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1、洳：J 、硕士学位论文论文题目：垒垒Q 主Z 照燃烧玉烟煤婴垡坦优化燃烧试验研究作者姓名盔生指导教师壅茎叠煎蕉围麴筮筮撞学科、专业王壅塾堑墨所在学院堑熊鱼丝夔王壁堂瞳提交日期2 1 Q 主基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，
2、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
3、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
4、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 TA B S T R A C TF 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 sc 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
5、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 ea 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 nt 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
6、 n t e n to ff l ya s hi sS Oh i g ht h a tt h ec 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 Bb 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
7、 i o ne x p e r i m e n tf o ra4 4 0 t hC 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 fa n t h r a
8、 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 gr 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 eo p t i m a l
9、c 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 sa 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 fp 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 so ft h ea
10、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 ts 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
11、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 rc 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 tc 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
12、 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 no 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 na d d i t i o n ，e m i s s i o nc h a r a c
13、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 le m i s s i o no fc o m b u s t i o np
14、 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 d1 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
15、a tt r a n s f e rc h a r a c t e r i s t i co ft 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 sw 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
16、 a t e da n dc o m p a r e dw i t ht h ed e s i g nv 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 tt 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
17、l Cr e a s o uf o rt h a tt h ef l o wo fd 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 es u i t a b l eo p e r a t i
18、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 dag 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
19、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
20、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j1 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
21、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
22、 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
23、，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
24、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
25、 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。pot s1 - 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 O4 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
26、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
27、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
28、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 91 7i1 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
29、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
30、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
31、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 Il 所占百分比( ”8 oso | 0eI 平均粒径)4 l表2 -
32、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 3o l 0 ll 所占百分比( 射52tIl 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
33、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
34、，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
35、，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
36、 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
37、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
38、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
39、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
40、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
41、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
42、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 0501 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
43、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 6M= 次吼串，图2 - 1 1 飞灰台碳量髓二次风
44、率的变化( 4 ) 床压的影响2 0琶1 5雾1 0誊6O567891 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 ，
45、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
46、响也需要进一步研究。1 64 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 1 6 3 3 】张静英，冯波郑楚光煤粒着火及燃烧稳定性煤炭转化，1 9 9 7 2 0 ( 3 ) 。6 3 6 8C 4 李文，李保庆，用热重技术研究煤焦燃烧特性煤炭转化1 9 9 6 ，l9 ( 3 ) ，7 58 1 6 黎永，等循环流化床锅炉飞灰碳损失
47、研究热电技术2 0 0 2 ( 3 ) ：3 - 7【6 】s us P o h lJ t L ，e ta 1 Ap r o p o s e da c c e r a li n d e xt op r e d i c tc o m b u s t i o nb e h a v i o rc o a l F u e l 2 0 0 1 ，8 0 ：6 9 9 7 0 6 7 B r a t e kK ，B r a t e kt ，e ta 1 P r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r eo fd i f f e r e n tr a n ka n t h r
48、 a c i t e f u e l 2 0 0 2 ，8 1 ：9 7 - 1 0 8 8 】刘彦鹏等不同煤种下循环流化床灰渣特性的试验研究锅炉技术2 0 0 4 ，3 5 ( 3 ) ：1 8 - - 2 2 9 】邱燕，等降低循环流化床锅炉飞灰含碳量的理论及其应用热能动力工程2 0 0 5 ，2 0 ( 4 ) t3 6 9 - - 3 7 2 【1 0 】金涌，等流态化工程原理北京，清华大学出版社2 0 0 1【l l 】苏建民福建无烟煤的优化燃烧福建能源开发与节约1 9 9 9 增刊2 8 - 3 2 1 2 昊炬，李玉刚，等循环流化床锅炉飞灰舍碳量运行调整浅析全国电力行业C F B
49、 机组技术交流服务协作网第三届年会技术交流论文集鸟鲁术齐，2 0 0 4 1 8 2 - 1 8 6 【1 3 陈念祖，朱云鹏，季红兵，等首台雷产化4 1 0 t h 循环流化床锅炉特性试验研究简介全国电力行业c P B 机组技术交流服务协作两第三届年会技术交流论文集乌鲁木齐，2 0 0 4 7 9 - 9 0 1 4 申莉，刘德昌。张世红，等影响循环流化床锅炉燃烧效率的因素分析及改善措施动力工程2 0 0 2 ,2 2 ( 6 ) ：2 0 5 4 - 2 0 5 8【1 5 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 】
50、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 lp a r t i c l e s F u e l 1 9 9
51、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 Bb 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
52、，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
53、 p o s i u m c o a lc o m b u s t i o n 2 0 0 3 ，N a n j i n g 。C h i n a 1 2 0 - 1 2 4 【2 2 】B e l i nF ，B a b i e h o vL ，Y u - M a y s t r o n k u L V Bb o i l e rf o rl o w - G r e d eH k r a i n i a nA n t h r a c i t e ,5 “I n t e r n a t i o n a lC F Bc o n f e r e n c e B e i j i n g ，C h i
54、n & 1 9 9 6 2 3 】熊正德提高我省循环流化床锅炉热效率探讨福建能源开发与节约1 9 9 9 增刊9 - 1 31 7C 叫第二章C I = B 锅炉燃烧无烟煤研究综述 2 4 】事俊，田子平，熊天柱，等降低循环流化床飞灰可燃物锅炉技术2 0 0 4 ，3 5 ( 4 ) ，3 2 3 0 2 6 5 r u n e l l oS K i n e t i cs t u d yo fc h a rc a s b a s t l o ni naf l u t d t z e db e d F u e l ，1 9 9 6 ，7 5 ( 5 ) I6 3 6 - 5 4 4 【2 6 】
55、J A d O n e z ，L F d e D i e g o ，P 6 a y d n 。e t8 1 A , m o d e l f o r p r e d i c t i o n o f c a r b o n c o = b a s t i o ne f f i c i e n c yi nc i r c u l a t i n gf l u i d i z e db e dc o n b a s t o r s F u e l 1 9 9 5 。7 4 ( 7 ) ：1 0 4 9 1 0 5 6 2 7 】吴炬等2 2 0 t h 循环流化床锅炉运行特性试验研究东北电力技术2 0
56、 0 5 ( 6 ) tn 1 7 【2 8 】6 u l y u r t l uI C o s b a s i t i a so fhJ l g ha s hP o r t u g a la n t h r a c i t ei naf l u i d z e db e d I nt h ep r o c e e d i n g so 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
57、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 db 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
58、 ) 。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试验锅炉技术，2 0 0 0 ，3 1 ( 1 2 ) I2 0 2 2 3 3 】杨海瑞，肖显斌，王进伟，等循环流化床锅炉床压降对飞灰含碳量的影响电站系统工程，2 0 0 5 ，2 l ( 3 ) f1 3 一1 4第三章无烟煤与烟煤动力学实验对比研究第三章无烟煤与烟煤动力学实验对比研究3 1 实验目的反应动力学参数的确定是研究煤燃烧的一项重要内容。由于循环流化床锅炉中煤燃烧过程的复杂性，直接求解煤在C F B 锅炉真实燃烧条件下的反应动力学参数是非常困难的“。1 。热分析“”是反应动力学研究的一种重要的分
