰含碳量偏高、锅炉效率低于设计值等问题。本论文 针对连州电厂燃烧湖南及当地无烟煤的4 4 0 t h c f b 锅炉运行中存在的类似问题，进行了优化 燃烧试验研究。 本文首先介绍了研究背景，对无烟煤c f b 锅炉中的着火特性以及影响其燃尽的影响因素 进行了研究综述，并指出了现有研究中尚存在的不足。 为了深入了解无烟煤的燃烧特性，以便针对其特性更有效地进行优化燃烧试验，本文选 取了连州电厂所烧无烟煤与一典型烟煤进行了煤热解和燃烧的热重试验，以对两者热解、燃 烧动力学参数进行对比研究，结果表明无烟煤反应活性较差。 优化燃烧试验考察了锅炉的总体运行状况，研究了排烟氧量、二次风率、添加石灰石、 锅炉负荷等因索对锅炉效率和主要热损失的影响；并通过分析灰渣粒径分布特性和含碳量分 布特性以及给煤特性和锅炉运行参数对燃尽的影响等方面详尽地研究了c f b 锅炉无烟煤燃尽 特性；此外t 分析了锅炉主要污染物排放特性以及锅炉运行参数的影响在此基础上，提出 了优化燃烧工况，以提高锅炉效率和无烟煤燃尽水平、综合降低污染物排放最终通过优化 燃烧，锅炉效率提高了1 5 9 ，基本达到了设计要求。 最后，文章对该锅炉炉内温度分布特性以及尾部受熟面的传热特性进行了研究，分析了 影响床温和炉内温度分布特性的主要因素和尾部受热面烟温分布特性，计算了尾部备受热面 的传热系数并与设计值进行了比较，结果发现实际传热系数普遍比设计值大4 0 左右，因此， 设计的受热面比实际需要要大近1 3 ，这也成为锅炉运行中减温水流量远远大于设计值的原因 之一。 本文通过理论研究和实际锅炉优化燃烧试验研究，提出了燃烧无烟煤c f b 锅炉优化运行 参数，对燃烧无烟煤的大容量c f b 锅炉的优化运行提供了有益的指导 关键词：无烟煤；c f b 锅炉；优化燃烧；燃尽 a b s t r a c t a b s t r a c t f o ri t sa d v a n t a g e so fl o wp o l l u t a n te m i s s i o na n da d a p t a b i l i t yt of u e l se ta l ，c f bb o i l e ri s c o n s i d e r e dt ob et h em o s ts u i t a b l eb o i l e rf o rb u r n i n ga n t h r a c i t e s oi n o r ea n dn m c f bb o i l e r sa r e a g e dt ob u r na n t h r a c i t ei nc h i n a b u td u et ol o n gb u r n o u tt i m eo fa n t h r a c i t ea n dl o wc o m b u s t i o n t e m p e r a t u r ei nc f bb o i l e r , t h e r ei sap r o b l e mt h a tt h ec a r b o nc o n t e n to ff l ya s hi ss oh i g ht h a tt h e c o m b u s t i o ne f f i c i e n c yi sl o w e rt h a nt h ed e s i g n e de f f i c i e n c yw h e nb u r n i n ga n t h r a c i t e i nc f b b o i l e r a r m i n gt h ep r o b l e m , a ne x p e r i m e n t a ls t u d yo no p t i m a lc o m b u s t i o ne x p e r i m e n tf o ra4 4 0 t h c f bb o i l e ro f l i a n z h o ap o w e rp l a n tw a sp r o c e e d e di nt h i st h e s i s t h et h e s i sf i r s ti n t r o d u c e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds u m m a r i z e di g n i t i o nc h a r a c t e r i s t i co f a n t h r a c a e , t h ef a c t o r sa