循环流化床锅炉飞灰化学成分的数学模型

第 4 1 卷第 4期 2 0 1 0年 7月 锅 炉 技术 B0I LER TECHN0L0GY V0 1 41 No 4 J u 1 2 0 1 0 文章 编号 i C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 0 0 7 0 0 3 8 0 3 循环流化床锅炉 飞灰化学成分 的数学模 型 杨 倩 原永涛 齐立 强 华北 电力 大学科技学院 河北保定 0 7 1 0 0 3 关键词 C F B 飞灰 石灰石 数学模 型 摘要 根据未投加石灰 石时循环 流化床锅炉 C F B 飞灰的化学成分建立数学模型 理论计算投加石 灰石后 循环流化床锅炉飞灰 的化学成分 为后续 研究做好 基础 一方 面它可 以用于学术 交流 另一方 面它在实 际应 用 中 可以对那些想投加石灰石 的 C F B的电厂做一个预评价 进而指导 E S P的运行 和粉煤灰 的综合利用 中图分 类号 T K2 2 9 6 6 文献标识码 A 0 前言 2 理论计算 循环 流化 床技 术 由于 其燃 料 适 应 性广 高 效 清洁燃烧 而得 到 迅 速 发展 2 循环 流 化 床 锅 炉 的燃烧 系统 与煤 粉 炉 有所 差 别 存 在物 料 循 环 系统 它 在锅炉 后 部加 了一 个 分离 器 大 颗 粒 经 过 分离进入 炉膛 进 人 再燃 烧 小 颗 粒 直接 进 入 电 除尘器 同时循环 流化床 锅炉 炉膛温度 为 8 5 0 9 0 0 低 于 煤 粉 炉 的火 焰 中心 温 度 因 此 它 的飞灰物化 特性不 同于煤 粉炉 循环 流化床 锅 炉 可 以在未投 加任何 脱硫剂 的情况 下运 行 其 循 环 流化床锅 炉工艺本 身会 影响运行 状况 建 立数 学 模 型理论计 算 出投加石 灰石 的循 环流 化床 锅炉 灰 渣 化学成分 并 与所 取 灰 渣样 做 对 比 验证 数 学 模 型的可行 性 具 有 实 际意 义 一 方 面 它 可 以用 于 学术交 流 另一方 面它在 实际应 用 中 可 以对那 些 想 投加 石灰石 的 C F B的 电厂 做一 个预 评 价 进 而 指导 E S P的运行和粉煤灰的综合利用 1 理 论基 础 C F B投加石灰石飞灰的化学成分 同未投加 石灰 石飞灰 的化 学成 分 相 比 重要 的不 同是 在 投 加石 灰石 飞 灰 中增 加 了石 灰 石 的 质 量 因 此 用 实验 测得 的 未 投 加 石 灰 石 的 飞 灰 化 学 成 分 含 量 计算出飞灰化学成分的质量 与相对应的投加石 灰石 后 的灰 渣 总 质 量 之 比得 到 的结 果 就 其 所 对 应的投加石灰石后 C F B飞灰化学成分含量 2 1灰渣 总质量 灰 渣总 质量 F A一煤 燃烧 生成 的灰渣 量 W 石灰 石生 成 的灰 渣量 P 2 1 1煤燃 烧生 成 的灰渣量 B A 1 式 中 B 煤消 耗质 量 A 燃料 中灰 分 2 1 2石灰 石生 成 的灰渣量 P 石灰石 受热分 解 生成 C O 损 失 所 以石 灰石 生成 的灰量 P一石灰 石投 入量 M 一分解 产生 C O 的质量 P 一 M EM X r c a c 一 EM X 1 一 y c a c 2 式 中 M 石 灰石 投入量 枇 c o 石 灰石 中 的 C a C O 的含 量 即FA一 B Aa r EM 1 一T c a c 0 3 2 2煤消耗质量 B和石灰石投入量 M 的计算 石灰 石是 目前最 常 用 的一 种脱 硫 剂L 3 9 O 以上 的循 环 流 化 床 锅 炉 在 脱 硫 时都 选 用 石 灰 石 作脱硫剂 在计算石灰石添加量时 不考虑煤 灰中金属氧化物的 自脱硫的影响 也未考虑石灰 石 中 Mg O等 金 属 氧化 物 与脱 硫 的 影 响 原 因 是 总 体上 它们 对 炉 内脱 硫 反 应 的 影 响 不 大 5 根 收稿 日期 2 0 0 8 0 2 2 0 作者简介 杨倩 1 9 8 0 一 女 硕 士 主要从事大气污染控制科学与技术的研究 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 第 4期 杨倩 等 循环流化床锅炉飞灰化学成分的数学模型 3 9 据脱硫 反 应化 学 方程 式 可 知 完 全 反 应 时 1 too l Ca CO 和 1 too l S相 匹配反 应 生成 1 too l Ca S O4 则 1 k g煤 的石 灰石 添加 量 G 为 G A 一 x C a S 3 式 中 钙硫 摩 尔 比 又称 钙硫 比 但是煤 中 掺 烧 石 灰 石后 石 灰 石 煅 烧 分 解 是吸 热过 程 因此 要 消耗 一定 量 的煤 来 满 足 这 种 分解 反应 的需 要 于是 锅 炉 煤 耗 量 的 概 念发 生 了变 化 它包 括 两方 面 的消 耗 一 是 锅 炉 产 生 一 定蒸 汽所 必需 的耗 煤量 二是 为 了脱 硫 加 入 的 石 灰石 分 解 所 需 的燃 煤 量 掺 人 石 灰 石 引 起 燃 煤 的增 加 额 外 增 加 的煤 又 含 有 额 外 的 硫 于是 又要 额 外增 加 石 灰 石 以脱 去 额 外 的硫 而 石 灰 石 增加 后又需 增 加 燃煤 以保 证 增 加 的 石灰 石 的 受热分解 这 是一个极 限求和 问题 求解过 程如 下 假设某种 循环 