59、析手段，随着热分析技术的进步，人们越来越多地利用热分析技术来确定煤燃烧的动力学参数。热重分析法( T h e r m o g r a v i m e t i c ，T G ) ”是使用最广泛的热分折技术，它是一种在程序控温下借助热重以获得原料质量与温度或者时间关系的技术，因而可以根据煤原料质量的变化来判断煤的燃烧行为。热重特性分析结果一般可以得到两种曲线：一是T G 曲线，反映的是物质质量与温度的变化关系曲线；二是D T G 曲线，反映的是失重速率与温度的变化关系曲线其中，F I G 曲线能够清楚直观地反映反应起始温度、最大反应速率和反应终止温度。本章通过热重实验，对连州电厂4 4 0 t h
60、C F B 锅炉所烧的无烟煤与典型烟煤不同升温速率下的热解和燃烧特性进行了对比研究，以了解无烟煤与烟煤在着火温度、燃尽温度及活化能等参数的差别，因而更好地针对无烟煤的煤质特点指导C F B 锅炉优化燃烧试验的进行。3 2 实验方法常用的热重实验方法有等温热重法和程序升温法”l 。等温热重技术是在恒温条件下测定转化率与时间的关系，其优点是可以模拟工业锅炉的部分操作条件( 如炉温、气氛、压力等)来研究煤燃烧或热解的行为。在动力学研究方面，与通常的研究方法相似，其缺点是温度升至实验温度之前，煤样可能会已经发生变化而引起误差。但由于煤是一种不均匀的固体，与程序升温法相比，等温法可获得煤的整体反应性。而
61、与等温发相比，程序升温法则具有实验量少、温度区域较宽、提供的信息多等特点，测定一条热重曲线，就可以在较宽的温度区域内获得有关的反应动力学信息我们可以根据实验的需要以及仪器的特点选择等温热重法或程序升温法。实验采用了美国T A 公司生产的S D rQ 6 0 0 热重分析仪，该仪器能够提供高灵敏度的热重分析。在实验中，煤的粒径对热重分析结果有重要影响，采用较小粒径的试样的则能降低传热和二次气固反应的影响，同时可以忽略质量扩散因素。为此，将试样破碎至2 0 0 pt 以下采用程序升温方法：将一定质量的煤样粉末至于坩埚中，使之从环境温度以一定升温速率加热至设定的温度值，热重同时记录每份重量随温度(
62、时间) 的变化情况。实验时选用8 m g 左右的样品，热解时反应气体是氮气，燃烧时反应气体是空气或氧气，反应气体流量8 0 m l m i n 1 94 4 0 l ，1 1 燃烧无烟煤C F B 锅炉燃烧优化试验研究一浙江大学硕士学位论文加热终温1 0 0 0 X 3 。实验中使用氨气为吹扫气，流量为8 0 m l m i n 。3 3 煤热解、燃烧热重实验热重实验所用无烟煤和烟煤的工业分析和元素分析见表3 一l 。实验所进行的工况见表3 - 2 无烟煤和烟煤在空气，氧气和氮气气氛下的他和D T G 曲线如图 1 至图3 6 所示表3 - l 实验用煤的工业分析和元素分析样品工业分析发热量k
63、 J k s元素分析AM a dA a dV a dF c a dQ n e t a dC a dB a dN a dS t a dO a d无烟煤0 9 53 7 0 73 ，6 05 6 3 61 8 6 2 65 8 4 01 2 lO 2 50 5 71 5 5烟煤1 3 82 2 1 61 6 7 45 9 7 22 8 2 6 16 6 3 4 81 1 3O 4 94 7 3表3 - 2 煤热解、燃烧热重实验工况工况l234567891 01 11 2燥种无烟煤烟煤反应气氛氮气空气氧气氮气空气氧气升温速率B ( U s i n )l O3 01 03 01 03 01 03 01
64、 03 01 03 03 3 1 煤热解、燃烧特性分析煤的热解过程是煤燃烧的初级阶段，因此研究煤的热解特性可以对煤在锅炉内有效燃烧以及煤的热加工等提供可靠的依据m 。氮气气氛下、不同升温速率条件下的烟煤和无烟煤热重实验的T 6 、D T G 曲线如图3 - 1 、3 - 2 所示。3差”窖2L 510 5O0枷4 0 06 0 08 0 01 0 0 0t 。图3 - 1 氮气气氛下的儒曲线圈3 - 2 氮气气氛下的D T G 曲线煤热解反应前期主要是水分和少量挥发分的析出，后期主要是挥发分的析出对于烟煤而言，在4 0 0 C 左右时，其析出速率突然增大，在4 5 0 X 3 左右出现峰值；而
65、对于无烟煤，由于其水分和挥发分含量很低，在整个热解过程中其总失重小于5 ，并且失重速率比较平稳，没，+第三章无烟煤与烟煤动力学实验对比研究有出现明显的峰值。在空气、氧气气氛下，首先是挥发分开始燃烧，继而是焦炭的燃烧由图3 _ 3 至图3 - 6 可以看出，燃烧情况下，反应速率突然增大的起始温度与热解时相差不大。另外，在同一煤种、同一升温速率下，燃烧反应速率明显比热解反应速率要大。o加0柚0鲫嘎1 螂o2 0 04 0 06 0 0啪t 1 0 0 0图3 - 3 空气气氛下的曲线图3 - 4 空气气氛下的m 曲线圈3 - 5 氧气气氛下的T G 曲线3 3 2 煤燃烧特性参数的确定2 5墨2
66、0_基1 5l O5Oo2 帅06 啪t 1 0 0 0圈3 - 6 氧气气氛下的D 侣曲线着火温度和燃尽温度是判定煤燃料燃烧特性的最常用的参数。相比之下，着火温度显得更为重要，因为着火温度不但能够表征燃料的着火特性，而且在相同的燃烧条件下往往也决定了燃尽温度的大小通过热重实验研究着火温度时，着火温度的定义方法却是多种多样的，主要有以下几种“”；( 1 ) T G A 法煤粒在着火前，试样失重比较缓慢，当达到着火温度开始燃烧后，反应速率迅速增加，此时T G 曲线上存在一突变点，在突变点附近曲线上作切线，其交点定义为着火点。此种方法缺点是切线的作法在一定的范围内具有随机性。( 2 ) D T G
67、 A 法将D T G 曲线上失重率达0 1 m g , t i n 时对应点的温度定义为着火点，试验表明当同煤种odH知擎。oo ，om鼯蛐。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的煤粉量控制在6 g s g 时，该法获得的着火温度具有较好的重复性( 3 ) 固定失重百分数法这种方法是将T G 曲线上失重率达1 0 时的点对应的温度点定义为着火点。本文将分别采用D T G A 法和固定失重百分比法求取两个煤种的着火温度。另外，定义煤燃尽温度“为；在燃烧后期，试样的燃烧速率等于每分钟m D 1 0 0 时所对应的温度。依据该定义，从T G 和D T G
68、 曲线上可以得到热重燃烧反应的着火温度和燃尽温度，如表3 - 3 所示由表可以看出，固定失重百分数法所得到的结果普遍比D T G A 法要大，喻秋梅等研究者也得出了类似的结论，而且认为叽G 法是比较理想的方法，因此也得到了广泛的采用。但不管哪种方法，所得到无烟煤的着火温度都比烟煤平均要高1 6 0 ，同样燃尽温度也相应比烟煤平均要高1 3 5 C ( 空气气氛、B = 1 0 m i n 条件下) 由此可以看出，无烟煤的燃烧特性要比烟煤差很多，这也是燃烧无烟煤的C F B 锅炉飞灰含碳量远高于燃烧烟煤的C F B 锅炉的本质原因。表3 - 3 热重燃烧反应的着火温度和燃尽温度煤种无烟煤烟煤反应
69、气氛空气氧气空气氧气升温速率B ( m i n )1 03 01 03 01 03 01 03 0着火温D T G A 法6 2 86 2 75 3 05 5 04 6 54 0 63 7 83 6 0度( )固定失重百分数法6 5 35 8 95 7 16 0 94 8 84 8 64 2 04 5 5燃尽温度( )8 7 89 4 97 3 28 3 07 4 38 7 05 4 26 0 43 3 3 煤种对热解、燃烧特性的影响不同的煤化程度直接决定着煤的反应活性的高低。为了深入了解无烟煤的反应动力学特性，有必要对无烟煤和烟煤热重实验对比研究由T G 、D T G 曲线可以看出，烟煤的热
70、解反应活性远好于无烟煤。而对于燃烧反应活性，下面将以空气气氛条件下的燃烧反应为例，对无烟煤和烟煤进行以下对比，由图3 - 3 ，3 - 4 以及表3 - 3 可以看出，无烟煤燃烧的主反应区间也比烟煤温度更高，在B = I O C 血i n 条件下，烟煤的着火温度在4 6 5 ，而无烟煤的着火温度则为6 2 8 ( D T G A 法) ；烟煤的燃尽温度为7 4 3 ，而无烟煤的燃尽温度则为8 7 8 。另外，无烟煤燃烧速率也比烟煤低这些都说明无烟煤的燃烧反应活性要比烟煤差很多，这一点在氧气燃烧条件下也是如此。3 ，3 3 升温速率对热解、燃烧特性的影响虽然锅炉实际运行过程中煤的升温速率高达1
71、0 1 0 “，要远高于热重实验所能达到的升温速率，进行不同升温速率的热重实验对了解升温速率对煤的燃烧特性的影响仍有其参考b，“。HLH；，第三章无烟煤与烟煤动力学实验对比研究意义。实验共进行了1 0 珥i n 和3 0 m i n 两个不同升温速率。从图3 - 2 至图3 _ 6 可以看出，不论是热解还是燃烧，随着升温速率的升高，主反应区间都有所增大，而且稍微向高温侧移动，即煤的着火温度、最高燃烧速率温度以及燃尽温度都有所增大，另外，随着升温速率的增大，煤的最大燃烧速率明显增大，而且在空气燃烧条件下，当升温速率增大到3 0 m i n 时，无烟煤和烟煤的D T G 曲线都出现了两个失重峰。刘
72、文珍”1 等提出，D T G 曲线上出现的两个峰中，第一个峰可视为易燃峰由挥发份和易燃碳燃烧引起：第= 个峰为难燃峰，由难燃碳燃烧所致。而之所以在升温速率较高的条件下出现了两个失重峰，这是因为升温速率增大，使得达到相同温度时的燃烧时间缩短，导致难燃碳只有在更高温度下才能充分燃烧，因而与挥发分和易燃碳的燃烧区间更易分离，继而出现两个峰值。3 3 4 氧气浓度对燃烧特性的影响为了考察氧气浓度对燃烧特性的影响，进行了空气和氧气两种不同气氛的燃烧实验。由图3 - 3 至图3 _ 6 可以看出，氧气气氛下煤的燃烧区间比空气气氛有所减小，并向低温侧移动。这意味着氧气气氛下着火温度和燃尽温度都有所降低，这一
73、点由表3 - 3 也可以看出。另外，氧气气氛下，燃烧速率比空气气氛要高很多，以B = I O C a i n 条件下的烟煤为例，其最大燃烧速率为2 2 9 3 m i n ，明显高于空气气氛下的6 8 1 m i n 。此外，也没有出现空气气氛下D T G曲线的双峰现象。所有这一切都说明，提高氧气浓度有利于提高煤燃烧反应的反应活性。此外，通过对比可以发现，无烟煤的燃烧速率对氧气浓度的敏感程度似乎不如烟煤大如果这在实际C F B 锅炉中也成立的话，那就意味着C F B 锅炉燃烧无烟煤可以采用比燃烧烟煤更小的过量空气系数，这样既能保证燃烧所需的氧气，又可以提高床温，还能降低排烟热损失。3 4 煤热
74、解、燃烧反应动力学模型通过热重分析法对煤进行熟解、燃烧特性研究，可以求得反应动力学参数( 指在上述所定义的着火温度和燃尽温度区间内的反应动力学参数) ，从而得到其反应动力学模型热重反应可以用下列方程来描述生：胁(3-1)f C a )式中，f 为反应时间，阿累尼乌斯方程芝女= A e ”式中，A 为频率因子，k 为速率常数，口为转化率( 即反应度) ，其定义同前文。另由( 3 - 2 )E 为活化能，R 为理想气体常数，r 为反应温度。由于升温速率4 4 0 曲燃烧无烟j 篡c F 8 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硬士学位论文夕：宰，结合式( 3 1 ) 、( 3 - 2 ) 可得嵩= 万A
75、。- 目L E 打仔a ，许多研究者基于上式提出了各种动力学分析方法，即通过实验得到的1 G 或D T G 曲线，从上式导出反应动力学参数E 和A ，并确定，( 功的形式。这些方法可分为两类：一类是直接利用上式本身，结合D T 6 曲线作动力学分析，称为微分法；一类是利用上式的积分形式，结合T G 曲线进行动力学分析，称为积分法。T G 曲线是实验直接得到的，而I ) T 6 曲线则是通过数值方法计算得出的，因此积分法不会像微分法那样带来计算导数所伴随的数值误差。本文采用C a o t s R e d f e r n 积分法进行动力学分析。假设热重反应符合简单动力学方程”，即f ( o O =
76、 ( 1 一4 ，煤的反应一般认为是一级反应，即n = 1 ，于是通过对温度积分的近似处理，最终得到如下近似的积分型方程，n 毫鼬嗟。一争卜寺c 州，因为等 ( 1 ，所帅产产】对手的图线是条直线其斜率为了E 而截距中包含频翱孙a = l n 器E ( 1 一等) 】，江簧，x = 亭，y 乩世产M u有Y = 口十6 X( 3 - 5 )1 T2图3 - 7 空气气氛下反应动力学参数模拟结果由上式作图可以隶出该直线的斜率和截距，从而可方便的求出活化能E 和频率因子A ，O2468O2468一-一一q1111一一卜*卜一一a_【一c-；一c【第三章无烟煤与烟煤动力学实验对比研究如图3 _ 7
77、所示烟煤和无烟煤热解和燃烧过程中的反应动力学参数及其模型见表3 _ 4 。在燃烧动力学参数中，活化能是一个非常重要的参数，它代表反应物的分子由初始稳定状态变成活化分子所需吸收的能量。活化能比着火温度更能从本质上描述试样的着火特性。从表3 - 4 可以看出，无论是在氦气热解条件下，还是空气、氧气燃烧条件下，无烟煤的活化能都明显比烟煤大，这也进一步验证了无烟煤反应特性较差的结论。表3 - 4 燃烧和热解动力学参数3 5 本章小结本章通过热重实验对无烟煤和烟煤进行了熟解和燃烧动力学参数的研究，通过与烟煤的对比，对无烟煤的燃烧特性有了一个初步的了解和认识，得到了以下结论；( 1 ) 无论热解还是燃烧，
78、无烟煤的反应活性要比烟煤差许多，主要表现在着火温度、燃尽温度更高，活化能和频率因子更大( 2 ) 升温速率对无烟煤和烟煤热解和燃烧反应都有影响，主要表现在反应区间向高温侧移动，最大燃烧速率明显升高。并且在空气气氛燃烧时，当升温速率增大到3 0 m i n 时，无烟煤和烟煤的I ) 1 6 曲线均出现了两个峰值这是因为升温速率升高，使得难燃碳的燃烧明显向高温侧移动，因而与挥发分与易燃碳的燃烧峰值产生了分离造成了双峰现象。( 3 ) 无论是无烟煤还是烟煤，氧气气氛下燃烧反应活性要比空气气氛下要好的多，即着火温度、燃尽温度降低，最大反应速率显著增大可见氧气浓度的提高，有利于燃烧反应的进行此外。无烟煤
79、的燃烧速率对氧气浓度的敏感程度似乎不如烟煤大。4 4 0 V 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 】Y o u n g & c ，S m i t hI 飘T h ec o m b u s t i o no fL o yY a n gb r o w nc o a lc h a r C o m b u s t i o na n dF l a m e 1 9 8 9 7 6 ：2 9 - 3 5【2 】T o u r u n e n 九，S a a s t a s o l n e nJ 。胁l a i 眦nJ ，e ta 1 I ) y n a m i c
80、 - e 笛u r e - e n 拓锄da n a l y s i so ff u e lr e a c t i v i t yi nal a b o r a t o r ys c a l ec l r c u l a t l n gf l u l d i z e db e dc o a b u s t o r I np r o c e e d i n go ft h e7t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo fC i r c u l a t i n gf l u i d i z e dB e d s ，J 。RG r a c e
81、( E d ) O n t a r i o , C a n a d a ,2 0 0 2 【3 】李余增热分析北京；清华大学出敝社，1 9 8 7【4 】陈镜泓，李传儒熟分析及其应用北京；科学出版社，1 9 8 5 5 孙学信燃煤锅炉燃烧实验技术与方法，北京。中国电力出版社，2 0 0 i 6 崔洪，徐秀峰等煤焦c 0 2 气化的热重分析研究( I ) 等温热重研究煤炭转化1 9 9 6 ，1 9 ( 2 ) I7 5 - 7 9 7 】崔洪徐秀峰等煤焦c 0 2 气化的热重分析研究( I f ) 等温热重研究煤炭转化1 9 9 5 。1 9 ( 3 ) t8 2 - 8 5C 8 徐朝芬，等
82、热解条件对煤的热解行为的影响实验室研究与探索2 0 0 5 ，2 4 ( 6 ) t1 8 - 2 0【9 】嗡秋梅，庞亚军，陈宏国煤燃烧试验中着火点确定方法的探讨华北电力技术2 0 0 1 ( 7 ) 9 - l O【1 0 M o r g a n 只丸，R o b e r t s o n8 D ，L h s v o r t hJ F C o m b u s t i o ns t u d i e sb yt h e r m o g r a v i s e t r t c a l y s i s F u e l 1 9 8 6 5 5 ：1 5 4 6 1 5 5 1 【l q 姚昭章等不同煤