f f e c t i n go ni t sb u r n o u ti nc f bb o i l e ra n dt h es h o r t a g eo ft h ee x i s t i n g r e s e a r c h i no r d e rt ou n d e r s m n dt h ec o m b u s t i o nc b a r a e t e r i s t i co fa n t h r a c i t eb e t t e ra n dp r o c e e dt h e o p t i m a lc o m b u s t i o ne x p e r i m e n tm o r ee f f e c t i v e l y ，a ne x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u to nc o a lp y r o l y s i s a n dc o m b u s t i o nw i t ht g at oc o m p a r et h ek i n e t i cp a r a n t t e r so f p y r o l y s i sa n dc o m b u s t i o nr e a c t i o n s o ft h ea n t h r a c i t eb u r n ti nl i a n z h o up o w e rp l a n tw i t ht h e s eo fat y p i c a lb i t u m i n o u sc o a l t h er e s u l t s h o w st h a tt h er e a c t i v i t yo f a n t h r a c i t ei sm a c hw o r s ct h a nb i t u n n n o a sc o a l h it h eo p a m a lc o m b u s t i o ne x p e r i m e n t ，t h ee f f e c t so fo x y g e nc o n t e n to ff l u eg a s s e c o n d a r ya i r c o e f f i c i e n t , c a j s ，b o i l e rl o a do nb o i l e re f f i c i e n c ya n dm a i nh e a tl o s sw e 他s t u d i e d t h eb u r n o u t c h a r a c t e r i s t i co fa n t h r a c i t ew a sa n a l y s e db ym e a s u r i n gp a r t i c l es i z ea n dc a r b o nc o n t e n td a s t r i b u t i o n o ff l ya s ha n ds l a g t h ee f f e c t so fo p e r a t i o ap a r a m e n t so i lb u r n o u t o fa n t h r a c i t ew e a l s os t u d i e d i n a d d i t i o n ，e m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i co fe o m b a g t i o np o l l u t a n tw a gt e s t e d b a s i n go nt h e s es t u d i e s ， m t s t l r e sw e r ep u tf o r w a r dt oi m p r o v eb o i l e re f f i c i e n c ya n db u r n o u to fa n t h r a c i t e ，a n dr e d u c et o t a l e m i s s i o no fc o m b u s t i o np o l l u t a n t a f t e rt h eo p t i m a lc o m b u s t i o n ，t h eb o i l e re f f i c i e n c yi n c r e a s e d 1 5 9 ，a c h i e v i n gt