流化 床 锅炉 在额 定蒸 发 量下 煤耗量 为 B 0 煤 的低 位 发热 量 为 煤 的含 硫量 为 s 收到基 钙 硫 比为 脱 硫效率 为 额定 负荷 下 人炉煤 的含硫 量 S1 一 Bo X S 4 相应 的掺 入 的石灰 石量 为 M s 5 0 石灰石 在煤 燃烧 时受 热分 解 Ca CO3 一 Ca O CO2 1 83 0 6 C a o S o2 0z C a S O4 1 5 1 4 1 7 这 个反应 是 吸热反 应 其 吸热 率为 q一 1 8 3 0一 S r s o 1 5 1 41 8 于是 可求 出额 外增 加 的耗 煤量 在额 外增 加 的煤 中含硫 量为 S2 一 B1 S 1 0 相应的掺入石灰石量为 M 2 S x 害 第 二次 增加 的耗 煤量 第 三次增 加 的含 硫 量 石 灰 石 量及 耗 煤 量 分 另 0 为 S 3 一B 2 xS 1 3 一 s 害 c U 3 0 若 一百B i l 一 一 一 S iq 1 X X C a 一 一 一 一 S一 S B 一 B I 一 1 l 一 B 口X M 1 一 一 Bo一 B o X Q a X r B o q X B X S X 害 c h B0 Qd 珈 2 5 q s Ca 8 Qd X r B O r c C O 3 设 煤 的增量 之 和为 S 每 次 增量 分 别 为 B B B B 公 比为 r b 则和 可表 示为 S B Bl 4 B2 q B3 B 同样 上 式 可表示 为 S B Bl B r h B r B r 将上 式 的两边 乘 以 r b 得 S B 一Bl r b B1 B 1 r 2 B1 r 将两 式相 减 得 SB SB r b B1 一 B1 SB 1 一 r h 一 Bl 1一 r 1 6 s 当 一 时 上 式 变为 l i m S B l i m拿 1 7 由于 r b 1 故 上式 极 限为 S B 旦 1 8 则锅 炉 总煤耗 为 B B s B B 旦 l 一 Bo 一 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 4 0 锅 炉 技术 第 4 1卷 同样 可求 出石灰石 的 总掺 入量 M 一 一 r c a c 1 r b 一 l r h 2 5 B S o 2 3 循 环 流 化 床 锅 炉 投 加 石 灰 石后 飞灰 成 分 百 分含 量 的计 算 S i O2 一 S i O2 诛投 w FA A1 2 O3 一 A1 2 O 沫投 W FA TFe O 一 TF e O殊投 w FA c a 0 c a O 徕投 XW MX r c c x F A Mg o 一 Mg O殊投 w F A S O S O3 昧投 W 2FA 3实 验 探 讨 至此 可 根据 未 投加 石 灰 石 时循 环 流 化床 锅 炉 飞灰化学成分 以及模 型计 算 出投加 石 灰石后 循 环流 化床锅炉飞灰 化学成分 如表 2 表 3 所示 表 1 循环 流化床 锅炉 参数 表 2循环 流化床 锅炉 未投加 脱硫 剂飞灰 化 学成分 分析 表 3 循 环流 化床 锅炉投 加 脱硫 剂飞灰 化 学成分 分析 对 于 投 放 脱 硫 剂 的 飞灰 条 件 限 制 采 集 了 石 家庄热 电厂灰 渣样 其 化学成 分分 析见表 4 表 4 石 家庄热 电厂循 环流 化床锅 炉 投加 石灰石 飞灰 化学成 分分 析 模 型理论计算 出石家庄热电厂投加石灰石 的循 环流 化 床 锅 炉 灰 渣 化 学 成 分 与实 测 值 的 相 对误 差不 大 说 明 了此 数 学 模 型 对 于 石 家 庄 热 电厂 是可行 的 但是 由于 所取 样 品 的限 制 我们 只对 石 家庄 热 电 厂 的 灰样 进 行 了验 证 希 望 以 后有 条件 的话 多采集 灰样 对模 型验证 4 结 论 循 环 流化 床 锅 炉 飞灰 的化 学 成 分 不 同 于 常 规煤 粉炉 由于 C F B灰 灰性 质 的特 殊 性 将会 影 响 到 电除尘性 能 和飞 灰综 合 利 用 因 此根 据 未 投 加石灰石 时循环 流化床锅炉 飞灰 化学成分 以及 建立的模型 而计算 出投加石灰石后循环流化床 锅炉 的飞灰化 学成分 为后 续研 究做好 基 础 参考 文献 1 S t e p h e n J Go i d i c h I n t e r g r a t i o n o f t h e B e n s o n Ve r t i c a l Ot u Te c h n o l o g y An d t h e C o mp a c t C F B B o i l e r c 3 P o w e r Ge n I n t e r n a t i o n 2 0 0 0 0r l a n d o Fl o r i d a U S A 2 0 0 0 r 2 Mi c h a e l W P a u l R i c h a r d E W e i n s t e i n D o n a l d L B o n k Fe a s i b i l i t y o f Li g n i t e Fu e l e d Co m b u s t i o n Hy b r i d Re p owe r i n g 下转 第 6 4页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 