83、化程度煤的热解动力学参数煤化工，1 9 9 4 。2 ，3 4 - 4 0 1 2 】方立军高正阳，周维平利用热重对电厂混煤燃尽特性的实验研究华北电力技术2 0 0 1 ( 1 ) 【1 3 】晏蓉动力用劣质煤燃烧特性研究( 上) 冶金能源，1 9 9 5 ，1 4 ( 5 ) ：圳5 8 0 第四章4 4 0 t hC F B 锅炉优化燃烧试验第四章4 4 0 t h C F B 锅炉优化燃烧试验广东连州电厂4 4 0 t h C F B 锅炉自2 0 0 4 年上半年投运以来存在飞灰含碳量高、锅炉效率低于设计值以及减温水远远大于设计值等问题，为了提高锅炉运行的经济性，受连州电厂的委托，浙江
84、大学热能所和广东电力试验研究所合作对其4 。锅炉进行了联合优化燃烧试验，以对整体运行特性进行全面的测试和调整优化。本章对整个试验过程进行了说明，主要考察了锅炉的总体运行状况，研究了排烟氧量、二次风率、负荷等因素对锅炉效率和主要热损失的影响；并通过分析飞灰和底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分析了C F B 锅炉无烟煤的燃尽特性；此外，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。4 1 试验锅炉和工况介绍4 1 14 4 0 t h C F B 锅炉广东连州电
85、厂4 。锅炉为哈尔滨锅炉厂采用引进A L S T O M 的技术设计生产的H G - - 4 4 0 1 3 7 一L W M 9 型超高压中间再热循环流化床锅炉，其技术参数见表4 - 1 所示。锅炉采用床上下联合启动，全钢架支吊结合的固定方式，半露天布置，平衡通风，运行时燃烧室处于正压工况，固态机械除渣，气力除灰。袁4 一l 锅炉主要技术参数过热蒸汽流量t h过热汽出口压力- n过热汽出口温度再热蒸汽流量t h再热蒸汽进出口压力- 如再熟蒸汽进出口温度汽包压力 盹保证热效率锅炉排烟温度二次风温锅炉主要由炉膛、高温绝熟旋风分离器、自平衡。U ”形回料阀和尾部对流烟道组成燃烧室布置有大直径钟罩式
86、风帽，具有布风均匀、防堵塞、降结焦和便于维修等优点。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面。燃烧室内布置屏式级过热器和屏式热段再热器，l ；l 提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热器和再热器汽温具有良好o7o门躺鲫钾，o，枷M刚一蝴一船瑚掰色34 4 0 t ，I l 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的调节特性。，锅炉采用2 个内径为7 7 2 米的高温绝热分离器，布置在燃烧室与尾部对流烟道之问，外壳由钢板制造，内衬绝热材料及耐磨耐火材料，分离器上部为圆筒形，下部为锥形。防磨绝热材料采用拉钩、抓钉、支架固定。以上三部分构成了循环流化床锅炉的核心
87、部分物料热循环回路。煤与石灰石在燃烧室内完成燃烧及脱硫反应，经过分离器净化的烟气进入尾部烟道。尾部对流烟道中布置m 级、I 级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。过热蒸汽温度由在过热器和热段再热器中间布置有一级喷水减温器，减温水来自给水泵中间抽头，级、I 级过热器、冷段再热器，烟道采用的包墙过热器为膜式壁结构，省煤器，空气预热器烟道采用护板结构。燃烧室与尾部烟道包墙均采用水平绕带式刚性粱来防止内外压差作用造成的变形。锅炉设有膨胀中心，各部分烟气、物料的连接烟道之闻设置性能优异的非金属膨胀节，解决由熟位移引起的密封问题，各受热面穿墙部位均采用国外成熟的密封技术设计，确保锅炉密闭性锅炉钢构架采
88、用高强螺栓连接，按7 度地震裂度设计锅炉采用支吊结合的方式，除分离器简体、冷渣器和空气预热器为支撵结构外，其余均为悬吊结构。为防止因锅炉内爆炸引起水冷壁和炉墙的破坏，本锅炉设计有刚性梁。如图4 - 1 所示。圈4 一l4 4 0 t h C F B f t l 炉的结构简图2 8第四章4 4 0 t hC F B 锅炉优化燃烧试验4 i 2 试验工况与过程说明为了对该循环流化床锅炉整体运行特性进行全面的测试和调整优化试验，分别考察了C a S 摩尔比、排烟氧量、二次风率、排渣方式、床压、负荷等因素对锅炉流动、传热、燃烧，污染排放等特性的影响，并根据测试结果提出了三个优化工况。表4 - 2 汇总
89、了所有的1 2 个工况的测试目的，时间和工况说明。袭 2 连州电厂4 # 锅炉优化试验各工况列袭工况测试目的测试时间备注负荷1 3 7 6 6 删，二次风率5 0 9 6 ，工况1基本工况2 0 0 5 - 9 - 2 2 0 0 ：3 0 - 1 2 ：3 0不加石灰石工况22 0 0 5 - 9 - 2 2 1 4 ：0 0 - 1 5 ：0 0负荷1 3 7 1 6 M W ，二次风率5 溉，C “S = 3 3变c s 摩尔比工况32 0 0 5 - 0 - 2 2 1 5 ：3 0 一1 7 ：0 0负荷1 3 5 7 0 M V 。二次风率5 皑。C a 5 = 5 0负荷1 3
90、4 0 0 M W , 二次风率5 册，工况4变氧量2 0 0 5 9 2 3 l O ：3 0 - 1 2 ：3 0排烟氧量3 2 蛳C a S = 4 8工况52 0 0 5 - 9 - 2 3 1 3 ：0 0 - 1 5 ：0 0负荷1 3 4 6 2 姗，二次风率6 啡，C a S = 5 1变二次风率工况72 0 0 5 - 9 2 4 0 9 ：3 0 - 1 1 ：3 0负荷1 3 4 8 8 哪，二次风率4 0 ，I ，C a S = 2 2负荷1 3 5 6 2 M W ，二次风率6 0 ，工况6单侧排渣2 0 0 5 9 - 2 3 1 5 ：0 0 - 1 7 ：0 0
91、C a S = 4 6负荷1 3 5 1 I l R ，二次风率5 0 ，工况8变床压2 0 0 5 - 9 2 4 1 2 ：3 0 - 1 4 ：0 0床压8 2 9 诤a , c a 5 - - - 3 1负荷1 0 0 6 0 姗，二次风率5 7 ，工况1 1降负荷2 0 0 5 - 9 - 2 5 1 3 ：0 0 - 1 5 ：0 0C a S = 26负荷1 3 6 2 6 J 。二次风率6 帆，工况92 0 0 5 一铲2 4 1 4 ：3 0 - 1 6 ：3 0c a s = 3 I负荷1 3 4 8 8 姗。二次风率5 7 1 ，不加工况l O优化工况2 0 0 5 9
92、2 5 0 9 ：3 0 一1 1 ：3 0石灰石负荷1 3 0 0 l 胂，二次风率5 7 ，工况1 22 0 0 5 9 - 2 5 1 6 ：0 0 _ 1 7 ：3 0C a S = 4 54 1 3 试验用煤和石灰石特性分析( 1 ) 测试用煤各工况煤样的元素分析及工业分析数据详见附录表1 。由分析数据可妍，在锅炉测试期间，燃煤的煤质有微小变化，该无烟煤收到基挥发份V a t 小于麟，含硫量较低，煤的发热量在1 9 2 1 1 4 J k g 。煤样的粒径分布见表4 - 3 。由表可以看出，煤的平均粒径基本上介于2 5 4 O n 之间，2 9最大粒径小于2 0 m m ，而且总体上
93、呈现出两头多，中间少的分布特点。表4 - 3 各工况煤祥的粒径分布重量份额0 - 0 20 2 - 0 60 5 - 1卜33 - 65 - 88 - 2 0当量粒径工况l5 3 52 1 8 15 8 93 1 6 42 3 96 1 65 2 62 8 5工况26 6 81 9 船1 8 0 51 6 9 52 5 4 76 0 46 9 82 9 4工况3l O2 3 7 31 8 3 61 6 7 32 0 6 64 85 7 42 5 1工况43 52 4 6 62 2 7 41 7 ，8 62 1 4 34 8 74 9 42 4 8工况51 4 柏1 9 4 41 6 7 41
94、5 3 22 0 0 64 8 29 2 2互9 2工况61 4 6 21 9 8 11 8 0 11 7 2 82 0 5 34 4 35 3 32 4 2工况75 3 32 0 0 31 6 0 41 6 5 62 4 7 86 0 31 1 6 43 5 6工况83 5 11 8 5 71 5 4 92 6 6 22 1 0 75 0 39 ，83 2 6工况91 2 3 42 2 2 41 8 2 61 9 5 82 1 1 83 4 92 92 1工况1 08 6 52 0 7 81 4 7 21 3 9 62 2 3 46 2 61 3 33 6 3工况1 11 1 1 5l &
95、0 31 5 3 11 4 7 62 24 3 71 4 3 73 6 6工况1 25 7 71 7 8 71 2 。8 12 4 1 31 7 6 76 6 21 6 1 23 9 8( 2 ) 测试用石灰石石灰石样的成分分析数据详见表4 - 4 。其粒径分布数据见表 5 所示。表4 - - 4 石灰石成分分析成分( ) L o s sS i 岛A l 籼F e nC a OM90磁0样品14 1 6 12 9 01 4 90 6 84 7 3 04 5 10 8 0样品24 1 2 62 8 11 5 10 6 04 7 9 53 7 80 7 0袭4 _ 5 石灰石的粒径分布重量份额0
96、- 0 10 1 - - O 20 2 - 0 50 5 - 1l - I 4 31 4 3 1 7 5当量粒径样品11 3 4 37 11 1 8 41 6 8 13 4 4 11 7 4 10 8 7 4样品21 3 1 71 3 8 46 9 69 5 92 8 9 22 8 5 30 9 2 7从分析数据可知，在锅炉测试期间，所用石灰石主要成分为C a c 魄。至于石灰石粒径分布，平均粒径在0 9 左右，总体偏粗4 1 4 各试验工况的主要表盘参数及主要的测试结果各试验工况主要的表盘参数以及测试分析的结果如附录表2 所示。3 0第四章4 4 0 f i bc F B 锅炉优化燃烧试验4
97、 2 锅炉总体运行情况分析4 2 1 锅炉运行稳定性分析试验过程中，保持锅炉的稳定运行对测试结果的准确性和可信度有着重要的意义。在本次试验过程中，每个工况都是等到锅炉的主要运行参数基本稳定之后才开始的。在每个工况的测试过程中，锅炉总体运行稳定，负荷、床温、蒸汽流量、蒸汽温度等参数波动的幅度都很小。以工况1 为例，图p 2 示出了该工况下锅炉各主要运行参数随时间的波动变化。由图可以看出，测试过程中锅炉运行非常稳定。21 5 0碍1 0 0挥5 000 925 0 0= 4 0 0耋：州1 0 0O0 9( A ) 负荷随时间波动图3 61 0 ：4 81 2 ：0 0时刻1 0 0 058 0
98、0。6 0 0罂4 0 02 0 0O0 9( B ) 床温随时间波动图3 61 0 ：4 81 2 ：0 0时刻( c ) 主汽流量随时问波动图( D ) 主汽温度随时闻波动圈3 61 0 ：4 81 2 ：0 0时刻 印025 0 0憾4 0 0赠3 0 0磊：o 000 93 61 0 ：4 8图4 - 2 工况1 中锅炉各主要运行参数随时问波动图毛2 2 锅炉运行值与设计值比较1 2 ：o o时刻表4 川对额定负荷下，锅炉主要运行参数及锅炉效率与设计值作了对比。由表可知，炉膛出口烟温以及过热器I I I 入口烟温明显低于设计值。这是因为锅炉在设计时主要是依据燃烧烟煤时的设计经验，针对无
99、烟煤所作的调整不够充分。而实际上无烟煤的燃烧特性和烟煤有着很大不同。由于其挥发分低，使得燃烧时与烟煤相比，炉膛出口温度相对较低。另外，减温水流量远远超过其设计值，严重降低了锅炉的运行经济性，这可能是因为尾部烟道受热：3 l竺塑塑堡垂塑堡! 里塑竺璧丝垡垡苎丝里塑二= 塑垩盔兰堡主兰堡垒苎面面积偏大( 这一点将在第五章详细说明) 以及尾部烟道内的后燃造成的。此外，锅炉的飞灰舍碳量偏高，空预器出口烟温，即排烟温度高于设计值也正是因为这些原因，使得锅炉运行效率比设计值要低1 6 5 。运行表明，经过优化调整试验，锅炉效率由原来的8 7 3 5 提高到8 8 9 4 ，提高了1 5 9 ，基本达到了锅
100、炉的性能保证值，也起到了优化燃烧的目的。表4 - 6 额定负荷下锅炉主要运行参数与设计值的对比运行参数单位设计值工况l工况9基本工况优化工况机组功率唧1 3 51 3 7 6 61 3 6 2 6蒸主蒸汽流量( t h )3 9 8 14 0 7 5 94 0 5 ，4 0汽过热器一级减温水流量( t h )1 3 口32 0 4 02 3 1 3参过热器二级减温水流量( t h )口31 4 3 78 9 0数再热器减温水流量( t h )5 63 1 2 23 3 4 7床温8 9 59 0 1 88 8 3 1炉臆出口烟沮8 8 87 9 0 67 9 6 4烟过热署I I I 入口烟沮
101、8 5 67 撕17 撕7气过热嚣I I I 出口烟温7 2 67 0 0 67 0 9 O参过热器I 出口烟温5 1 85 5 2 75 6 7 7数再熟器出口烟温3 7 73 8 2 93 9 7 6省煤器出口烟温2 7 92 8 2 92 8 8 3空预器出口烟温1 3 41 4 4 01 4 8 6锅炉效率8 9 O盯3 6明9 4表4 7 各工况热损失及其锅炉效率计算结果工况排烟化学不完固体不完锅炉散灰渣物煅烧盐化锅炉热损全燃烧热全燃烧热热损失理热损热损失效率鼋2 A损白A损q 4 _ 吼一失q I 隅q 巩心q 工况16 7 9工况25 6 4工况35 9 5工况46 3 6工况5
102、6 3 4工况66 3 9工况76 0 9工况85 8 0工况96 0 8工况1 06 4 4工况1 15 5 0O 70 0 1 l0 0 1 70 0 3 60 0 6 10 0 6 30 0 5 80 0 8 1O 8o J0 5 30 0 9 36 3 66 2 44 7 14 5 95 6 25 0 75 8 55 9 42 14 9 97 3 6O 3 00 3 00 2 9O 2 90 ，2 90 2 9O 2 9O 2 9O 3 00 2 90 2 9O 1 90 1 80 1 90 1 80 1 90 1 90 1 80 1 8O 1 6O 1 7O 2 1O O 2 90
103、，4 9O 4 50 4 7O 2 90 2 50 2 2O 2 3O 0 1 9舯3 68 7 3 48 8 3 6船1 08 7 0 28 7 7 l8 7 2 98 7 4 9髓船0 53 6工况1 26 4 30 0 7 24 7 80 2 90 2 203 48 74 7，；r第四章蝴mc F B 锅炉优化燃烧试验4 3 锅炉热损失和效率分析4 3 1 锅炉热损失和效率采用附录1 中反平衡效率计算方法计算了各工况锅炉热效率，并换算到保证条件下的热效率。表4 7 列出了各工况下锅炉各热损失及锅炉效率。由该表可以看出，锅炉主要热损失来自排烟热损失和固体不完全燃烧热损失，此两项损失占所有热
104、损失的9 5 以上。所以提高锅炉效率主要也是从减小这两项热损失着手。下面将对排烟氧量、二次风率、添加石灰石、锅炉负荷等因素对这两项热损失及锅炉效率的影响作详细分析，以提出提高锅炉效率的措施。4 3 2 锅炉效率的主要影响因素( 1 ) 排烟氧量的影响氧量对炉内燃烧有两方面的影响：一方面，氧量增加，可以加快煤焦颗粒的燃烧，减小其燃尽时间，促进其完全燃烧，降低灰渣含碳量；另一方面，氧量增大，会对床温有冷却作用，使床温下降，因而不利于颗粒的完全燃烧。总的来说，适当提高氧量可以降低灰渣含碳量，降低固体不完全燃烧热损失q “不过，随着排烟氧量的增大，烟气量随之增大，因而导致排烟热损失啦升高。试验中在维持
105、锅炉负荷( 1 3 5 唧) 、二次风率( 5 0 ) 等主要运行参数基本不变的情况下，考察了排烟氧量的变化对锅炉效率的影响，结果如图4 - 3 所示。由该图可以看出，随着排烟氧量的增大，固体不完全燃烧热损失q 。不断下降，但排烟热损失q 2 随之增大。在氧量小于2 0 时，q 的下降值大于q 2 的增大值。故锅炉效率随着氧量增加而不断升高：而当氧量大于2 O 时，q 4 的下降值开始小于q 。的增大值。因此，随着氧量的继续升高，锅炉效率略微下降。试、，求羁Xv瞢鬃蠡举圈4 - 3 主要热损失和锅炉效率与排烟氧量的关系m 4 - 4 主要热损失和锅炉效率与= 次风率的关系4 4 0 t h 燃
106、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( 2 ) = 次风翠的影响二次风率直接影响到循环流化床锅炉密相区和稀相区燃烧份额的大小，因而影响锅炉的燃烧效率对于无烟煤来说，因为其燃尽时间长，而具有明显的后燃性，即在稀相区需要更多的氧气。所以，在保证流化状态的情况下，适当提高二次风率，可以增强二次风的穿透和混合能力，可以增) J i b e 心贫氧区的氧气浓度，有助于降低锅炉灰渣含碳量，尤其是飞灰含碳量，因而有利于减小固体不完全燃烧热损失q “另一方面，增大二次风率，炉膛出口烟温随之升高，排烟温度也随之升高，排烟热损失q 2 因而增大。因此需要选取适当的二次风率。试验中，在维持负
107、荷1 3 5 1 唧，排烟氧量2 0 基本不变的情况下，考察了二次风率对锅炉效率的影响，如图4 - 4 所示。可以看出，随着二次风率的上升，固体不完全燃烧损失m大大下降，这说明提高二次风率，有利于无烟煤的燃尽，降低灰渣含碳量。同时，随着二次风率的增大，排烟热损失q ：升高，这是因为二次风率增大时，排烟温度会随之升高。二次风率由4 0 提高到6 0 ，q 4 下降值大于q 2 的升高值，所以，锅炉效率明显升高。( 3 ) 添加石灰石的影响添加石灰石直接目的是炉内脱硫，同时对炉内循环物料量、传热和燃烧等都有影响，最终影响到排烟热损失o , 2 、固体不完全燃烧热损失q 4 以及锅炉效率。添加石灰石