h ed e s i g n e de f f i c i e n c yn e a r l y f u r t h e r m o r e ，t h ed i s t r i b u t i o no ft e m p e r a t u r ei nt h eb o i l e ra n dt h eh e a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i co f t h es u p e r h e a t e r s ，e c o n o m i z e ra n da i rh e a t e ri nt h eb a c k p a g so fb o i l e ra n dt h e i r 研m a r ye f f e c tf a c t o r s w e r ea n a l y z e d t h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t sw e r ea l s oc a l c u l a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h e d e s i g n v a l u e s i tw a sf o u n dt h a ta c t u a l h e a tt r a m f 口c o e f f i c i e n t sw e r e4 0 l a r g e rt h a nd e s i g n e do n e s ，s ot h a t t h ea r e a u so fh e a te x c h a n g e r sw e r ei 3l a r g e rt h a nn e e d e d i tw a go l l cr e a s o uf o rt h a tt h ef l o wo f d e s u p e r h e a t e rs p r a yw a t e rw a sf a rl a r g e rt h a nd e s i g nv a l u e b yt h e o r e t i e ss t u d ya n do p a n mc o m b u s t i o ne x p e r i m e n t sf o rt h ep r a c t i c a lc f bb o i l e r , s o m e s u i t a b l eo p e r a t i o n b r e sf o rt h ec f bb o i l e rb u r n i n ga n t h r a c i t ew e r ep u tf o r w a r d , w h i c ho f f e r e da g o o d r e f e r e n c e f o r t h eo p t i m a l o p e r a t i o n o f l a r g e c f b b o i l e r s b u r n i n g a n t h r a c i m k e y w o r d ：a n t h r a c i t e ，c f bb o i l e r , o p t t m a lo a m b u s d o n ，b u r n o u t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝江太堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：孑z 锋 签字日期： 。年j 月彳日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权逝江太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位译文作者签名j弘锋 签字日期： 口红f 月日 导师签名： 签字日期： 左臻。存主其辑 第一章绪论 第一章绪论 ， 1 1 中国能源结构和无烟煤资源概况 j 1 1 1 中国能源结构 我国长期以来是一个以煤炭为主要能源资源的国家，煤炭资源十分丰富，分布也非常广 泛。从国土资源部获悉，截至2 0 0 2 年年底，中国探明可直接利用的煤炭储量1 8 8 6 亿吨。另 外，包括3 3 1 7 亿吨基础储量和6 8 7 2 亿吨资源量共计i 万多亿吨的资源尚待勘探开发“】能源 资源总储量的构成为：原煤8 7 4 ，原油2 8 n ，天然气o 3 ，水能9 5 。