6 4 锅 炉技术 第 4 1 卷 M P a 0 8 9 0 8 0 1 O 7l 2 O 62 3 O 53 4 O 44 5 0 08 9 0 0 o 图 5 气 压 试 验 2 气压 试验 过程 中 压力 容 器无异 常 响声 经肥 皂液 或其 它检 漏 液检 查无 漏 气 无 可 见 的变 形 为合格 3 该反应 器 的气压 试验 经过包 括技 术 监督 局 业 主质 量 部 QS C C E 等 部 门 的联 合 检 查 确 认合格 9结束语 通 过 对 工装 的选 择 焊 接 防变 形 的控 制 对 原材料 焊接 热处理 机械加工 整 体组装的严 格工 艺控 制 该 脱 氢 反 应 器 制 造 获 得 了 圆满 成 功 并 为该类 设备 国产 化提供 了参 考经验 参考 文献 1 AS ME锅炉及压力容器规 范国 E M A S ME规范产品 2 0 0 7 E 2 GB 1 5 0 1 9 9 8 钢 制 压 力 容 器 局 1 9 9 8 际性规范 第二卷 铁基材料 s 北 京 国 家技 术 监 督 E 3 3 J B T 4 7 o 8 2 0 0 0 钢制压力容器焊接工艺评定 s 国家机械 工业局 国家石油和化工工业局 2 0 0 0 E 4 J B T 4 7 O 9 2 0 0 0 钢制压力容器焊接规程E S 国家机械工业 局 国家石油和化工工业局 2 0 0 0 F a b r i c a t i o n a n d I n s p e c t i o n o f De h y dr a g e n a t i o n Re a c t o r Z ENG Qi n g b i n Z HAO Qi n g wa n W U Xi a n g we i 1 Qu a l i t y S u p e r v i s o r y C e n t r e o f Ch e mi c a l Eq u i p me n t QS CCE Na n j i n g 2 1 0 0 2 4 C h i n a 2 Sh a ng ha i Bi l e r W or ks I t d Sha n gh ai 2 0 024 5 Ch i n a K e y wo r d s f a b r i c a t i o n i n s p e c t i o n l a r g e s c a l e d e h y d r a g e n a t i o n r e a c t o r Ab s t r a ct Th i s a r t i c l e i nt r o d uc e d t he f a b r i c a t i o n a nd i n s pe c t i o n r e q ui r e m e nt o f r a w m a t e r i a l s we l d i ng PW H T roa c hi n g a n d g e ne r a l a s s e mbl y f o r l a r g e s c a l e De hy d r a na t i o n Re a c t o r wh i c h i s t h e k e y e q u i p me n t o f EB S M p r o j e c t 上 接 第 4 0页 o f L e l a n d Old s Un i t 2 c 3 T h e 2 9 t h n t e r n a t io n Te c h n i c a l Co n f e r e n c e o n Co a l Ut i l i z a t i o n Fu e l S y s t e ms 2 00 4 3 L Ar me s t o J L Me r i n o C h a r a c t e r i z a t io n o f s o me c o a l c o mb u s t i o n s o l i d r e s i d u e s J F u e l 1 9 9 9 7 8 5 6 1 3 6 1 8 4 史建波 韩道汶 孙学耕 丘雷 循环流化 床运行中环保 问题 的探讨E J 山东环境 2 0 0 2 6 3 E 5 3周一工 循环流化床锅炉添加石灰石脱硫对锅炉效率 的 影 响 J 环境技术 2 0 0 1 1 2 7 3 1 A M a t h e ma t i c s Mo d el o n E l e me n t Co mp o s i t i o n o f F l y As h f r o m CF B YANG Qi a n YUAN Yo n g t a o QI Li q i a n g En v i r o n me n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g S c h o o l No r t h Ch i n a E l e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y Ba o d i n g 0 7 1 0 0 3 Ch i n a K e y w o r ds CFB f l y a s h l i me s t o ne ma t h e ma t i c s mo de l Ab s t r a c t A ma t he m a t