108、使炉内颗粒浓度有所增加，尾部烟道内的飞灰浓度也随之增加，加重了尾部受热面的积灰，使传热系数减小，最终使得排烟温度升高，因而排烟热损失q z 增大。另一方面，添加石灰石强化了炉内的传热，使得炉内燃烧更加充分，大大降低了灰渣含碳量，因而可以起到降低固体不完全燃烧热损失m 的作用。由图4 - 5 可以看出，随着C a S 比的增加，排烟热损失q 2 增大，固体不完全燃烧热损失q I 降低，锅炉效率升高。( 需要指出的是，在计算锅炉效率时已经考虑石灰石煅烧以及C a O硫酸盐化过程中的热效应对锅炉效率的影响。)冀v水鳍瘴Xv井橙墨举图4 - 5 主要热损失和锅炉效率与c a s 比的关系图 6 主要热
109、损失和锅炉效率与锅炉负荷的关系( 4 ) 负荷的影响负荷升高，炉内温度升高排烟温度随之上升，所以使得排烟热损失q 。增大；同时，随着负荷的升高r 床温升高，缩短了煤焦颗粒的燃尽时间，循环倍率升高，增大了煤焦颗粒在炉内的停留时间，有利于煤焦颗粒的燃尽，降低灰渣含碳量，因而使得固体不完全燃烧热第四章4 4 0 t hC l U B 锅炉优化燃烧试验损失q 降低。从图4 - 6 可知，随着负荷的升高，q 。升高幅度比q 降低幅度要小，因而增大了锅炉效率。4 3 3 提高锅炉效率的措施分析由以上分析可知，减小固体不完全燃烧热损失的措旋往往引起排烟热损失的升高。另外，可在降低q 。时，q 。的升高幅度往
110、往比q 。降低幅度小因此王勤辉0 1 等认为，提高锅炉效率最有效和最可取的方法还是选择恰当的运行参数降低固体不完全燃烧热损失q I 就该锅炉而言，氧量维持在2 0 或者稍高水平，二次风率维持在5 5 6 0 范围内，有利于降低热损失，提高锅炉效率至于C a S 比，虽然试验结果表明，在一定条件下，C a S 的增大有利于提高锅炉效率，但是其大小还应结合脱硫的经济性已经对氮氧化物排放的影响等方面综合考虑。4 4C F B 锅炉无烟煤燃尽特性分析提高C F B 锅炉无烟煤燃尽水平是该优化燃烧试验的主要目的，本节首先分析了给煤特性对燃尽的影响；并通过各工况条件下分离器进出口和尾部烟道( 空气预热器后
111、) 三处飞灰和底渣取样和筛分测试和含碳量、分级含碳量测试，着重研究了其粒径分布和含碳量分布规律以及主要运行参数对灰渣含碳量的影响。希望通过这些测试分析，能够对无烟煤颗粒在C F B锅炉内的燃尽特性有一个更深入的了解，最终提出强化无烟煤燃尽的措施，提高无烟煤的燃尽水平。4 4 1 给煤特性给煤特性对燃尽有着重要影响，这主要体现在两个方面：煤质特性的影响和给煤粒径分布的影响。( 1 ) 煤质特性前文已经指出，该无烟煤碳化程度高，挥发分含量很低，收到基挥发分不足5 ，发热量较高，一般在2 0 0K J k g 以上。根据S u 嘲和昌俊复等人的研究，可以预见该煤种跟大多数无烟煤一样，反应性较差，较难
112、燃尽。这一点也可以从第三章的热重试验得到验证( 2 ) 给煤粒径分布特性由表4 - 3 可以看出，该锅炉给煤粒径分布呈现两头多，中间少的特点，同时其l u 以下的颗粒质量百分比平均占5 0 以上。一般认为，细颗粒质量份额偏多是c F B 锅炉飞灰含碳量高的一个很重要的原因。因为在流化风的吹动下，大量尚未燃尽的细颗粒被扬析夹带，其中未被分离下来而进入尾部烟道就直接被排出炉外，形成飞灰碳。蔡爱民嘲等分析国产首台4 1 0 t h C F B 锅炉飞灰含碳量偏高原因时，通过对入炉煤的筛分，发现其粒径分布严重偏离设计值，l m u 以下细颗粒的质量份额在5 0 以上，而且飞灰中细灰颗粒的含碳量比租颗粒
113、要高，3 54 4 0 1 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因而认为飞灰碳主要来自入炉煤中的细颗粒。本试验在分析飞灰含碳量时，也发现了粒径越小，含碳量越高的现象。因此，可以认为给煤的细颗粒偏多，是造成飞灰含碳量偏高的原因之一由以上两方面分析可知，给煤特性是影晌燃尽的重要的因素4 4 2 飞灰粒径和含碳量分布特性飞灰未燃碳是C F B 锅炉燃烧固体不完全燃烧热损失的主要来源，因此研究飞粒径和含碳量分布灰特性对了解无烟煤燃烧过程、燃尽特性以及降低锅炉固体不完全燃烧热损失有重要意义。( 1 ) 飞灰粒径分布特性附录表3 列出了所有工况下t 分离器进出口和尾部烟道飞灰
114、粒径分布情况。由表可以看出以下几点：1 、工况l l 的飞灰分离器进l Z 粒径分布比其他工况明显偏细，如图4 - 7 所示这是因为工况l l 的锅炉负荷是I O O M W ，而其他工况都在满负荷1 3 5 1 , 研左右。低负荷情况下，锅炉运行风速较低，所以被携带出炉膛的颗粒较细。另外，该工况分离器出口飞灰粒径比其他满负荷工况略大，这说明低负荷情况下，由于风速较低造成分离器分离能力下降，使得较多较大颗粒未能被分离下来。2 、所有满负荷工况下，飞灰粒径分布变化不大，平均粒径相近。只是随者排烟氧量的增大，分离器进口飞灰粒径略微增大，而分离器出口飞灰粒径略微减小，其原因是氧量增大弓I 起风速增大
115、造成的。另外，也可以看出除风速之外的运行参数对飞灰的粒径分布影响很小。另外，尾部飞灰平均粒径随着氧量的增加先增大后略微减小，如图4 - 8 所示。一方面，风速增大减少了较大灰颗粒的沉降：另外一方面，氧量增大会促进尾部未燃碳的后燃。在这两方面共同作用下，飞灰粒径先增大后减小。昌V础嚣露*糕ri鬟盏一图4 7 飞灰平均粒径与锅炉负荷的关系图4 - 8 飞灰平均粒径与排烟氧量的关系3 、所有工况下，尾部烟道飞灰粒径都比相应分离器出口飞灰略细。除了较大颗粒飞灰在尾部烟道内沉降成为沉降灰的原因之外，尾部烟道内飞灰后燃也是很重要的影响因素，这一点将在下文结合飞灰分级含碳量作进一步说明。，下面将工况1 为例
116、详细说明不同粒径煤颗粒在C F B 锅炉内的运动变化情况。3 6第四章4 4 0 讹c 髓锅炉优化燃烧试验 lXV蕾索粗慑右0 00 20 40 60 81 0霸粒粒柽( m m )lXv譬隶舡崔，七O 0 0o ”5 叠艘径I I ) o 1 5图4 - 9 工况l 飞灰粒径分布图4 - 9 给出了工况1 条件下，分离器进、出口和尾部烟道飞灰粒径分布可见，在试验的运行风速下，粒径大于0 5 2 的颗粒基本在炉中燃烧，最后随底渣排出炉外；部分粒径小于0 ，5 m 的颗粒连同少量0 5 2 , m 之间的片状颗粒被烟气携带出炉膛进入旋风分离器，其中粒径大于0 2 2 的颗粒，几乎都能分离下来，通
117、过返科器送回炉内实现循环燃烧，而小于0 2 2 的颗粒只有一部分颗粒被分离出来，未被分离下来的颗粒随烟气一起进入尾部烟道，最终进入静电除尘器。( 2 ) 飞灰含碳量分布特性附录表4 列出了所有工况下，分离器进出口和尾部烟道飞灰含碳量分布情况。仍以工况I 为例，说明飞灰含碳量分布特性，如图4 - 1 0 所示。分离器进口飞灰古碳量分布“6 1 “”“嚣器，”霪弱r 圈阳阳细喝1 们一7 4 飞关嚣名。兰j 图4 一1 0 工况1 飞灰含碳量分布由该图可以看出，分离器进口飞灰随着粒径的减小，飞灰含碳量先降低后升高。这是因为粒径太大时，颗粒内部的碳很难与氧气接触，因而很难燃烧完全；当粒径太小时，很快
118、被吹出炉膛，在炉膛中停留时间过短，也不容易燃烧充分。分离器出口和尾部烟道飞灰含碳量分布与分离器进口飞灰不同，由于前者总体上粒径较小，没有0 2 u 以上的粒径，所以随着粒径的减小，飞灰含碳量是逐渐升高的，而不是像有关报道”1 那样在飞灰含碳量随粒径变化呈现峰值特征。这可能是因为本试验中所采样品3 0 Pm 以下颗粒太少，没有再进行分档造成的另外，可以看出，分离器进口飞灰含碳量都在5 以下；而出口处，各档粒径颗粒的含碳量均大大高于进口相应粒径颗粒的含碳量。这说明被分离器分离下来的循环物料中含有大量惰性床料和未反应的脱硫剂。这样不但可以提高脱硫剂的利用率，而且更有利于提高炉内循环物科量，促进无烟煤
119、的稳定燃烧。”0芒一董如弗，l53525I5O觚)|-觏杠麟h。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另外，通过对比图4 - 9 、图4 - 1 0 中分离器出口和尾部烟道飞灰粒径和含碳量分布可以看出，尾部烟道飞灰较分离器出口飞灰要细，各粒径档飞灰含碳量平均低3 左右。而由附录表2 可知沉降灰含碳量比尾部烟道飞灰小很多，从这些可以看出，在锅炉尾部烟道内确实存在无烟煤后燃现象。客观上后燃是有利于无烟煤的燃尽，降低飞灰含碳量，但是后燃会引起再热器超温等问题，因而必须加大减温水流量以抑制超温。而在该锅炉的运行过程中减温水量远远高于设计值，可能就是由于尾部烟
120、道内的后燃引起的。所以应尽量抑制后燃的发生( 3 ) 各粒径飞灰对飞灰碳的贡献率由飞灰粒径分布和含碳量分布结果计算了各粒径飞灰对飞灰碳的贡献率。结果如表4 - 8所示，由该表可以看出，3 0 一6 14m 粒径范围的飞灰对飞灰碳的贡献率在4 0 7 嘶之间，是飞灰碳的主要来源。袭4 _ 8 各粒径飞灰对飞灰碳的贡献率工况0 - 3 0 8 Un 13 0 8 - 6 lU 1 3 16 1 - 7 4 U m7 4 9 0 p n l9 0 - 2 0 0 1 tm*工况12 6 46 2 9 31 6 3 61 5 7 92 2 7工况21 4 65 0 5 02 3 6 62 1 8 62
121、 5 2工况35 4 94 9 5 01 5 3 62 6 4 73 1 8工况42 3 95 2 艚2 1 5 42 0 9 72 6 2工况52 7 75 0 0 21 8 0 63 3 6 64 9 3工况62 6 93 9 6 02 4 7 83 0 3 22 6 0工况73 5 16 6 7 71 5 5 51 2 1 91 鲫工况84 5 05 8 5 71 6 3 71 8 4 22 1 4工况92 8 04 38 42 5 4 02 6 2 02 7 5工况l O4 9 56 9 7 81 5 4 98 5 41 2 3工况1 14 6 84 6 6 41 4 2 72 7 5
122、 46 8 8工况1 21 3 04 9 9 51 9 0 52 4 2 15 4 94 4 3 飞灰含碳量的影响因素( 1 ) 捧烟氧量对飞灰含碳量的影响适当提高排烟氧量，炉内氧浓度随之升高，有利于碳颗粒的燃尽。这是因为随着氧量的增加，提高了氧气的传质速率，加快了无烟煤颗粒的燃烧速率，飞灰含碳量降低。由图4 - 1 1 可以看出，随着排烟氧量的增加，飞灰含碳量几乎按线性规律下降这与吕俊复的研究结果相似。不过考虑到过分增大氧量对床温以及捧烟热损失的不利影响，对于试验所烧无烟煤，排烟氧量保持在2 3 是比较合适的。第四章4 4 0 t hC F B 锅炉优化燃烧试验Xv辞加挂埘氧量( )图4 -
123、 1 1 排烟氧量对飞灰台碳量的影响( 2 ) = 次风率对飞灰含碳量的影响二敬风事( )图4 1 2 二次风率对飞灰含碳量的影响一次风量直接影响着炉膛密相区的燃烧份额，从而影响着飞灰含碳量的高低。一次风在高于临界流化风量后，在一定的范围内随着二次风率的增加，相应减小了密相区的燃烧份额，增大了稀相区的燃烧份额，床温也随之升高，从而使得燃烧更加完全，飞灰含碳量下降。由图4 一1 2 可知，飞灰含碳量随二次风率增加而降低。提高= 次风率，增强3 - - 次风的穿透和混合能力，因而增加了中心贫氧区“的氧气浓度，有利于无烟煤燃尽( 3 ) 床压对飞灰含碳量的影响由图4 1 3 可以看出，在一定范围内增
124、大床压，会增大飞灰含碳量。这是因为：在一定的风量下，床压增大虽然可以增加煤颗粒在炉内的停留时间，但随着炉内灰浓度的增加，水冷壁的吸热加强，使得床温下降，燃烧不完全，飞灰含碳量增大。另一方面，床压增大会削弱= 次风的穿透能力，使得进入中央贫氧区的氧气更加不足，削弱了气固混合，不利于煤焦的完全燃烧，因而降低了飞灰的含碳量。这和杨海瑞“”等人的结论是一致的。鬟一嘲崔缸撬，6 57 07 58 08 5床压( k P a )012345C ：a S 摩尔比1 圉4 - 1 3 床压对飞灰含碳量的影响1 蛋4 - 1 4 添加石灰石对飞灰含碳量的影响( 4 ) 添加石灰石对飞灰含碳量的影响添加石灰石的直
125、接且的是炉内脱硫，但同时也影响到了炉内的传热和燃烧，从而影响飞灰含碳量添加石灰石增大了炉内循环物料量和颗粒浓度，强化炉内传热，使得炉内燃烧更加充分，飞灰含碳量降低；另一方面，在给煤量和风量一定的情况下，掭加石灰石后，脱硫生产的C o S O 以及多余的C a O 颗粒部分将会成为飞灰的一部分，对飞灰起到一定的稀释作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用，因而对降低飞灰含碳量起到一定作用。正因为这两方面的原因，在添加石灰石之后，虽然使得床温有所下降，不利于无烟煤的燃尽，但是飞灰含碳量还是有比较明显的降低，如图4 - 1 4 所示。4 。4 - 4 飞
126、灰分级含碳量的影响因素( 1 ) 负荷对飞灰分级含碳量的影响一负荷1 3 6 0 t l a负荷1 0 0 哪 6 16 1 7 7 1 - 9 09 0 - - 2 0 02 0 0 - 5 0 0 ) 5 0 0飞灰粒径( u - )一3 5三3 02 5票2 0参1 5舞1 0譬s瞳0，7匿露圆圈圈圜 3 03 0 缸6 1 - 7 47 1 - 9 09 0 - 2 0 0飞灰粒径( )图4 - 1 5 负葡对飞灰分缎畲碳量的影响图4 1 5 分别对比了两个不同负荷下分离器进口和尾部烟道飞灰分级含碳量。可以看出，负荷增大时，分离器进I ：1 飞灰在小于2 0 0 1 1 m 的粒径范围
127、内含碳量变化较小，大于5 0 0 p -的飞灰含碳量有较明显的下降。这是因为，随着负荷的升高，一方面，床温上升有利于降低煤颗粒的燃尽时间；另一方面，风速增大使得煤颗粒一次通过炉膛的时间减小。在两方面的共同影响下，细颗粒飞灰含碳量变化不大；但对粗颗粒来说，由于其停留时间相对燃尽时间较大( 如图2 - 4 所示。) ，由风速增大引起的停留时问缩短对其影响较小，反而由于床温升高和循环物料量增大的作用将更加突出，从而使其含碳量明显下降。对于尾部烟道飞灰，随着负荷的升高，大子6 1pm 的粒径范围内，含碳量似乎没有明显变化，而细颗粒含碳量下降比较明显。这是因为负荷增大时，分离器分离效率的提高更显著增强了
128、对细颗粒的捕捉能力，使得更多的细颗粒能够分离下来循环燃烧，使其含碳量下降更明显。( 2 ) 捧烟氧量对飞灰分级含碳量的影响 3 5芭3 02 5麓2 0参1 5嚣1 0箍6暖O口氧量1 8 4 氧量3 2 9 500303 0 - 6 1飞灰糙径( _ )盥圈囱圈4 - 1 6 排烟氧量对飞灰分级含碳量的影响图4 一1 6 给出了排烟氧量对旋风分离器进口飞灰和尾部烟道飞灰分级含碳量的影响。由4 065432lOx一鼙如榉r凸省曲置求i ；且弛虚L晰止8【一直。琵盟圈豳隧恩豳豳翰盥m86420)|醮扣隧一嘲稚畦采第四章4 4 0 咖c 甲B 锅炉优化燃烧试验该图可知，随着氧量的增加，分离器进口飞
129、灰含碳量升高，而且粒径越小，升高得越明显。这是因为氧量增加，意味着风速的提高、床温下降，既减小了其在炉内的停留时间，又增大了其燃尽时间，所以大大影响了细颗粒的一次燃尽度，飞灰含碳量因此明显上升。而对于较粗煤颗粒，其燃烧则主要是由扩散阻力控制的，氧量增大有助于粗颗粒内部氧气的扩散，促进其内部碳的燃尽，从而起到部分抵消上述氧量增大带来的不利影响，总体上所受影响不如细颗粒明显。对于尾部烟道飞灰而言，氧量的影响则恰恰相反由该图可以看出，随着氧量增加，尾部烟道飞灰分级含碳量有略微下降，这是因为：一方面，氧量增加，使得风速提高，旋风分离器的分离效率随着升高，使得更多飞灰被分离下来，送入炉膛循环燃烧，从而降
130、低了其含碳量；另一方面，氧量增加，可以促进飞灰在尾部烟道内的后燃，也会使得其含碳量有所下降4 4 5 底渣粒径和含碳量分布特性图4 - 1 7 、图4 1 8 分别给出了工况1 和工况4 下底渣的粒径和含碳量分布。由图4 - 1 7 可以看出，床温对底渣粒径分布影响较大，当床温为9 0 1 8 和8 6 3 5 时，底渣平均粒径分别为1 0 6 n 和2 2 8 m 。这是由于随着床温的升高，无烟煤在C F B 锅炉中的一次破碎加剧造成的。因为导致无烟煤燃烧中发生一次破裂主要有两个原因：一是颗粒内部存在温度梯度而产生的热应力造成破碎；= 是颗粒内部因挥发分析出而造成膨胀压力致使发生热破碎。温度
131、升高时，一方面使得颗粒的温度梯度变大，热应力随之增大，破碎相应地变得更加剧烈；另一方面，温度升高也使得挥发分析出的速率加快，使得颗粒内部的膨胀压力骤然增大，从而加大了破碎强度，使得底渣平均粒径减小。颗粒粒径( B e )颗粒粒径( J i )圈4 - 1 7 底渣粒径分布图4 - 1 8 底渣含碳量分布由图4 - 1 8 可以看出，在0 1 5 粒径范围内，底渣含碳量基本上处于同一水平。而当粒径小于0 I n 或者大于5 叫时，含碳量急剧增大。粒径大于5 的底渣含碳量高是因为大颗粒煤粒内部的碳很难与氧接触而发生反应，而粒径小于o 0 7 5 m 的底渣含碳量很高似乎难以解释。考虑到其所占质量百