探明可经济开 发的剩余可采总储量1 3 9 2 亿吨标准煤，能源剩余可采总储量的构成为：原煤5 8 5 ，原油 3 4 ，天然气1 3 ，水能3 6 5 “。 与我国能源资源相对应，我国的能源结构也一直以煤为主煤炭在我国一次性能源结构 中一直处于主导地位，2 0 世纪5 0 年代煤炭消耗占全部能源的比例曾高达9 0 随着大庆油 田、渤海油田的发现和开发，一次性能源结构才有了一定程度的改变。目前，我国煤产量位 居世界第一位：出口量仅次于澳大利亚，居世界第二位。2 0 0 i 2 0 0 2 年我国能源生产，消费 总量及构成结构见表卜1 。由表可知，煤炭占我国能源结构比例的7 0 左右；煤炭在电力生 产中所占的比例更高，约7 8 左右”1 ( 见表卜2 ) 表卜l2 0 0 i - 2 0 0 2 年我国能源生产、消费总量及构成结构 燃烧无烟煤c f b 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文 i 1 2 中国无烟煤资源概况“1 在我国的煤炭储量中，无烟煤约占1 7 在已探明的煤炭保有储量中，无烟煤约1 4 0 0 亿 吨，居世界第一位。2 0 0 2 年无烟煤产量为2 5 亿吨左右，占当年全国原煤产量的i 6 以上。 山西省的无烟煤储量居全国首位，占全国无烟煤资源的4 0 左右，也是我国无烟煤产量最多 的省份，另外河南、湖南、贵州等省也是无烟煤的主要产地( 见表i - 3 ) 表i - 3 中国主要无烟煤产地2 0 0 2 年无烟煤产量 无烟煤是埋藏年代最久、碳化程度最深、挥发分最低的煤种。无烟煤挥发分很低，一般 小于1 0 ，而固定碳含量和热值相对较高。在我国，无烟煤按照其变质程度分为变质程度最 高的无烟煤一号( 俗称年老无烟煤) 、变质程度中等无烟煤二号( 俗称典型无烟煤) 和变质 程度相对最浅的无烟煤三号( 俗称年轻无烟煤) ，详见表i - 4 我国无烟煤的查明资源储量以 年轻无烟煤三号最多，其次为典型的无烟煤二号，而年老的无烟煤一号最少。表卜5 列出了 我国主要无烟煤矿区煤层的主要煤质特征。 衰卜4 中国无烟煤的分类 表卜5 中国几个主要产地无烟煤的煤质特征 无烟煤除了用于煤化工领域，越来越多地用作电站和工业锅炉的燃料，是我国的主要工 业燃料和动力用煤种之一。无烟煤的高效利用对我国能源与动力工程领域的节能有着举足轻 重的作用。 2 、 第一章绪论 1 2 煤粉炉燃烧无烟煤的不足 由于无烟煤的着火点高，挥发分低，燃烧时火焰很短，因而燃烧无烟煤粉的电厂锅炉设 计要求与燃烧烟煤的煤粉锅炉有所不同，即要求其炉膛的容积和高度等技术参数应与无烟煤 燃烧时所产生的火焰高度和温度相适应。同时，燃烧时的送风速度及风量等也要随之改变 随着锅炉设计和制造技术地不断提高和发展，目前已能制造出燃烧v d a f 为3 5 6 的典型 无烟煤煤粉锅炉，有的甚至还能制造燃烧年老无烟煤v d a f 一6 5 0 c ( c 9 0 ) 的无烟煤，建议先采用f w 较低的烟煤进行锅炉的投煤启动， 待炉膛密相区温度稳定到8 0 0 c 后再切换到运行煤种。 p o t s 1 - 7 1 0 2 - ? 0 0 它3 _ 删- 舶d _ 枷它 图2 - 1 稳定着火温度r 州和煤吉碳量c 叫关系曲线 图2 - 2 不同床温时无烟煤燃烧温度时间曲线 薛雷阱等人在电加热的小型流化床燃烧系统中，采用热烟气炉下点火的方式研究了龙岩无 l o 4 4 0 t h 燃烧无烟煤c f b 锅炉燃烧优化试验研究浙扛大学硕士学位论文 烟煤在流化床中的着火特性，考察了床温对煤粒着火特性的影响 在不同初始床温，同一粒度煤样( 1m m 2 m m ) 在炉膛内，一f 曲线见图2 - 2 。将煤粒投入 流化床后，由于煤粒自身的物理吸热和挥发分析出需要从环境中吸热，使床温下降，之后由 于挥发分和焦炭依次开始燃烧，床温逐步升高并达到最高点。床温的高低直接影响煤颗粒的 加热速率，进而影响煤粒的挥发分析出速率，焦炭的着火速率“一在较高温度下，煤很快被 点燃，床温出现一明显的度阶越，之后迅速下降；对于同一粒度的煤样，随着初始床温的降 低，温度达到最高点的时间相应地增加，温升曲线具有明显的拖尾现象；此时通过反射镜观 察不到火星和火焰出现，说明此时煤焦不是在燃烧，而是处于缓慢的氧化状态。 2 2 影响c f b 锅炉无烟煤燃尽的因素研究 前文已述，飞灰含碳量偏高是c f b 锅炉燃烧无烟煤过程中普遍存在的问题，也是影响c f b 锅炉提高锅炉效率的重要因素，因此对影响c f b 锅炉无烟煤燃尽的因素研究是c f b 锅炉燃烧 无烟煤研究的重要内容。