新的燃烧优化数学模型之一当量煤粉浓度

1、新的燃烧优化数学模型（一）当量煤粉浓度的计算模型及其应用火电厂排放的NOX是一种十分重要的大气污染，如何降低煤粉锅炉的NOX排放已经成为当前一项十分紧迫的任务。其中采用低NOX煤粉燃烧器是较为常用和相对比较经济的降低NOX排放的方法，但是，以往对低NOX燃烧器的设计主要是依靠试验，对于低NOX燃烧器的有效煤种适应范围没有做过讨论。本文提出了计算当量煤粉浓度与可燃基挥发分、收到基发热量之间的定量关系，通过当量煤粉浓度的分析，可以指出低NOX燃烧器的煤种适应范围，对低NOX燃烧器的设计提供指导；同时也可以对燃煤煤质的燃烧稳定性进行分类；对于电站锅炉燃烧的优化运行系统，提供了一个新的数学模型。1 计

2、算方法内容及其推导1.1 计算方法的表述计算方法可以表述如下：对于燃用劣质煤的锅炉来说，一次风中挥发分完全燃烧时的当量煤粉浓度与煤质可燃基挥发分、收到基发热量的乘积约等于常数2941。这里参数单位分别是：当量煤粉浓度，kg(C)/kg(A),即1kg空气中所携带的煤粉量；收到基发热量，KJ/kg。1.2 计算方法的推导计算方法的推导基于以下两个论据：（1） 煤粉燃烧所需的理论空气量与其发热量成正比，由文献【3】可知，每千克煤粉所需的理论空气量的质量可以采用公式（1）计算。M=2.63*Qar,net,p/10000*1.293 (1)式中，Qar,net,p煤的收到基低位发热量。（2） 挥发分

3、燃烧所需的空气量与煤燃烧所需的理论空气量的比值约等于可燃基挥发分。本观点在文献【2】、文献【3】中均给出了肯定的答案。煤粉浓度的定义是每千克空气携带的煤粉量。这里特别应注意的是煤粉浓度定义中的分母代表的是一次风质量，这里指1kg；分子代表的是所携带的煤粉量。若该煤粉量中挥发分燃烧所需空气质量等于分母所代表的一次风量，即等于1kg，则此煤粉量所代表的煤粉浓度即为当量煤粉浓度。Cpc.op*2.63*Qar,net,p/10000*1.293*Vdaf=1 (2)式中Cpc.op当量煤粉浓度；Vdaf可燃基挥发分。该公式简化后为Cpc.op*Qar,net,p*Vdaf2941 （3）2 当量煤粉

4、浓度对不同煤种燃烧稳定性进行判断2.1 应用当量煤粉浓度对不同煤种燃烧稳定性进行判断公式（3）表明，当量煤粉浓度值随着收到基低位发热量、可燃基挥发分的增加而减少。表1 对不同煤种当量煤粉值的计算序号煤种发热量挥发分煤粉浓度值KJ/kgVdafKg(C)/kg(A)1京西无烟煤2304062.1272阳泉无烟煤2640091.2383西山贫煤24720150.794芙蓉贫煤1309013.31.6895抚顺烟煤22415460.2856大同烟煤2780024.70.428常规一次风粉中煤粉浓度为0.25-0.55kg(C)/kg(A)，从表1可以看出，对于无烟煤和贫煤来说，其当量煤粉值都大于常规

5、数值。对于烟煤当量煤粉浓度值一般处于常规数值范围内，从燃烧角度看，不采用稳燃技术燃烧也不成问题。对于不同煤质的燃烧稳定性，应用何种指标去准确衡量成为煤燃烧领域的一个实际问题。总的来说，目前国内外普遍采用可燃基挥发分作为燃煤燃烧稳定性的分类指标，但实践表明该指标对燃煤来说并不合适；应用本公式，并基于常规煤粉浓度的基本知识，提出了新的基于当量煤粉浓度的分类方法，见表2。表2 基于当量煤粉浓度值分类标准PPCOP<0.550.55-0.70.7-1>1类别易燃中等易燃难燃极难燃应用本燃烧判别标准是基于当量煤粉浓度指标，该指标离正当运行的煤粉浓度值越远，则越难燃烧，该指标容易理解，使用非常

6、方便。2.2 应用当量煤粉浓度判断低NOX燃烧器煤种适应性对于低NOx燃烧器，当煤粉浓度等于当量煤粉浓度时NOX排放量最大。常规一次风粉中每千克空气所携带的煤粉质量为0.25-0.55kg, 如果通过煤质计算当量煤粉浓度值在0.25-0.55的范围内，通过浓淡分离，使分离后浓淡两侧的煤粉浓度均偏离当量煤粉浓度值，可以降低NOX的排放。如果计算得到的当量煤粉浓度值为0.55-0.75kg/kg，由于浓淡分离后浓侧可以处于还原性气氛或略处于还原性气氛，淡侧处于强氧化性气氛，对降低NOX依然有一定作用，但对提高燃烧稳定非常有益。当当量煤粉浓度值超过0.75以后，由于实际一次风管中煤粉浓度值远远小于当量煤粉浓度值，导致燃烧稳定性下降，通过煤粉浓淡燃烧可以使浓侧的煤粉浓度接近当量煤粉浓度值，但无论是浓侧还是淡侧都更可能处于氧化性气氛，挥发分燃烧生成的NOX无法得到还原，本来淡侧氧化性气氛使NOX排放降低的原因是由于燃烧温度低，热力型NOX的形成减少，但由于此时煤种燃烧稳定性差，往往通过提高炉膛内温度的方法提高燃烧稳定性，因此此时热力型NOx并没有减少，所以对于低NOx燃烧器而言，当当量煤粉浓度大于0.75时，低NOX浓淡燃烧器对降低NOX的排放效果很小，但对提高燃烧稳定性有好处。3 结论本文简要介绍了计算当量煤粉浓度的计算方法，同时指