132、分比不足1 ，可能是因为少量细煤粒在充分燃烧之前就被周围大颗粒底渣携带排出炉膛所致。需要指出的是，图4 - 1 7 、图4 - 1 8 中所示的两个不同床温是由氧量的变化引起的。由图4 - 1 8 可以看出，氧量的增加，引起床温下降的同时，较租颗粒的含碳量降低，而较细颗粒的含碳量升高。这也进一步说明了较粗颗粒的燃烧速率更多是4 1罢厂、黜*一。温裱# 一床睐【I一。l 肇：亟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由氧气的传质速率控制，而较细颗粒的燃烧速率则更多受床温的影响4 4 6 底渣含碳量的影响因素( 1 ) 捧烟氧量对底渣含碳量的影响由图4 一
133、1 9 可以看出，增加氧量，底渣含碳量有轻微降低。一方面，氧量增加，可以使炉内形成富氧燃烧，使燃烧更加充分；另一方面，氧量增加，过量空气系数增大，使得床温下降，因而不利于灰渣的完全燃烧。所以在测试的氧量范围内，增加氧量会起到降低底渣含碳量的作用，但是不太明显。2 52苎_ 1 ，6雾1崩世0 5O 3 美V2 帮钿1 崩世0 3477 588 5氧量( )床压( K P a )图4 - 1 9 排烟氧量对底渣含碳量的影响图圈4 - 2 0 床压对底渣含碳量的影响( 2 ) 床压对底渣含碳量的影响由图4 2 0 可以看出，同床压对飞灰含碳量的影响一样，床压的升高也会增加底渣含碳量，这是因为床压升
134、高使得密相区燃烧份额变大，使得密相区欠氧燃烧份额越重，燃烧越不完全造成的。所以将床压维持在7 k P a 左右是比较合适的。( 3 ) 负荷对底渣含碳量的影响负荷增加，炉内温度和颗粒浓度都增加，炉内燃烧得到强化，提高了燃烧效率，燃烧也更加充分，因而可以降低底渣的含碳量。由图4 2 1 也可以看出底渣含碳量随负荷增加而降低的趋势。2 5琶2袭1 5磐-世O 5O1 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0负荷( 埘)图4 - 2 1 负荷对底渣含碳量的影响闺4 - 2 2 排渣方式对底渣含碳量的影响一I钧一一俱一一双一一口广L一第四章4 4 0 t ，hC F B 锅炉优化燃烧试验( 4
135、) 捧渣方式对底渣食碳量的影响测试中，考察了单侧排渣对底渣含碳量的影响。结果表明，双侧排渣比同条件下单侧排渣时的底渣含碳量要略低，如图4 2 2 所示。另外，从炉内温度场、颗粒浓度场、流场等的均匀性方面看，采取两侧平衡排渣的方式也是有利的4 4 7 强化无烟煤燃尽的措施基于以上分析，特提出以下措施以强化无烟煤的燃尽水平：( 1 ) 床温尽量保持在8 8 0 u 以上，这有利于提高无烟煤燃烧速率；( 2 3 适当提高排烟氧量，将其控制在2 3 范围内，这既能保证燃烧所需要的氧气，又能保证足够高的床温；( 3 ) 二次风率提高到5 5 6 0 之间，以增强二次风的穿透能力，从而增大稀相区的氧浓度以
136、适应无烟煤的后燃性；( 4 ) 保证合理的给煤粒度，适当减少小于l m 的煤颗粒份额，以减少细颗粒的扬析，从而有利于降低飞灰含碳量。4 5 “0 t h c F B 锅炉污染物排放特性研究C F B 锅炉因其优良的环保性能在近几十年得到了快速推广和发展。然而如前文所述，随着湿法烟气脱硫技术的发展，C F B 锅炉脱硫技术的优越性已经不那么明显，尤其是C a S 摩尔比比前者明显偏高。另一方面，随着人们对环境质量的日益重视，锅炉污染物排放要求也将越来越高，所以c F B 锅炉污染物排放特性的研究需要更加得以重视。本节将对连州电厂4 4 0 t h c F B 锅炉s 如、N O x 和c 0 排
137、放特性进行分析研究，主要研究了添加石灰石前后s 如的动态排放特性，以及C a S 摩尔比、床温、负荷、排烟氧量和= 次风率等参数对污染物排放的影响，并针对该锅炉提出了综合降低污染物排放的措施。4 5 14 4 0 t h C l 甩锅炉污染物排放分析( 1 ) 4 4 0 t h C F B 锅炉污染物捧放概述表4 - 9 列出了代表工况下锅炉主要污染物S 0 2 、N O x 及c O 的排放浓度。由表可以看出，N O x 排放水平很低，低于1 0 0 p p 。这是因为循环流化床运行在8 5 0 9 0 0 C 床温范围内，属低温燃烧，并且分段燃烧，其N 0 x 的生成主要来自燃烧中燃料N
138、 的转化，所以排放水平很低未添加石灰石时，锅炉S 倪排放浓度随床温不同在1 0 0 0 1 4 0 0 m g N m 3 之间变化，脱硫效率在4 0 左右，添加石灰石可以有效的降低s 如排放，C a S 比在2 2 时，S O = 排放量可以控制在 5 0 = g N = 左右，通过调整c a s 摩尔比可以进一步降低到l O O m g N = 3 以下。c 0 排放浓度最高达到2 5 0 p p U 左右，主要受床温和二次风率影响，最低排放浓度只有1 6 p p m 左右总体上，躬4 4 0 t h 燃烧无烟煤C P B 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文该锅炉污染排放较低，具有较
139、好的环保性能。此外，由表4 - 6 可以看出，运行参数的变化对S 0 2 和N 0 x 的排放也有较大影响。表4 - 9 代表工况下锅炉主要污染物排放浓度工况工况1工况4工况6工况7工况9工况1 0工况1 1工况1 2C a S 比04 84 62 23 102 64 5床温9 0 28 6 48 9 78 7 08 8 38 8 88 7 58 8 3排烟氧量一1 8 43 2 92 0 42 0 53 0 23 2 12 7 73 2 6二次风率5 05 06 04 05 75 75 75 7s o # m 洲一1 0 1 81 3 58 51 5 21 3 61 1 8 12 0 87
140、2N O p p l5 57 77 66 38 86 34 26 3C 0 p p l1 68 81 5 41 7 I2 4 61 7 12 3 01 7 1( 2 ) 添加石灰石前后S O = 的动态捧放特性1 4 0 0；1 2 0 0芝1 0 0 038 0 0世8 0 0鬟4 0 0蔷2 0 000 8 ：0 00 9 ：0 01 0 ：0 01 瀚圈4 - 2 4 添加石灰石前后s m 排放的动态变化特性图4 - 2 4 给出了石灰石平均粒径山J = 0 9 2 7 m m 、O a f s = 2 2 时，烟气中S O = 的浓度在添加石灰石后随时阔的动态变化情况。由图可见，烟气中
141、S O = 的浓度在添加石灰石后的半个小时内，由添加石灰石前的1 3 6 6 m g N = 3 急剧地下降到5 3 0 = g N m 3 左右随后一个半小时之后，s 如排放浓度逐渐下降到1 5 0 = g N = ，并在这个水平上小幅度波动变化。4 5 2 污染物排放的影响因素分析由于燃料氮形成的N O 占循环流化床燃烧方式N 0 x 总排放的9 5 以上，所以试验中只测试了N o 的排放。本文主要分析了C a S 摩尔比、床温、二次风率、氧量、负荷等因素对脱硫和N O x 、C O 排放的影响。( 1 ) c a s 摩尔比的影响c a $ 摩尔比目前被认为是影响S O ；排放和脱硫效率
142、的首要因素。来自工业循环流化床的运行数据表明，随着C a S 摩尔比的增加，在C a S 摩尔比小于2 5 时，S 0 2 排放下降很快，即脱硫效率增加很快，而继续增加C a d s 摩尔比时，脱硫效率增加的较少”1 这是因为C O C O ,一旦煅烧生成C a 0 就很快变成C a S O I ，C a S Q 体积大于C a C O = ，从而C a 0 比表面的细孔很容易被C a S 0 , 覆盖而阻塞，使C a O 失去与S O = 反应所必需的多孔性表面“”第四章4 4 0 t hc F B 锅炉优化燃烧试验图4 2 5 和图4 2 6 示出了C a l S 摩尔比对S O z 排放
143、和脱硫效率的影响。从试验结果来看，不添加石灰石时，给煤自脱硫效率约为4 0 ：在C a S 摩尔比较低时脱硫效率增加较快，当C a l S 比大于2 2 时，C a S 比的增加对脱硫效率影响很小，这个结果跟一般的观点相一致“”而当C a S 摩尔比为2 2 时，脱硫效率已经达到9 0 以上，所以是比较理想经济的c a s 比。Xu鼍籁毽翟圈4 2 5C a S 摩尔比对s 仉排放浓度的影响图4 2 6C a S 摩尔比对脱硫效率的影响，、5 0墨4 0甚3 0鬟2 0誊1 000I23450l2345c a s 胁C a S 摩尔比圈4 - 2 7C a S 摩尔比对N O x 排放的影响图
144、4 - 2 8C a S 摩尔比对c o 排放的影响添加石灰石的直接目的是降低s 如排放，然而它对N O x 排放有着明显影响，造成N 0 上升。究其原因，可归结为未反应的石灰石对N O x 生成有催化作用由图4 - 2 7 可看出，随着C a S 比的增大，N O x 排放不断增加。此外，当C a S 摩尔比大于3 0 时，N O x 排放增加更加明显由图4 - 2 8 可以看出，添加石灰石对c 0 排放也有影响。随着C a S 摩尔比的升高，c O 排放浓度逐渐升高。这是由于C a O 硫酸盐化反应需要氧气，因而与c 0 发生了对氧气的竞争，因而不利于c 0 与如反应生成C 0 2 。(
145、2 ) 床温的影响床温的影响主要在于改变了脱硫剂的反应速度、固体产物分布及孔隙阻塞特性，从而影响脱硫效率和脱硫剂的利用率。当床温太低时，煅烧反应速率明显下降，石灰石煅烧生成C a O 的速度限制了脱硫反应的进行；当床温太高时，C a O 内部的孔隙结构发生烧结而减缓了C a O 与S 0 2 的反应速率，导致脱硫效率的降低。因此，为了达到较好的脱硫效果，床温一般应控制在8 5 0 9 0 0 范围内图4 - 2 9 、图4 3 0 分别示出了C a S 摩尔比大致相等情况下，s 如排放和脱硫效率随床温的变化情况结果表明，S 0 2 捧放浓度随着床温的升高而减少，脱硫效率随着床温的升高有阳的蚰”
146、o&d)墅罄章g#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所提高，但幅度不大，说明在8 6 0 9 0 0 床温范围内，都能达到较理想的脱硫效果图4 - 3 1 示出了床温对N 0 x 排放的影响。由该图可知，随着运行床温的升高，N 0 x 酌排放将升高，这一点已经取得了共识，主要是由于床温升高有利于N + 0 2 反应生成N 0 。1 6 01 2 08 04 006 05 55 08 6 08 7 08 8 08 9 09 0 0床温( )图4 - 2 9 床温对S 0 = 排放的影响 1 0 0兰8 0纂0 0撂4 0鼙2 001 0 0名台8
147、 0V恺6 0蛏疆4 0世82 0O8 6 08 7 08 8 08 9 09 0 0床温( )圈4 - 3 0 床温对脱硫效率的影响船o8 8 58 9 9 5 床教产58 6 08 7 。啪8 9 0 船( 掣床温( )。蘸瀛( ；。图4 3 1 床温对N 0 x 排放的影响图4 - 3 2 床温对c 0 排放的影响图4 3 2 示, m T - - - 次风率为5 0 情况下，床温对c o 排放浓度的影响。从该图可以看出，随着床温的升高，c 0 排放量的确显著减少这是因为增加床温，可以提高煤的燃烧速度，促进其完全燃烧：另外床温升高可以强化气体和固体、气体与气体间的混合和反应，有利于C O
148、 和如进一步反应，减少c 0 的排放。( 3 ) 负荷的影响= 2 5 0专2 0 0三1 5 0蓑1 0 0垂5 0爱01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0负荷O f f )善*辐鹾毽负荷( 盯)m 4 3 3 负荷对s 仉排放的影响m 4 - 3 4 负荷对脱硫效率的影响图4 3 3 、4 - 3 4 分别示出了在C a S 摩尔比大致相等的情况下，锅炉负荷对S 如排放和脱硫效率的影响。结果表明，s 0 2 捧放随着负荷韵增加而减少，而脱硫效率略微升高这是因一n主高三恻强疆戢窨N0s一dd)雠袋辎jH2第四章4 4 0 U hC F B 锅炉优化燃烧试验为，随着负荷的增加，床
149、温升高，颗粒浓度和循环倍率增加，延长了石灰石在炉内的停留时间，提高了石灰石的利用率，有利于石灰石的脱硫反应所以，随着负荷的升高，S 0 2 排放量有较明显的下降，脱硫效率也有所上升。这与J a b l o n s k i “”的研究结果是一致的。 7 0呈2 3蓑；8墨；8宝01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0负荷( I f w )图4 - 3 5 负荷对N O x 排放的影响 2 5 0V2 0 0世鬟1 5 0地81 0 01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 0负荷( 肼)圈4 - 3 6 负荷对c 0 排放的影响图4 3 5 和图4 3 6 分别示出了锅炉负荷
150、对N 0 x 和c o 排放的影响。由图可以看出，负荷上升时，N 0 x 排放随之提高，而c O 排放降低。这是因为，负荷升高时，床温也有所上升，所以引起了N O x 排放的升高和c 0 排放的降低。( 4 ) 挥烟氧量对N 0 z 捧放的影响氧浓度的增加有利于N 0 x 的生成。这是因为：C F B 锅炉燃烧过程中的N O x 的生成主要由煤中的燃料N 转化而来。燃料N 在煤燃烧时随挥发分析出并参与燃烧反应，以N H 3 ( 或H C N )为主要中间产物，经过复杂的均相反应最后形成N 0 其中，N 地主要转化为N O 或N 。“”N 砘+ 5 4 如一N o 十3 2 H 2 0( 4 -
151、 1 )2 N H 3 + 3 2 如一N 一3 S 2 0( 4 2 )墨e蜊蛏瑙嚣0 08 06 04 02 001 522 533 5氧量( )圈4 - 3 7 排烟氧量对N 0 x 排放的影响随着排烟氧量的增加，氧浓度增大，显然有利于N H o 转化为N 0 。由图4 3 7 可以看出，随着氧量的增加，N 0 x 排放逐渐升高( 5 ) 二次风率的影响分段燃烧对降低N 0 x 排放的有效途径在保证流化的前提下，增大二次风率，N O x 排放将随之减少一1 。如图4 - 3 8 所示，在排烟氧量和C a S 比大体相同的情况下，随着二次风率的增大，N O x 捧放量有明显下降4 4 0
152、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二次风率对C O 排放的影响如图4 - 3 9 所示可以看出，随着= 次风率的升高，C O 排放量逐渐上升。这是因为c 0 主要是密相区碳和一次风不完全燃烧生成的，二次风率升高时，一次风量相应减小，加剧了密相区的缺氧燃烧，所以c O 浓度随之升高。 1 0 0墨8 0二8 0籍4 0l2 004 85 05 25 45 65 8= 扶风率( )3 0 0磷1 5 0垂1 0 086 005 05 25 45 66 86 06 2二次风率( )图4 - 3 8 二次风率X t N O x 排放的影响圈4 - 3 9 二次风率对
153、c 0 排放的影响( 6 )综合降低C F B 锅炉燃烧污染物捧放的措施综上所述，可以看出，降低S 晚捧放的措施往往会导致N O x 排放的升高，所以有必要提出综合降低循环流化床锅炉污染气体排放的措施。首先，C a S 摩尔比不宣过大，这样既可以保证较高的脱硫效率，又不至于使N O x 排放增加过多，综合考虑比较理想的C a S 比在2 2左右；其次，床温应该保持在8 8 0 9 0 0 C 范围内，s 如排放和N O x 排放浓度都可保持在可接受的范围内，另外该温度范围对降低N 2 0 的排放也是很有益的。另外，考虑到燃烧效率，氧量控制在2 3 ，二次风率控制在5 5 左右是比较合适的。4
154、6 推荐优化工况根据前文对锅炉效率、无烟煤燃尽特性以及污染物排放特性的综合分析，特提出以下优化工况：机组负荷1 3 5 M W 左右，床温保持在8 8 0 以上，排烟氧量2 3 左右，二次风率5 5 6 0 之间，若投石灰石，石灰石旋转给料阀维持2 0 0 r M i n 左右( 约5 t h ) ，对应C a S 比在2 2左右，床压维持在7 O K P a 左右，给煤线左右侧均匀给煤。在这样的运行条件下，预计锅炉效率应该在8 8 以上，s 侥排放浓度控制在1 5 0m g N m 3以下，N O x 排放浓度控制在7 5 p l m 以下，c O 排放浓度控制在2 0 0 p p m 以下
155、4 7 本章小结( 1 ) 对4 4 0 t h C F B 锅炉优化燃烧试验进行了介绍，计算了锅炉的各项热损失和锅炉效率，分析了排烟氧量、二次风率、添加石灰石、负荷等因素对排烟热损失和固体不完全燃烧热损失两项主要热损失和锅炉效率的影响规律，发现减小固体不完全燃烧热损失的措施往往引起排烟热损失的升高而且在降低q 时，q 2 的升高幅度往往比q 降低幅度小。在此基础上提出鹌第四章4 4 0 V hC F B 锅炉优化燃烧试验了综合降低热损失、提高锅炉效率的措施。( 2 ) 分析了煤质和入炉煤粒径分布对无烟煤燃尽的影响分析了灰渣的粒径分布和含碳量分布，探讨了主要运行参数对灰渣含碳量的影响。得出了一