以往的研究主要集中在以下几个因素：给煤特性( 包括煤质特性、 粒径分布特性和热破碎特性等) 、煤颗粒在炉内停留时间( 包括分离器的分离性能和炉膛高 度等) 、锅炉运行参数( 床温、过量空气系数、二次风率、床压等) 等。 2 2 1 给煤特性对无烟煤燃尽的影响研究 ( 1 ) 煤质特性的影响 尽管一台循环流化床锅炉可被设计用于燃烧几乎所有不同类型的固体燃料，但并非任何 煤种在循环流化床锅炉中燃烧时都能达到同样的燃烧效果，这主要体现在飞灰含碳量的高低 不同。黎永”1 等人对国内运行的五台燃烧不同煤种的循环流化床锅炉的飞灰含碳量进行了对比 研究，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，结果发现飞灰含碳量 和该煤质指标之间明显的相关关系( 如图2 - 3 所示) 。 譬 一 擘 n 描 一 z 1 1 9 1 7 i 1 5 郛 p ： 5 煤质指标v d - f ，4 r 地t 掀分， 图2 - 3 飞灰舍碳量随煤质指标v d a f q a r ，n e t 的变化图2 - 4 飞灰舍碳量与挥发分的关系 s i i f e 等研究发现，燃料比( 燃料的干燥无灰基固定碳与挥发分之比) 越大，燃料反应性越 l l 第二章c f b 锅炉燃烧无烟煤研究综述 差，越难燃尽。b r a t e k m 研究发现，无烟煤颗粒结构致密，颗粒中孔隙率小而且以小孔居多， 不利于燃烧过程中扩散传质。刘彦鹏等在一台o 5 姗的循环流化床燃烧炉上对不同煤种分 别进行了燃烧试验，发现飞灰含碳量随着煤中固定碳含量的增加、含灰量的减少而增加。邱 燕等在对一台4 6 5 t hc f b 锅炉的研究发现，飞灰含碳量与煤种中干燥基挥发分之间存在较 强的对应关系，当挥发分由1 0 增大到2 6 时，飞灰含碳量由2 0 降低至1 0 ，如图2 4 所示。 ( 2 ) 入炉煤粒径分布的影响 由流态化理论“”可知，不同粒径的煤颗粒有着不同的临界流化速度和输送速度。循环流 化床实际运行时一般采用宽筛分入炉煤，为了使其中的粗颗粒不致于沉积下来，保证良好的 流化状态，运行风速一般选择为入炉煤平均粒径临界速度的1 5 2 倍，这样入炉煤中大量细 颗粒在流化风的吹动下就被扬折央带，一些反应性差、未能在炉内燃尽的细小煤粒进尾部烟 道内，产生后燃现象，其中仍未燃尽的细颗粒就被排到炉外，形成飞灰碳。因此，入炉煤的 粒径分布对无烟煤飞灰含碳量有重要影响，这一点已经得到丁大量运行经验“埘的证明。 华中科技大学的学者“”在研究大冶某电厂燃烧本地贫煤的4 0 t h 循环流化床锅炉运行情 况时发现，燃煤颗粒粒径分布不均，两极分化严重，粗颗粒和细颗粒均较多，呈两头多，中 间少的粒径分布特点，严重偏离设计要求。与此对应的飞灰含碳量高达5 0 左右。他们分析认 为，细颗粒过多增大了床内扬析颗粒量，从而导致飞灰含碳量偏高。经过对破碎系统的改造， 煤的平均粒径由原来的4 6 6 m m 减小到2 6 咖，已符合循环流化床锅炉的燃煤要求，如表2 - 1 、 2 - 2 所示。结果燃烧工况大为好转，飞灰含碳量降低到3 5 左右。 表2 - 1 大冶某电厂4 0 t h 循环流化床锅炉改造前燃煤粒径分布 l 啼网孔径 删)3 2o 0o 4 5o 3n 2o 0 5i i l 所占百分比( ” 8 oso | 0e i 平均粒径) 4 l 表2 - 2 大冶某电厂4 0 t h 循环流化床锅炉改造后燃煤粒径分布 i 缔网孔径( _ )3 2o 4 5o 3 o l 0 l l 所占百分比( 射 5 2t i l 平均粒径( 啊) 一 i ( 3 ) 煤颗粒的破碎的影响 无烟煤具有强烈的热破碎性”1 。无烟煤颗粒的热破碎性会显著改变其入炉煤的粒度分布。 煤的热破碎是指煤粒在高温的作用下其粒度发生急剧减小的现象。不同煤种的热破碎性的强 度不同，因而其入炉后粒度分布变化的强度也就不同，这会影响到炉膛烟气的颗粒浓度，影 响炉内颗粒循环量和传热的强度，进而影响锅炉运行温度分布和飞灰含碳量 吴正舜”1 等研究燃烧不同煤种的工业c f b 锅炉的运行工况时发现，在入炉煤粒径分布相 近的情况下，飞灰含碳量却高低不同，他认为，这是由于不同煤种的破碎性质不同引起入炉 煤的粒径分布的变化，造成了炉膛内不同的循环物科量所致另外，无烟煤的热破碎还会提 高炉膛内可扬析的颗粒数量顾瑶”1 试验发现无烟煤在燃烧过程种剧烈的酥碎式破碎，产生 一m o t h 燃烧无烟 纂c f b 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文 大量粉末状细小颗粒( 粒径小于0 1 r a m ) d o c o m b e ”也发现无烟煤的破碎会产生大量的细小 颗粒。