156、些结论：试验用无烟煤固定碳含量高，挥发分很低，反应性能差，不易燃尽；给煤细颗粒偏多，也是飞灰含碳量偏高的原因之一。旋风分离器进I = 10 0 9 o 2 粒径档的飞灰分级含碳量最低；分离器出口和尾部烟道飞灰随着粒径的减小，分级含碳量都逐渐升高；3 0 6 lpm 粒径飞灰对飞灰碳的贡献最大，占4 0 7 0 之间；并且后者平均粒径和分级含碳量比前者小，说明尾部受热面存在后燃现象无烟煤的燃烧同时受化学动力学和扩散阻力共同控制。较大粒径无烟煤颗粒受扩散阻力的影响更明显，而较小粒径无烟煤颗粒则受化学动力学控制更显著底渣平均粒径与床温有很大关系；0 0 7 5 5 R 粒径范围底渣含碳量基本处于同一
157、水平，低于0 0 7 5 = = 或高于5 m ，底渣含碳量急剧增大床温、氧量、二次风率和添加石灰石等因素对无烟煤的燃尽特性的影响很大提出了强化无烟煤燃尽的措施：床温保持在船0 以上，适当提高氧量和二次风率，并保证合理给煤粒度，不要太细。( 3 ) 对连州电厂4 4 0 t h C F B 锅炉S O = 、N O x 和c 0 排放特性进行了研究，分析了各主要运行参数的影响，研究表明：锅炉给煤自脱硫效率在4 0 左右，在C a S 比为2 2 时，脱硫效率己高于9 0 ，动态试验表明，s 如排放对石灰石投入相应较慢，投入石灰石一个半小时之后，锅炉s 如排放才基本稳定。测试结果表明：锅炉负荷、
158、C a S 比、床温对s 晓的生成和脱硫均有较大影响。在c a s 比相近的情况下，脱硫效率随着负荷的增加、床温的升高而增大。总的来说脱硫效率比较高，这说明测试中的运行床温比较有利于石灰石的脱硫。在C a S 比较小时脱硫效率增加较快，当C a S 比超过2 2 以上时，对脱硫效率已经没有太大影响，因此比较经济的C a S比在2 - - 2 5 之间。循环流化床锅炉N O x 排放主要以N O 为主，占9 5 以上该锅炉N O x 捧放较低，额定负荷下小于8 0 p p m ，N O x 随床温升高和C a S 比的增大而升高。另外排烟氧量的增加也会增大N O x 排放，此外，提高二次风率可以
159、有效降低N O x 排放。测试结果表明，床温是影响c O 排放最主要的因素。在床温为9 0 0 左右时，c 0 捧放很低，仅为2 0 p p m 左右但当床温低于8 9 0 时，c 0 排放量将升高到1 0 0 p p m 以上另外锅炉负荷和一二次风比对C 0 的排放也有一定的影响。降低S 0 2 排放的措施往往会导致N O x 捧放的升高，所以有必要提出综合降低循环流化床锅炉污染气体捧放的措施。对于该锅炉而言，比较理想的C a S 比在2 2 左右；其次，床温应该保持在8 8 0 9 0 0 范围内，S 如排放和N O x 排放都可保持在可接受的范围内，另外该温度范围对降低0 的排放也使很有
160、益的。另外，考虑到燃烧效率，氧量控制在2 3 ，二次风率在5 5 左右是比较合适的。这基本上和为提高锅炉效率提出的优化措施相一致4 4 0 t h 燃烧无烟煤c 阳锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文( 4 ) 推荐了优化工况：机组负荷1 3 5 肼左右，床温保持在8 8 0 以上，排烟氧量2 5 左右，二次风率5 5 6 0 之问，若投石灰石，石灰石旋转给料阀维持2 0 0 f r a i n 左右( 约5 t h ) ，床压维持在7 O k P a 左右，给煤线左右侧均匀给煤苎塑童竺! 竺! 里塑竺垡些塑璧兰丝参考文献 I 】何宏舟C F 8 锅炉浩净燃烧福建无烟煤的理论与试验研究浙江
161、大学博士论文，2 0 0 5 2 】王勤辉，骆仲泱，方梦祥等循环流化床锅炉熟效率影响因素的试验研究锅炉技术，2 0 0 1 ，3 2 ( 2 ) 。1 0 - 2 3 【3 】S us P o h lJ L ，e tn 1 Ap r o p o s e dn a c e r a li n d e xt op r e d i c tc o m b u s t i o nb e h a v i o ro fc o a l F U e l 2 0 0 1 ，8 0 t6 9 9 - 7 0 6 4 】吕俊复，等循环流化床锅炉的飞灰舍碳量问题动力工程2 0 0 4 ，2 4 ( 2 ) ：1 7 0
162、- 1 7 4 【5 】蔡爱民等国产首台帮雎运行现状分析全国电力行业蹴组技术交流服务协作网第三届年会技术交流论文集 A J 乌鲁木齐，2 0 0 4 2 3 6 - - 2 4 1 6 】郑洽余。刘信刚金燕循环流化床锅炉燃烧室内焦炭离子燃烧特性的研究工程热物理学报。1 9 9 5 ，1 6 ( 1 ) l1 0 6 1 1 0 7 李玮琪。吕俊复凌晓聪，等循环流化床中飞灰碳形成的模型研究中国电机工程学会第四届青年学术会议论文集，2 0 0 2 ，1 0 【8 】L tY o n g , Y o eG u e n g x l ，L uJ e n f u ，e ta 1 A nI n v e s
163、t i g a t i o no fC a r b o nL D s so fB o i l e r sB u n t i n gH a r dC o a l s I n ：D o n a l dWG e i l i n g ，D o n a l dLB u n ke d s P r o c e e d i n go fl6 t 、I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nF l u i d i z e dB e dC o m b u s t i o n ，A S M E , 2 0 0 1 9 JL vJ P ，J l nx 2 ，Y e
164、n gI tR ，e ta 1 c o a lc o m b u s t i o ne f f i c i e n c yi nc i r c u l a t i o nf l u t d i z e db 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 ) l9 7 1 0 4 1 0 】n l 】 1 2 】 1 3 】 1 4 】 1 5 】 1 8 】7 】8 】9 】【2 0 】Z h a n gtN ，J o h n a s o nF ，L e c k n e r
165、RF l u i d d y n a - i cb o u n d a r yb a y e r si n 啪b o i l e r s J C h e m i c a lh g i n e e r i n gS c i e n c e 1 0 9 5 。G O ( 2 ) l2 0 1 2 1 0 杨海瑞，等循环流化床锅炉床压降对飞灰舍碳量的影响【J 】电蛄系统工程，2 0 0 5 ，2 1 ( 3 ) 1 3 1 4李俊，田子平，熊天桂，等降低循环流化床飞灰可燃物锅炉技术2 0 0 4 ，3 G ( 4 ) ；3 2 3 6岑可法，等循环流化床锅炉理论设计与运行北京：中国电力出版社，1 9
166、 9 8 Q uW e i d o n g ，e ta 1 C F Bb o i l e re q u i p m e n ta n dr u n Z h e n g ：z h o u ，B e n e n T e c h n o l n g yP r e s s 2 0 0 3曹璋，等颗粒状炉内脱硫荆的参数测定与分析工程热物理学报1 9 8 7 8 ；2 8 1 2 8 4J a b l o e s k lJ a n u s z , e ta 1 O p e r a t i o n a le x p e r i e n c eo fa2 6 2 J f W ec o m p a c tc i
167、 r c u l a t i n gf l u i d i z e db e db o i l e ra tT u r o wp o w e rs t a t i o mP r o c e e d i n g so ft h e8 t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c ec eC i r c u l a t i n gF l u i d i z e dB e d s B a n g z h o u ，C h i n 丑_ 2 0 0 5 ：1 0 0 2 1 0 0 8王勤辉，等循环流化床锅炉氮氧化物的生成与分解模型燃料化学学报1 9 9
168、8 ，2 0 ( 2 ) 1 0 8 1 1 3 杨海瑞，等循环流化床锅炉污染物排放规律的热态研究电站系统工程，2 0 0 0 。1 6 ( 3 ) ，1 3 1 1 3 4S p l i e t h o f fH ，O r e n lU B a s i ce l e c tO HN O xe m i s s i o e s i na i rs t a g i n ga n dr e b t m i n ga tnb e n c hs c a l et e s tf a c i l i t y F u 8 1 ，1 9 9 6 ，7 5 ( 5 ) l5 6 0 6 8何宏舟，等C F B 锅
169、炉燃烧福建无烟煤低排污运行的工业型试验福建能源开发与节约。2 0 0 3 ( 3 ) 。4 0 - 4 35 14 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第五章C F B 锅炉炉内温度分布特性和尾部受热面传热特性C F B 锅炉炉内温度分布是炉内燃烧状况、传热特性、气固混合特性等多方面的反映，因此对炉内温度分布的研究就显得非常重要。同样，考察尾部烟道内的烟温分布状况，有利于了解C F B 锅炉的热量分配以及尾部受热面的传热特性在该C F B 锅炉燃烧优化试验过程中，发现运行中存在减温水严重超出设计值的问题，因此，通过计算尾部各受热面的传热系数，并与设计值
170、相比较，可以找到问题的原因，并且由此可以判断尾部受热面的设计是否合适。5 1 炉内温度分布特性5 1 1 锅炉测点布置图5 - l 连州电厂4 4 0 t h 循环流化床锅炉测点布置圈连州4 4 0 t h 循环流化床锅炉测点布置示意图见图5 - l 。该锅炉炉内温度测点主要布置在锅炉密相区和炉膛出口，稀相区未布置温度测点。其中密相区布置了上、中、下三个层温度测点。其中左右两侧温度测点标高略微不同，左右两侧三层温度测点标高分别为7 6 4 8 m 、第六章全文总结及今后工作展望9 3 7 6 n 、1 2 3 0 1 m 和7 7 2 1 u 、9 3 6 1 e 、1 2 2 6 1 , 。
171、下层布置了8 个测点其中前后墙各3 个，左右各1 个：上、中两层均布置了6 个测点，其中前后墙各2 个，左右各1 个。其具体测点布置见图5 _ 2 ( A ) 、( B ) 、( C ) 。另外，炉膛出口左右墙各布置了1 个温度测点每个工况记录3至4 次温度值，取其平均值作为该点的温度测试结果。博) F 屡鹰一点布置册蜃I詹2后3r) 左右(t静23T2 E mTp 6 1 0To 代蓑量度一点图5 - 2 密相区床温测点布置图5 1 2 密相区床温及其影响因素( 1 ) 负荷对床温的影响由图5 _ 3 可以看出，随着负荷的增加，下部和中部床温都基本保持不变。因为随着负荷的增加，投煤量和风量均
172、相应增加，这一方面使燃料燃烧的放热量增加，另一方面流化风对床层起到冷却降温的作用。对下部和中部床温而言，负荷的增加造成的这正反两方面的影响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基本相平衡，因而下部和中部床温随负荷而变化很小。而对上部床温来说，随着负荷的增加，由较明显的升高这主要是因为上部床温受炉内温度场的影响更大另外，由图可见，随着负荷的增加，下部和中部床温趋于均匀，这主要是由于返料量增加，混合加强造成的- 4 - - 下部庶温9 4 0p9 2 0赠9 0 0长8 8 08 0 08 4 08 2 0I O O1 l o1 2 01 3 01 4
173、 00I234负荷( M )氧量( ，)图5 - 3 负荷对床温的影响图5 - 4 排烟氧量对床温的影响( 2 ) 捧烟氧量对床温的影响如图5 - 4 所示，可以看出氧量对床温的影响是比较大的。氧量的增加对床温有两方面的影响：一方面氧量的增加，可以加快燃烧，释放热量；另一方面，过量的空气对床温有冷却作用。显然在过量空气系数大于l 的情况下，后一方面的影响占主导地位，因而随着氧量的增大，床温下降。( 3 ) 二次风率对床温的影响一次风率对密相区床温的影响较为复杂。当流化一次风送入密相区后，一方面提供氧量，从而可增加可燃物的燃烧速度并使燃烧发热量增加；另一方面，流化风又有冷却降温的作用当前者的影响
174、大于后者时，密相区温度是升高的；反之，密相区的温度将会降低如图5 - 5 所示，当二次风率在4 0 9 6 增大到5 0 9 6 时，上，中、下床温都有明显上升；当二次风率继续增大到6 0 时，下部床温稍微上升，中上部床温基本保持不变 9 4 02g 罂9 2 09 1 09 0 08 9 08 8 08 7 0+ 下部床温o123 州纭尔茁图5 - 5 二次风翠对床温的影响图5 - 6 添加石灰石对床温的影响( 4 ) 添加石灰石对床温的影响由图 6 可知，添加石灰石会使床温有所降低。除了石灰石进入炉内因升温而吸热外，石灰石还由于化学反应带来两方面的影响：一是煅烧生成C a 0 ，此反应吸收
175、热量；另一方面，部分C a 0 硫酸盐化生成c a S o 该反应放出热量。由于前者大于后者，所以添加石灰石会使床温下降。三第六章全文总结及今后工作展望( 5 ) 床压对床温的影响在风量定的情况下，增大床层压力，会使密相区固体颗粒浓度增大，从而加大了水冷壁的吸热，因而促使床温下降，如图5 7 所示，当床压从6 7 7 k P a 增大到8 2 9 k P a 时，上、中、下三层床温都有较明显的下降。pV赠长图5 7 床压对床温的影响( 6 ) 捧渣方式对床温的影响9 4 09 啊世9 0 08 8 种8 柏口双倒捧洼单铡捧渣固L 圈匮下部床温中部床温上都床沮圈5 - 8 排渣方式对床温的影响试
176、验中考察了排渣方式对床温的影响。结果表明，与双侧排渣方式相比，单侧排渣对床温几乎没有影响，如图5 - 8 所示5 1 3 炉内温度场分布特性( 1 ) 炉内温度场横向分布特性图5 - 9 示出了工况1 、4 、1 1 下炉内密相区上、中、下三个横截面横向温度分布特性，以考察炉内密相区横向温度的分布特点。经过观察对比，可以看出下层各点温度偏差较大，中上层各点温度趋于平均。这是由于下层固体，气体混合尚不均匀造成的从图中还可以看出，后墙侧的各测点的温度波动要比前墙略大，这应该由于给煤点和返料点均设在后墙，给煤和返料对后墙温度的影响更大的缘故。另外，还发现随着运行条件的变化，各点的温度均发生了大小不等
177、的变化，但是每个横截面内的测点温度还是呈现出了大致相同的分布规律。如图5 9 ( A ) 一( F ) 所示( A 慨l 一前墙侧床温黼：；：慧( B ) 础一后墙侧床温分布：；簇鎏( ) 工况l 一前墙侧床温分布- 一中层床温一一中层床温i兰sso匿I温薹三匿黼左前1触前3右左后1后2后3右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( c ) 工况4 一前墙侧床温分布：= 嚣嚣p9 5 0 ，赠长8 5 0一上层床温k，弋之7 。( D ) 工况4 一后墙侧床温分布一下层床温- 一中层床温29 5 0赠蠼8 5 07 5 0陡夸一上层床媪左前1前2 口
178、暂3右左后l后2后3右( E ) 工况n 一前删床温分布：；詈嚣( F ) 础l 一后墙侧床温黼：罩：德，、+ 上层床温 。1 4 m笼巨专怠9 5 0R 一一( 2 ) 炉内温度场轴向分布特性1 0 0 0 9 5 09 0 0篝8 5 0芷8 0 0冬7 5 07 0 0图5 - 9 炉膛横向温度分布特性+ 工况1 + 工况4+ 工况9图5 - 1 0 炉膛轴向温度分布特性圈图5 一1 0 示出了三个工况炉内烟温沿轴向的分布情况。由图可知，从密相区开始，随着高度的上升，温度先有较大的上升，在密相区上部又有微弱下降，在炉膛出口处温度下降到最低点( 该点温度显示偏低，稀相区没有其它布置测点，所
179、以缺少该区域的数据) ，而后从分离器进口到分离器出口烟温上升5 0 1 0 0 C ，这说明炉膛出口到分离器出口之间有明显的后燃现象，使得烟温有大幅度升高。由旋风分离器分离下的颗粒由返料器返回炉膛。返料器内的温度比分离器出口有所下降，但是仍略高于床温。( 3 ) 负荷对炉内温度场分布的影响前面提到，负荷降低时，密相区中下部床温没有明显变化负荷的变化更多的影响了上部温度分布。图5 - 1 1 ( A ) 、( B ) 分别示出了负荷对上部前后墙侧横向温度分布的影响。第六章全文总结及今后工作展望由图可知，负荷降低，前后左右床温均有下降。尤其是后培侧的温度下降更加明显。这是因为给煤和返料都由后墙给入