吴正舜嘲通过在循环流化床上的研究，发现无烟煤破碎后大多数颗粒的粒径在0 3 m m 以下。 2 2 2 煤颗粒在炉内停留时间对无烟煤燃尽的影响研究 由燃烧理论可知，飞灰含碳量的高低主要取决于煤粒在循环流化床锅炉内部的停留时间 和其本身的燃烧反应速率。对于同一煤种而言，煤颗粒在炉膛内的停留时间越长，颗粒就越 容易燃尽。所以为了控制飞灰含碳量，必须保证颗粒特别是细小颗粒在炉内的停留时间大于 其燃尽时间。因此，延长颗粒在炉内停留时间是降低飞灰含碳量的有效途径，可采取的措施 主要有提高分离器分离效率、增大炉膛高度等。 ( 1 ) 分离器分离性能的影响 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，因此分离器性能是降低飞灰 含碳量非常重要。分离器的分离性能决定了外循环颗粒量和细颗粒在炉内燃烧时总的停留时 间。随着分离效率的提高，会有更多的细小颗粒被捕捉和回送到炉内循环燃烧，因而延长了 其在高温区的停留时间，有利于煤颗粒的燃尽。现有的飞离器的切割粒径似乎很少低于l o o p m ， 所以对一些细小颗粒( 小于7 0 p r o ) 的分离效率不高，使得高含碳量飞灰主要集中在4 0 - 7 0 脚 之间，如图2 - 5 所示。 z h u “”等研究发现，对于燃烧无：窗煤这种反应活性较差的煤种，比较适合采用分离效率较 高的高温旋风分离器。孙献斌认为，采用小直径旋风分离器可以提高分离器分离效率，减 小分离器的j 临界切割粒径，有助于提高难燃煤种如无烟煤的燃尽度。另外，w a n g 等通过模 拟计算发现，降低切割粒径尺寸有利于降低锅炉飞灰含碳量。当如从5 0 阳降低到2 0 p m 时， 飞灰平均含碳量从1 2 降低刭8 左右。 图2 - 5 不同粒径飞灰含碳量分布 图2 - 6 颗粒停留时间和燃尽时阃t 关系曲线 ( 2 ) 炉膛高度的影响 对于分离器不能捕捉的细颗粒，应尽量保证其一次通过炉膛时就能够燃尽，因此，提高 炉膛的高度是有效手段在运行风速和燃煤粒径相同的情况下，炉膛高度增大，会相应增大 1 3 第二章c f b 锅炉燃烧无烟煤研究综述 煤颗粒在炉膛内的停留时间，因而有利于降低飞灰含碳量。b e l i n 等研究认为，为了更好的 燃烧u k r a i n i a n 无烟煤，把炉膛高度比燃烧烟煤的c f b 锅炉的炉膛高度增高，可提高无烟煤 细颗粒一次通过炉膛时的燃尽率。熊正德捌分析了燃烧福建无烟煤c f b 锅炉的运行实践，发 现“瘦高型”比。矮胖型”锅炉更适合于福建无烟煤的燃尽。李俊咖等计算了不同容量c f b 锅炉中颗粒的停留时间和燃尽时间( 如图2 _ 6 所示) ，发现对于小容量锅炉，由于炉膛高度 有限，存在一个较大范围的难于燃尽的颗粒直径范围。而其中粒径低于7 0 妇的颗粒，不能一 次燃尽，而现有的分离器对它们的捕捉能力有限，因而不能全部被分离出来，重新回到炉膛 燃烧，这是造成大多数小型流化床锅炉飞灰含碳量较高的原因之一随着锅炉容量增大，炉 膛高度提高，颗粒的停留时间随之增加，因而难于一次燃尽的颗粒直径范围大大减小，因而 有利于细颗粒煤焦的燃尽 除此之外，在风量一定的情况下，适当增加炉膛的横截面积可以降低烟气的流速，增大 颗粒炉内的停留时间，因而可以降低飞灰含碳量。 2 2 3 锅炉运行参数对无烟煤燃尽的影响研究 c f b 锅炉的运行参数对飞灰含碳量有极其重要的影响。其中燃烧温度、过量空气系数、二 次风率和床压等运行参数对飞灰含碳量的影响较大。 ( 1 ) 密相区床温的影响 c f b 锅炉床温对无烟煤的燃尽有重要影响。提高床温可以提高煤焦的反应速度，减小燃尽 时间。李俊“等利用如下经验公式( 2 2 ) 对煤颗粒的燃尽时间进行了数值模拟，得出了图2 7 所示的曲线。可见r 煤颗粒的燃尽时间与床温有很大的关系。随着床温的升高，燃尽时间明 显减小，而且颗粒越大，这一趋势越明显。 t = 8 7 7 x 1 0 9 x e x p ( - 0 0 1 2 7 6 t b ) d 。1 。1 6 ( 2 - 2 ) 式中，t 。为燃尽时间，t b 为床温，止为煤颗粒直径。 ： 矗： 1 ：薰 0l 枷枷5 6 0 07 0 0 卸，m 图2 7 床温对燃尽时间的影响 崔 扭 糕 ， o 、 ， 、 、 床副 圈2 - 8 床温对飞灰含碳量的影响 b r i e l l e 4 等认为一般无烟煤在循环流化床锅炉中的燃烧处于i i 区，其燃烧速度受化学 动力学和扩散阻力共同控制燃烧温度越高，越有利于其燃尽a d d n e z 等建立颗粒燃烧模 4 4 0 佣燃烧无烟煤c f b 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文 型，分析了煤粒径，燃烧温度，过量空气系数等参数对煤焦燃烧效率的影响。在钙硫比2 0 ， 二次风率2 0 的情况下，通过模型的计算发现，随着燃烧温度提高；燃烧速率增加，煤焦燃烬 率提高。陈念组“等在首台国产4 1 0 t h c f b 锅炉上进行了燃烧西荼无烟煤的测试，发现随着 床温的升高，锅炉的燃烧效率几成线性规律增加。吴炬对国产2 2 0 t h 循环流化床锅炉进行 了特性试验，发现随着床温由8 5 0 上升到9 1 0 ，飞灰含碳量下降4 左右，如图2 - 8 所示 虽然床温增加可以降低飞灰含碳量，但流化床床温上限受灰分的变形温度限制，并综合 考虑脱硫效果、n o x 的生成量和结焦等因素。一般认为流化床最佳运行温度为8 5 0 9 5 0 。 因此为了降低飞灰含碳量，床温应根据运行情况确定运行上限。 ( 2 ) 过量空气系数的影响 如果过量空气系数大，炉内氧量充足，流化气体与碳颗粒之间传质系数增大，燃烧速度 增大，有利于碳颗粒的燃尽，可使飞灰含碳量降低 g u l y u r t l u o 发现对于葡萄牙无烟煤而言，扩散是燃烧的主要限速步骤，提高过量空气系 数有利于葡萄牙无烟煤的燃尽吕俊复等试验研究了过量空气系数与飞灰含碳量的关系， 发现随着过量空气系数的增加，飞灰含碳量几乎线性下降。何宏舟在一燃烧福建无烟煤的 7 5 t hc f b 锅炉的试验研究中发现，随着过量空气系数的增加，飞灰含碳量迅速降低，尤其 当过量空气系数在i 2 4 1 2 9 之间时，降低更明显，如图2 - 9 所示 3 5 ，、3 0 星2 5 邑2 0 羹1 5 严1 0 5 0 1 21 2 21 2 41 3 6l 蕊1 31 亚 过量空气系数 圈2 - 9 飞灰含碳量随过量空气系数的变化圈2 一l o 循环流化床锅炉中的“贫氧芯” ( 3 ) = 次风率的影响 循环流化床锅炉运行时，炉膛中心区域固体浓度较小，气流上升速度较快；而在靠近壁 面区域，固体浓度较高，而且还存在固体颗粒回落现象，即存在类似环状的固体颗粒“屏幕”， 因而消弱了二次风的穿透能力，使得富氧区域靠近壁面，而炉膛中心区域的氧浓度接近于零 在二次风喷口以上不同高度的炉膛截面的测量结果均是如此，即二次风喷口以上存在一个位 于炉膛中央的“贫氧芯”“，如图2 - 1 0 所示。显然，。贫氧芯”的存在使得炉膛中央的焦炭 颗粒的燃尽变得更加困难。由于无烟煤的后燃性，其后期燃烧需要有更多的氧，所以在保证 正常流化的情况下尽可能提高二次风的比例有利于提高二次风的穿透能力，提高稀相区的氧 浓度，从而降低锅炉飞灰含碳量。 乔广义在7 5 t hc f b 锅炉的运行优化试验研究中发现，二次风率适当增加，飞灰含碳 第二章c f b 锅炉燃烧无烟煤研究综述 量有较明显的降低，如图2 - 1 1 所示。 l 差： 簧i l 甲1 0 ： 3 d3 8帕 4 6 m = 次吼串， 图2 - 1 1 飞灰台碳量髓二次风率的变化 ( 4 ) 床压的影响 2 0 琶1 5 雾1 0 誊6 o 567891 0 床压降k p a 图2 - 1 2 飞灰含碳量随床压降的变化 在一定的风量下床层压力越高，料层越厚则密相区份额越大，稀相区份额越小，欠氧燃 烧份额越重，燃烧越不完全，则飞灰含碳量越大。此外，床压增大还会影响二次风的穿透能 力，从而使得飞灰含碳量上升。杨海瑞”1 等在1 3 5 懈再热c f b 锅炉上对床压对飞灰含碳量的 影响进行了试验研究，他发现增大床压会削弱二次风的穿透能力，使得更少的氧气进入中央 贫氧区，削弱了气固混合，因而飞灰的碳含量升高。当床压由6 k p a 下降到9 k p a 时，飞灰含 碳量由1 1 升高到1 9 ，如图2 1 2 所示。 2 3 本章总结 综上所述，无烟煤在循环流化床中的稳定着火温度比褐煤、烟煤等煤种要高，另外，床 温的高低直接影响煤颗粒的加热速率，进而影响煤粒的挥发分析出速率，焦炭的着火速率。 给煤特性( 包括煤质特性、粒径分布特性和热破碎特性等) ，煤颗粒在炉内停留时间( 包括 分离器的分离性能和炉膛高度等) 等因素是影响c f b 锅炉无烟煤燃尽的重要因素，此外，锅 炉的运行参数，如密相区床温、过量空气系数、二次风率、床压等对无烟煤的燃尽也有很大 影响。 