180、，负荷降低，给煤和返料减少对后墙温度的影响更明显。( ) 前墙侧床温分布+ 1 3 6 0 1 M W_ 卜1 0 0 6 0 M W( B ) 后墙侧床温分布- 一1 3 6 O I M W_ 卜1 0 0 6 0 M W孓9 5 0 。二三8 5 0 巨全图5 - 1 1 负荷对上层横向温度分布的影响( 4 ) 二次风率对炉内温度场分布的影响pV赠长pV赠伥pV赠长( A ) 标高7 7 m 前墙侧床温分布一二次风率6 傩( B ) 标离7 7 m 后墙侧床温分布_ 二放风率6 傩左翦l觎右左后I后2右圈5 - 1 2 二次风率对横向温度分布的影响图5 - 1 2 ( A ) 一( P )
181、 示出7 - - - 次风率对横向温度分布的影响。可以看出，二次风率升高时，各点的温度几乎是等幅度的下降，即二次风率的变化并未改变横截面内各点之闻的温5 74 4 0 c ，I l 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度高低关系。这是因为二次风率的变化只是改变了高度方向上气体和固体颗粒的分布状况，而对横向的分布影响不大( 5 ) 床压对炉内温度场分布的影响pV硝长pV赠长pV赠世( C ) 标高9 4 m 前墙侧床温分布+ 床压8 2 9 K P a( E ) 标高1 2 2 m 前墙侧床温分布一床压8 2 9 K P a( D ) 标高9 4 m 后墙侧床温分布h
182、床压8 2 9 K P a1 0 0 0pV9 0 0赠长8 0 07 0 0左后1后2右( P ) 标高1 2 2 - 后墙侧床温分布- 一床压8 2 9 K P a，、1 0 0 0p二9 0 0长8 0 07 0 0左后1君2右图5 一1 3 床压对横向温度分布的影响床压对炉内横向温度分布的影响如图5 - 1 3 ( A ) 一( F ) 所示可以看出增大床压，各横截面测点温度都有所下降，但是下降的程度却各有不同。总的说来，后墙侧温度是受床压变化影响最大的。这可能是因为给煤和返料都由后墙进入炉膛，床压的变化更容易在该侧得到体现，因而影响到燃烧和其温度场分布( 6 ) 添加石灰石对炉内温度
183、场分布的影响由图5 1 4 可以看出，加石灰石对主要是使前墙侧和左墙侧的温度有小幅度的降低，而对另外两侧的温度影响很小。这主要是石灰石入炉时更靠近这两侧，因而对其降温作用另外，还考察了捧渣方式对温度分布的影响，结果表明单侧捧渣对温度分布影响甚小第六章全文总结及今后工作展望( ) 标高7 7 _ 前墙侧床温分布一不加石灰石，、1 0 0 0p；9 0 0长8 0 07 0 0pu赠伥左前1前2前3右( c ) 标高9 4 m 前墙侧床温分布一不加石灰石E ) 标高1 2 2 m 前墙侧床温分布- 一不加石灰石，、1 0 0 0r 卜加石灰石三。o o b k 世8 0 0 【，。L 一左前1前2
184、右1 0 0 0r+ 加石灰石毪卜_ 广一，。l 。一( D ) 标高9 4 后墙侧床温分布卜不加石灰石 1 0 0 0p磊9 0 0长8 0 07 0 0左后1后2右( F ) 标高1 2 2 m 后墙侧床温分布一不加石灰石 1 0 0 0r r 。加石灰石：。L ，一一、磊9 0 0 # r 一，、 j 圣8 0 0 ，。l 。一左后1后2右图5 一1 4 加石灰石对横向温度分布的影响5 2 尾部受热面的烟温分布及传热特性5 2 1 尾部烟道的烟温分布不同负荷条件下，尾部烟温通常随着负荷的增大而升高，在同一工况下，烟温的瞬时变化不大。沿尾部气流的流向，从上往下，温度逐渐降低。测试发现，尾部
185、烟温主要受负荷的影响，随着负荷下降，尾部受热面烟温都有较明显下降在相同负荷下，改变二次风率、排烟氧量等运行参数对尾部烟温的影响很小从图5 - 1 5 可见，烟温沿尾部各级受热面逐步降低。分离器出口到三级过熟器入口间温度下降最快。随着负荷的降低，各段烟温也随之降低，而且越上部的受热面烟温降低越多。pV赠孽旧臻似嚣避图5 一1 5 尾部各级受熟面烟温的分布情况5 2 2 尾部受热面的传热特性表5 - l 和表5 2 分别列出了额定负荷下尾部受热面传热系数的设计值和各工况下传热系数的计算值。经过对比可以发现，运行过程中，一、三级过热器和省煤器实际传热系数都比设计值要大，平均分别比设计值大约4 0 、
186、5 0 和4 0 ，由于传热系数设计值偏小，所以布置的受热面积比实际需要的大，因而使得运行中减温水流量也远大于设计值。这也直接影响到电厂运行的经济性。表5 - 1 额定负荷下尾部受热面传热系数设计值名称面积( 一)传热系数w ( f )一级过热器2 9 4 15 0 7三级过热器1 4 7 15 2 O省煤器5 4 2 74 8 o表5 - 2 各工况尾部受热丽传热系数计算工况三级过热嚣传热系数一级过热嚣传热系数省煤器传热系数18 6 1 37 2 0 36 9 7 228 6 6 37 l J9 06 8 3 137 3 6 57 1 2 66 8 眈47 4 8 07 4 0 66 7 8
187、 367 0 9 87 1 3 76 6 7 967 0 9 76 7 0 76 6 3 776 7 8 46 2 3 86 3 ，3 886 7 8 36 3 1 86 3 3 896 7 7 26 5 6 86 5 5 9l O8 2 3 17 4 8 68 9 0 5l l7 6 1 36 5 6 04 1 6 61 27 1 3 37 1 7 l6 7 凹6 0r 。第六章全文总结及今后工作展望( 1 ) 负荷对传热系数的影响o o28 0芝6 0藿4 0耄2 00十三级过热器传热系数+ 一级过热器传热系数数1 0 0I i 01 2 01 3 01 4 0负荷( M _ )图5 一1
188、 6 负荷对尾部受热面传热系数的影响图5 - 1 6 示出了负荷对尾部受热面传熟系数的影响。由图可知，随着负荷的升高，尾部受热面传热系数都有所增加。而三级过热器和一级过热器传热系数的增加幅度不是很大，而省煤器传热系数受负荷的影响更明显。( 2 ) 烟温对传热系数的影响传热系数随烟温的变化的测试结果如图5 - 1 7 所示。可以看出，随着烟气温度的升高，传热系数是逐渐增大的。这一变化特点与有关的研究结果是相符的。S7 7 。5笔6 5三6 0慧。5 。5藿4 。55 3 本章小结3 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0烟温( )图5 一1 7 烟温对传热系数的影响本章对C F
189、 B 锅炉炉内温度分布和尾部受热面传热特性进行了研究主要分析了负荷、排烟氧量、二次风率、床压、添加石灰石等因素对温度分布的影响和负荷、烟温对尾部受热面传热系数的影响。尾部受热面中，三级过热器的传热系数较大，平均在7 5w ( _ 2 ) ，一级过热器和省6 1矿：4 4 0 t ，h 燃烧无烟煤c P B 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文煤器稍低，分别在7 0 ( m 2 ) ，6 7 W ( m 2 c ) 左右。运行过程中，一、兰级过热器和省煤器实际传热系数都比设计值要大，平均分别比设计值大约5 0 、4 0 和4 0 ，由于传热系数设计值偏小，所以布置的受热面积比实际需要的要大，
190、随之运行中减温水流量也远大于设计值。这也直接影响到电厂运行的经济性。第六章全文总结及今后工作展望第六章全文总结及今后工作展望6 1 全文总结C F B 锅炉由于其燃料适应性广、污染物排放较低等优点，越来越多的应用于燃烧无烟煤。但由于设计和运行等方面的原因，国内大多数燃烧无烟煤的C F B 锅炉运行中都存在飞灰含碳量偏高，锅炉效率低于设计值等方面的问题。本文主要针对连州电厂4 4 0 t h 燃烧无烟煤C F B 锅炉存在的类似问题进行了优化燃烧试验研究全文主要研究结论包括；( 1 ) 通过热重实验，对无烟煤和烟煤的热解和燃烧特性进行了对比研究。考察了煤种、升温速率和反应气氛对热解、燃烧特性的影
191、响，并得出相应的动力学反应参数和模型。( 2 ) 对连州电厂4 4 0 燃烧无烟煤C F B 锅炉进行了优化燃烧试验，计算了锅炉的各项热损失和锅炉效率，分析了排烟氧量、二次风率、添加石灰石、负荷等因素对排烟热损失和固体不完全燃烧热损失两项主要热损失和锅炉效率的影响规律，在此基础上提出了综合降低热损失、提高锅炉效率的措施。( 3 ) 通过分析飞灰和底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详尽分析了C F B 锅炉无烟煤燃尽特性。研究发现，无烟煤的燃烧同时受化学动力学和扩散阻力共同控制。较大粒径无烟煤颗粒受扩散阻力的影响更明显，而较小粒径无烟煤颗粒则受化学动力学控制更
192、显著。另外发现，氧量、二次风率和添加石灰石等因素对无烟煤的燃尽特性的影响很大( 4 ) 分析了锅炉主要污染物排放特性以及锅炉运行参数对污染物排放的影响。在C a S 比为2 2 时，脱硫效率已高于9 0 。除C a S 比之外，锅炉负荷、床温对s O b 的生成和脱硫均有较大影响。该锅炉N O x 排放较低，额定负荷下小于S O p p = ，N O 随床温升高和石灰石投料量增加而升高。另外氧量的增加也会增大N O x 排放。( 5 ) 降低S 0 2 排放的措施往往会导致N O x 排放的升高，所以有必要提出综合降低循环流化床锅炉污染气体排放的措施。对于该锅炉而言，比较理想的C a S 比在
193、2 2 左右；其次，床温应该保持在8 8 0 9 0 0 范围内，s 如排放和N O x 捧放都可保持在可接受的范围内，另外该温度范围对降低N 2 0 的排放也使很有益的另外，考虑到燃烧效率，氧量控制在2 3 ，二次风率在5 7 左右是比较含适的这基本上和为提高锅炉效率提出的优化措施相一致( 6 ) 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。优化前后飞灰含碳量由2 0 9 6 降低到1 4 ，锅炉效率由8 6 7 7 升高到8 8 9 6 ，基本达到了设计要求值。优化工况为：机组负荷1 3 5 M W 左右，床温保持在8 8 0 以上，表盘氧量2 3 左右，二次风
194、率5 5 6 0 之间，若投石灰石，石灰石旋转给料阀维持2 0 0 r m i n 左右( 约5 t b ) ，床压维持在7 O K P a 左右，给煤线左右侧均匀给煤。( 7 ) 对c F B 锅炉炉内温度分布和尾部受热面传热特性进行了研究主要分析了负荷、捧烟z L t O , J h 燃烧无烟煤a m 锅炉燃烧优化试验研究浙江大学硕士学位论文氧量、二次风率、床压、添加石灰石等因素对温度分布的影响和负荷、烟温对尾部受热面传热系数的影响。尾部受熟面中，三级过热器的传热系数较大，平均在7 5W ( 酽) ，一级过热器和省煤器稍低，分别在7 0W ( 埘2 ) 、6 佣( m 2 ) 左右运行过程
195、中，一、三级过热器和省煤器实际传热系数都比设计值要大，平均分别比设计值大约5 0 、4 0 和4 0 ，由于传热系数设计值偏小，所以布置的受热面积比实际需要的要大，随之运行中减温水流量也远大于设计值。这也直接影响到电厂运行的经济性。6 2 不足之处和研究展望由于时问和研究条件影响，本文的研究尚存在以下不足：( 1 ) 虽然进行了无烟煤和烟煤的热重对比实验研究，但由于试验条件的限制，没有在C F B锅炉中燃烧其他煤种，以进一步分析煤种对锅炉效率以及燃尽的影响。( 2 ) 本文虽然分析了入炉煤粒径分布对飞灰含碳量的影响，但是受试验条件所限，并没有真正进行不同粒径分布的试验研究。( 3 ) 本文虽然
196、对分离器进出口飞灰进行了取样，但是由于分离器进出口飞灰的分布严重不均，因此很难由此得出分离器的分离效率，也就没有研究分离器的分率效率对燃烧的影响。( 4 ) 本人虽然通过分离器出口和空预器后飞灰粒径和含碳量的对比，认为锅炉尾部烟道内存在后燃现象。但对于后燃的主要影响因索以及后燃对锅炉受热面布置的影响等问题还需要进一步深入研究。除了在以上方面进行进一步的研究之外，还可以针对该锅炉设计中受热面偏大的问题进行改造工作，以解决运行中存在的减温水严重超出设计值的问题。j ，附录附录1 ，反平衡效率计算方法：对锅炉效率，利用如下公式计算了其反平衡效率还考虑了石灰石煅烧的热损失q c a c o ,以及硫酸
197、盐化放热q c 两方面的影响。r = 1 0 0 一( q 2 + q 3 + q + q 5 + q 6 )( 1 )式中：q r 排烟热损失，q 3 可燃气体未完全燃烧热损失，, h - - r v 体未完全燃烧热损失，q r 锅炉散热损失，q r 一灰渣物理熟损失，( 1 ) 捧烟热损失q l铲鲁埘o o式中：Q 2 - 排烟带走的热量，k J k g璐包括干烟气热量和水份显热。Q 2 = ( 一气。) ( 1 一盏)，舛= ( c p + K 屯口C 1 2 0 ) O P yV 2 0 - - ( 。1 2 4 M 枷1ll 胁+ o 0 0 1 6 l d V 。) O 面p y
198、+ 广2 7 3式中；j 摊烟的焓，k J k g 。k o 进入锅炉的冷空气的焓，k J k g排烟处的千烟气体积，m 3 k g ；一摊烟处的水蒸气体积，m 3 k g ；C 。虬，& ，k 燃料元素分析，；乃一拦扔生q妒妒=口一参14 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C t 冷空气平均定压比热，k J 一1干烟气平均定压比热，k J m 3 C ；勺= C c o 面R 0 2 + 气而0 2 + 巳焉+ c 2 而N 2 ；R 0 2 ，0 2 ，N 2 ，C 0 烟气中的成分，c m ，c 噼，c c o ，c r 吩别为0 0 2 ，如
199、，C O , 心平均定压比热。k J 3 d 空气中水份含量，取l O g k g ；op y 摊烟过量空气系数；2 122 l 一( D 2 2 C H 4 一O 5 C 0 0 5 H 2 )V o 理论干空气量，N m 3 k g ；v o 0 8 9 ( c 。+ O 3 7 5 轧) + 0 2 6 5 f I r - - 0 0 3 3 3 虬e 。，喇 烟温度，#b 泠空气温度，I( 2 ) 化学不完全燃烧损失m口3 = 看蒜( 1 2 6 4 C O + 3 5 8 2 C H 4q-108H2x05 4 ( R OC O) ( 1 且1 0 0 ) 1 0 0 ( 3 )”Q
200、 ，2 +) 一。( 3 ) 固体不完全燃烧损失q 吼= 等盎+ 惫一式中：A 灰渣量，c l 。底渣含碳量，oh 底渣份额，飞灰舍碳量，ot - 一飞灰份额，p垒ppp p pppp望 墨赠簿栅喟赠霜霹鳍、，露爵铽胡赠魁臻长长白卜*憾钾嚣嚣赠璃赠繇凼V V V赠一(卿*嚣罂羽赠赠赠馥耧嚣糕州昧豫寐嘏蝼罄长长长田娶+ H嘏翻墨鼍綮嚣蘸刳精*哥叫龌隶碟姆辣表，蟠暮隧舔稚稆僻瞰州雹蛙H谁N懈。一一树错犟扑卅誉扑K埘崧II梃藩翻疆芒翠堪髫&器臣u蝼骚敞鬟蓑二，10荨-，瞒莲曼咛哩兽寄8：2 嚣害遐器i葛；画= d画HN一一赋22 0誉譬馨兽H囊曼= 竺三一S赠煞H。粤t8g 譬器器g砖萋謇害荨j 苟
201、N N诘H器柱=N o雩g拳兽砖茁一蓦一“d d杈H譬5 ；葛- _ _ 一幽1 6 譬葛害譬芝8长砖6 “置兽等茁d一一d杈H葛譬聃。oI o鼍鼍2 苎葛器鬈冀飓窖苗謇童d o量。HH 一一一r , -害呻0 , 1器警器g将赋商。害菩荨d 嵋一一d匿H譬譬嚣器蛞1呻a ! 鼍竺oS 荨= 譬制赠寤西嵋譬量苫；一。量H藏一一n一一捌群呻n 甘a 艚蟛避譬蔫o o霉鼍豁嚣制H一一高器毒尊a ；0“丑一oo呻赠g86a ；2 窨g ；2*H一- 一蜜吕霉o d悄- 一瞥3c qo0 0露荨粼赌峦唁0o dH。西箍甓- _盆器荨嚣；霉罱露禽卤d卜二硒一一H一- _一井掣pp鲎芒芒Sp pm霞璺；_
202、基一簿暑盆RRV毯毯出硝棚砰赠VR匿匿赠赠橙窭籁璺瑙硝硝珀趱匠匿羽羽赣档赠伥型区匿佥佥嚣嚣V炬羽畿曩匠匠一g蒜熊髓蘑ll lI l嚣蛞耳m匿蝌li l制l翌卜n霉葛o o赠= 罨g 鐾o d雩昌葛H一N “一一- _ 赠2蜜譬呻一一H赠I ；话g 昌霉嚣鼍H一一g_ _ 西甘甘ng “昌赠嚣=备荨葛=孽鐾HN “柱一高g等窝一一誉=一打制赠窖竺霉客嚣兽嚣荨2一H一一出呻卜t o?齿赠置一 争(H导葛荨霉露一一蓉耋。g 馨盘葛白。避22a ；d雩霉HN nH 一卜N器呻甘丹赠葛口6 舀导零a ：区H崎一一懿_ 饕1 I婪一_ 争畦H餐嘲呻露霉=葛2“卜。2窖掰砖硝矗西d基登喜器荨8一一杈H一一导
203、霉一一丑n昌芝N 譬嚣h h筠飓西舀8 鐾6a ；荨霉避H一一口一一_ _ 吾N导昌 争(赠一“H茹葺一譬窝o on避舀西留譬等霉H一一一一掌珥鞘X篡墨pX童鬟X美装矗簿X赫强罄加缸坤一一妻婚l谣糕强轻墨量墨岔墨i3：醛rr尸糍加程熊g菪百譬赠鹾 H制一糕加呈璺警H -一智垃翅枯强翻髂娶碰剐躁镀嚣蛙靠求哑杈嵇掣扑书巨扑K捌餐11氍警承蝤晕筝埋篓聂器臣u蝼器限璎鬟Il，1导叶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表3 各工况分离器进出口、尾部烟道飞灰粒径分布袭工飞灰平均0 - 3 0 83 0 8 - 6 16 1 - 7 47 4 - 9 09 0