、 目前，无烟煤在c f b 锅炉内的燃烧特性，尤其是不同粒径颗粒在炉内的燃烧特性的分析 尚不多见另外，添加石灰石进行炉内脱硫对无烟煤的燃尽特性的影响也需要进一步研究。 1 6 4 4 0 t ，h 燃烧无烟煤c f b 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文 参考文献 1 】王智微，等循环流化床锅炉煤着火特性的试验研究燃烧科学与技术，2 0 0 2 ( 5 ) t4 6 8 - 4 7 1 2 】薛雷，等流化床内煤着火特性实验研究煤炭转化，2 0 0 4 。2 7 ( 2 ) ，5 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步雪朋等影响无烟煤热爆裂的因素研究煤炭转化2 0 0 0 ，2 3 ( 4 ) 。4 2 - - 4 5 1 6 】吴正舜，等煤在燃烧过程种的破裂电站系统工程2 0 0 3 ，1 9 ( 2 ) t4 - - 7 【1 7 】顾蹯，等，煤颗粒燃烧的形貌特性和表面平度理论。燃料化学学报1 9 9 5 ，1 3 ( 2 ) ；1 2 7 - - 1 3 5 1 0 d a c o a b e p ，p o u r k u s h a n i a n 乩，e t8 1 c o m b u s t i o n i n d u c e d f 州t a t i o n b e h a v i o r o f i s o l a t e d c o a l p a r t i c l e s f u e l 1 9 9 9 ，7 8 ：1 8 4 7 1 8 5 7 【1 9 】z h ux p ，m a oj h ，q i a n6 t h ei n f l u e n c eo fs e p a r a t o r sp o s i t i o nt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fc f b b o i l e r j w e r t h e r ( e d ) ，i np r o c e e d i n g so ft h e 矿c o n f e r e n c eo nc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e d s ， w u e r z b u r g ，g e r m a n y ，1 9 9 9 9 9 7 1 0 0 2 2 0 孙献斌等国产化i o o m w c 弼锅炉的设计研究中国电力2 0 0 0 ，3 3 ( 2 ) ：1 4 一1 7 【2 l 】w a n gy e ta 1 m o d e l i n gr e s e a r c h0 1 1c h a rp a r t i c l ec o m b u s t i o nb e h a v i o ri nc f bc o n d i t i o n t h e5 t - i n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m c o a lc o m b u s t i o 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db e d i nt h ep r o c e e d i n g s o fin t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c e0 1 1c o a ls c i e n c e 1 9 8 9 ，t o k y o 3 0 9 - 3 1 2 2 9 】l vj f ，j i nx z ，y a n gi t 亿，e t8 1 c o a lc o | b u s t o ne f f i c i e n c yi nc i r c u l a t i o nf l u i d i z e d b e d j o u r n a lo fb a s i cs c i e n c ea n de n g i n e e r i n g 2 0 0 0 t8 ( 1 ) 9 7 1 0 4 3 0 何宏舟c f b 锅炉洁净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究浙江大学博士学位论文2 0 0 5 年1 2 月 【3 l 】吕俊复张守玉，刘青循环流化床锅炉的飞灰台碳量问题动力工程，2 0 0 4 ( 2 ) 。1 7 0 1 7 4 3 2 】乔广义7 5 t h 循环流化床锅炉运行优化