204、一2 0 00 挑5n 5 2 0取样粒径4 mp m1 t mp mU m况位置n n薯进口O 0 51 7 03 0 01 4 3 15 1 3 62 0 3 99 2 0o 2 7 5l出口O 6 81 7 4 87 2 54 9 3 62 5 2 3O00 0 8 9尾部1 6 74 5 0 52 0 0 52 7 7 45 4 9OO0 0 6 5进口0 0 42 3 l3 5 71 5 4 75 0 0 71 8 4 6l O 0 80 2 7 92出口4 6 41 6 7 21 2 7 95 5 1 71 4 8 6OO00 8 3尾部O 8 03 2 9 42 5 3 43 5
205、 0 35 8 9OO0 0 6 9进口O 2 629 83 5 21 4 7 7崞9 4 41 8 2 81 0 7 50 2 8 63出口6 7 01 9 3 91 2 9 75 6 3 61 0 7 l000 0 8 0尾部1 8 72 7 6 72 0 0 04 3 5 26 9 4OO0 0 7 2进口0 2 33 。2 83 ，9 81 4 3 94 8 2 01 9 0 41 0 8 10 2 8 84出口8 5 92 0 6 21 2 5 75 4 2 41 1 ，7 0000 0 8 0尾部1 3 53 7 5 22 4 0 03 1 0 76 0 6000 0 6 1进口0
206、 1 44 ，7 349 81 6 8 24 8 1 31 6 4 19 0 00 2 5 95出口9 0 41 8 9 71 6 1 75 5 7 59 2 0000 0 7 8尾部0 8 52 8 7 l1 9 8 44 2 1 38 4 6O0n 0 7 6进口0 1 54 4 55 0 31 6 1 65 0 5 11 6 8 37 8 6O 2 4 66出口1 2 82 0 3 41 3 55 7 6 27 ，2 6000 0 7 6尾部1 0 52 6 稠2 6 。4 04 1 4 26 2 5O00 0 7 0进口0 1 73 ，0 23 8 41 6 1 14 9 1 81 7
207、 6 41o 0 40 2 7 67出口l6 22 1 91 3 5 45 4 3 48 60O0 0 7 6尾部1 船, 1 7 2 32 0 9 l2 5 0 24 9 2O0O 0 6 3进口0 0 84 ，5 04 9 31 7 6 54 8 8 51 6 6 77 6 4O 2 4 48出口1 4 22 1 3 71 3 3 45 4 6 99 1 8OO0 0 7 7尾部2 2 l4 1 2 72 2 0 93 0 1 9 -4 3 20O0 0 6 4进口0 1 14 7 35 0 11 7 8 84 7 1 6 2 78 O lO 2 4 79出口O 8 22 I 0 41 0
208、 9 75 7 3 89 7 9000 0 7 8尾部1 1 42 8 6 52 4 9 63 7 3 97 8 5OO0 0 7 l进口0 0 62 1 43 7 61 6 4 14 9 6 71 7 1 31 0 8 30 2 融1 0出口0 7 52 1 6 71 5 9 25 2 7 58 90O0 0 7 尾部3 3 35 0 3 92 1 5 71 9 0 256 9O00 0 0 1进口0 1 32 6 04 5 51 9 0 95 5 6 8l 毫7 73 1 70 1 9 9t l出口1 4 31 6 6 01 3 4 54 3 5 l2 5 O l000 O 明尾部2 8
209、02 7 7 61 7 2 64 0 3 61 1 8 2OOm0 7 4进口0 1 43 ，6 54 5 81 8 7 54 4 8 21 7 5 91 0 ，4 90 2 7 81 2出口1 O l1 6 9 81 2 髓5 5 4 41 3 7O00 0 8 2尾部1 4 l3 7 5 32 1 眈2 9 6 69 6 9O0o 0 7 0k“O c ，1 1 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表4 各工况分离器进出口、尾部烟道飞灰含碳量分布表工飞灰O 一3 0 83 0 8 岳16 1 - 7 47 4 9 09 0 - 2 0 00 2 由50 5 - Z
210、 0取样U mJ l mp 1 1 1U mU m况位置进口3 3 9O 9 lO 50 61 1 42 0 1l出口3 84 13 6 9 31 5 9 71 3 7 21 1 1 5尾部3 1 2 02 7 5 41 60 91 1 2 28 1 6进口6 2 72 3 l1 3 71 1 l1 ，4 91 7 72出口3 6 2 33 1 5 61 8 2 51 5 2 2l O 0 2尾部3 3 8 32 8 3 51 7 2 71 1 5 47 9进口7 O l2 4 11 5 91 3 01 7 73 63出口4 4 2 53 00 71 42 61 2 51 0 0 8尾鄱4 3
211、 9 42 6 7 71 1 4 99 16 舳进口9 7 93 3 51 7 l1 1 7l ，5 82 1 74出口3 0 6 33 0 0 41 3 7 41 0 9 79 ，9 4尾部2 8 1 62 2 2 61 4 2 81 0 7 46 8 9进口1 1 7 45 0 72 4 61 6 32 0 93 0 65出口5 3 4 23 0 2 81 7 1 31 4 0 81 1 3 2尾部5 1 4 62 7 5 21 4 3 81 2 6 29 2进口8 6 22 8 51 8 5O 9 51 晒2 5 76出口“5 23 0 4 91 3 41 1 5 288 5尾部4 1
212、8 92 隶9 81 5 3 21 1 9 58 0 9进口1 06 63 9 61 91 3 l1 2 52 27出口3 5 8 33 3 9 51 7 2 71 3 8 71 1 4 3尾部3 3 8 72 6 3 21 3 8 59 0 77 4 9进口& 5 42 5 81 4 41 0 21 6 73 7 28出口4 3 0 52 8 5 71 93 81 2 5 71 3 2 6尾部3 9 7 12 7 6 61 4 4 41 1 9 29 6 4进口4 7 91 30 7 8O 7 l1 2 81 9 69出口4 0 9 23 6 71 6 4 71 3 2 41 0 8 l尾部
213、3 9 2 82 4 4 61 6 2 6l O 7 75 6进口2 7 8O 8 9m5 60 6 51 3 92 9 81 0出口3 2 5 92 6 1 l1 7 8 91 2 0 57 0 2尾部2 7 32 54 11 3 。1 88 2 43 9 8进口6 2 21 6 70 9 81 0 6l J7 63 3 1l l出口3 6 5 43 5 5 32 0 0 51 6 7 21 3 0 0尾部3 1 4 83 16 41 5 5 71 2 8 5lo 9 6进口5 5 61 6 70 9 80 9 6l - 62 8 61 2出口2 0 3 32 8 0 71 2 9 81 2
214、4 81 0 2 4尾部1 5 2 72 2 0 71 4 4 81 3 5 89 4致谢致谢本文的完成得益于方梦祥教授、骆仲泱教授和周劲松教授的悉心指导和帮助。方教授从论文选题到研究思路、方法以及论文的撰写都给予了全程性的关键指导。方教授开阔灵活的思维方式和和蔼友善的教导给我留下了深刻的印象，在生活上他也给予了我许许多多无私的关怀和帮助。骆仲泱教授对本文的撰写提出了许多宝贵的指导意见，他严谨的治学态度让我受益良多。在此向他们表达我崇高的敬意和衷心的感谫 。余春江副教授和王树荣副教授在本文论文试验过程中付出了辛勤劳动和汗水，没有他们的参与，就没有试验和论文的顺利完成，此外余副教授还对本文提出了
215、宝贵的修改意见。衷心感谢他们。感谢循环流化床课题组的旎正伦研究员、王勤辉教授、程乐鸣教授、高翔教授以及邱坤赞副教授对本人学习和生活中的帮助。感谢马志刚、王琦两位师兄在本文试验过程中所给予的大力帮助，感谢王俊琪、刘耀鑫、黄军军、薛江涛四位师兄在科研工作中所给予的引导和帮助。感谢胡长兴、郭瑞堂、罗丹三位师兄吼及王光凯、张元赏、何胜、刘倩、四位同学在生活和学习过程中给予的帮助和关心，大家一起营造了一个温馨和谐、充满活力的小集体。感谢郑赞、王子兴等室友，大家一起度过了愉快的两年时光。感谢刘炳池、徐婧、郭顺松、蒲学森、邵科、王健等同学对我生活和学习上的帮助和支持。感谢热能0 4 硕班主任陆胜勇老师和全体
216、同学，在这个团结奋进、温馨和睦的大家庭中，我充分感受到了集体的温暖。感谓 陈勇强师傅在本人科研工作中付出的艰辛劳动和生活中给予的关怀和帮助，感谢分析测试室的张宏生在煤样、灰渣分析上给予的帮助，感谢黄桂枝同学的友情帮助。感谢我的家人。在十八年的求学过程中，父母始终是我最大的力量之源，我的每一点成绩和进步，都渗透着他们的心血和汗水。特别感谢我的弟弟，是他替我承担了本该由我担负的家庭责任，使我没有后顾之忧，顺利完成学业。还要衷心感谢我的女友韩春利，是她的默默支持给了我莫大的力量。我衷心希望他们能够幸福、平安、快乐。7 5张锋2 0 0 6 年4 月于求是园440t/h燃烧无烟煤CFB锅炉优化燃烧试验
217、研究440t/h燃烧无烟煤CFB锅炉优化燃烧试验研究作者：张锋学位授予单位：浙江大学 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 吴剑恒.WU Jian-heng 降低燃用福建无烟煤CFB锅炉飞灰可燃物含量的措施 -工业锅炉2009,(4) 煤质特性、燃料颗粒、总体设计和运行1=况是影响福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的主要因素.结合2台燃用福建无烟煤的75/3.82-11型CFB锅炉的运行情况,采用窄筛分偏粗颗粒入炉煤、提高分离器的分离效率、改造回料风系统、增强二次风的扰动穿透能力、维持较高的燃烧温度、保持适当的过量空气系数和料层厚度、提高二次风率等措施,促进福建无烟煤在CFB锅炉中的燃尽
218、,2台锅炉平均飞灰可燃物含量从2003年的22.17%降低到2009年第一季度的15.03%.2.期刊论文 何宏舟.杨翔翔.HE Hong-zhou.YANG Xiang-xiang 颗粒停留时间对福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的影响 -动力工程2007,27(1) 讨论与细颗粒无烟煤焦在CFB锅炉燃烧室中停留时间有关的若干因素对燃尽的影响.指出燃烧室高度、炉膛烟气流速、分离器效率和飞灰回燃等是影响福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的重要因素.提高炉膛燃烧室高度、适当降低炉膛烟气流速、提高分离器分离效率、采用飞灰回燃等措施能有效地延长福建无烟煤细颗粒在CFB锅炉燃烧室中的停留时间,从而有利于福建无烟煤
219、的燃尽.3.期刊论文 过伟丽.何宏舟.邹峥.俞建洪 燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫若干相关问题探讨 -能源与环境2008,(2) 分析燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫技术相关的若干问题,如脱硫效率,脱硫对灰渣利用、烟尘排放和脱硝等的影响.指出燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫存在有最佳钙硫比.开发脱硫灰渣综合利用新技术是推动CFB锅炉炉内脱硫技术应用的关键.4.期刊论文 何宏舟.骆仲泱.岑可法.HE Hong-zhou.LUO Zhong-yang.CEN Ke-fa 影响福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的若干因素 -动力工程2006,26(3) 煤质特性和锅炉运行工况是影响福建无烟煤在CFB锅炉
220、中燃尽的主要因素.致密的颗粒内部结构、很差的反应性和强烈的热破碎性等煤质特性和燃烧特性是导致福建无烟煤颗粒在CFB锅炉中难于被燃尽的内因,而入炉煤粒径分布、过量空气系数、二次风输送方式及二次风率、燃烧温度等锅炉运行参数对其燃尽也有很大的影响.采用窄筛分偏粗颗粒入炉煤、提高燃烧过量空气系数和二次风率,增强二次风的扰动穿透能力、提高燃烧温度等运行措施有利于福建无烟煤焦在CFB锅炉中的燃尽.为取得较好的燃烧效果,燃烧温度应提高到1000左右,过量空气系数应维持在1.251.30之间.图8表2参155.学位论文 申良坤 燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫、脱硝模型及其传热模型研究 2007 福建省的能源
221、资源以煤为主，其中无烟煤占98.3。福建无烟煤结构致密、反应性较差，灰熔点低、具有强烈的热破碎性质、难于着火和燃尽，在燃烧利用上存在不少困难。循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧效率高，污染物排放低等优点，近年来已成为燃烧福建无烟煤的首选炉型。燃烧福建无烟煤CFB锅炉目前存在的主要问题是，很多脱硫脱硝设备都没有运行；此外，燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内固体颗粒浓度较高，炉膛温度超过1050，炉内传热特性与燃烧其它煤种的CFB锅炉不同、CFB锅炉顶部区传热对整个炉内传热来说也是很重要的。因此，开展燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫脱硝模型和传热模型研究对于推广洁净煤技术和优化CFB锅炉设计或运行具有
222、很重要的意义。 本文首先介绍了CFB锅炉原理、特点以及国内外发展概况，近年来针对福建无烟煤清洁燃烧的研究概况，国内外脱硫模型、脱硝模型研究进展以及CFB锅炉炉内传热研究进展。 其次，在深入研究燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫特性基础上，建立了一步法脱硫反应模型和两步法脱硫反应模型，并与工业试验数据结果作比较。与一步法反应模型相比，当钙硫比小于2.2时，两步法模型计算结果与工业实测结果吻合更好。两模型计算表明，在保持钙硫比不变的条件下，脱硫效率随流化速度的增加而降低，随循环倍率的增加而提高，随燃烧温度的升高而增加，但随负荷波动的变化很小。 再次，在深入研究燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内氮氧化物生成
223、和还原特性基础上，建立了一个半经验脱硝数学模型，模拟计算结果与工业试验数据吻合较好。模拟结果表明，炉膛出口NOx(NO)排放浓度随二次风率增加而降低，随燃烧温度的升高而降低，随烟气流速的增大而增加，随焦炭粒径的增大而增加，随着钙硫比增大而增加。 进一步地，以燃烧其它煤种CFB锅炉炉内传热模型为参照，修正了燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内传热模型；以CFB锅炉顶部区流动特性和传热特性研究为基础，建立了针对燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉膛顶部区传热模型。模型计算结果表明，采用突变出口可以加强炉膛顶部传热，但是对于燃烧福建无烟煤CFB锅炉顶部传热系数增加很少。 本文最后，分析所建模型存在的问题。脱硫模型中脱
224、硫效率随温度的变化趋势与工业试验矛盾；脱硝模型中，石灰石对炉膛内NOx浓度的影响与工业试验结果矛盾。这些问题表明，燃烧福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫脱销模型需要进一步研究。6.期刊论文 吴剑恒.俞金树.WU Jianheng.YU Jinshu 燃用福建无烟煤的CFB锅炉优化燃烧 -锅炉制造2005,(1) 归纳福建无烟煤的固有特性,总结燃用福建无烟煤之DG75/3.82-11型CFB锅炉的设计特点及其运行实践,浅析影响燃烧福建无烟煤的因素,提出了优化福建无烟煤燃烧的措施.7.期刊论文 邹峥.俞建洪.何宏舟.邹哲民 燃用福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫工业实验 -福建能源开发与节约2003,(2)
225、在一台35t/hCFB锅炉上进行了炉内加石灰石脱硫工业实验研究.得出燃烧福建类无烟煤时Ca/S比和石灰石粒度分布对脱硫效率和炉内各温度等运行参数的影响.对实验结果进行分析并提出了燃用福建类无烟煤的CFB锅炉实际采用炉内脱硫工艺所适用的Ca/S比和石灰石粒度分布.8.期刊论文 邹峥.俞建洪.何宏舟.曹子栋 石灰石粒度分布对燃用福建无烟煤CFB锅炉炉内脱硫的影响 -工业锅炉2003,(1) 在一台35t/hCFB锅炉上进行了炉内加石灰石脱硫工业实验研究,得出燃烧福建类无烟煤时石灰石粒度分布对脱硫效率和床温等运行参数的影响.对实验结果进行分析并提出了燃用福建类无烟煤的CFB锅炉实际采用炉内脱硫工艺所
226、适用的石灰石粒度分布.9.会议论文 方梦祥.张锋.程乐鸣.王勤辉.施正伦.骆仲泱.岑可法 无烟煤CFB锅炉燃尽特性的试验研究 飞灰含碳量偏高是目前国内燃用无烟煤CFB锅炉运行中遇到的普遍问题,这不仅降低了锅炉效率,还影响到煤灰的综合利用.对连州电厂440t/hCFB锅炉进行燃烧优化调整试验研究,通过分析灰渣的粒径和含碳量分布,考察了无烟煤的燃尽特性,分析了床温、氧量、二次风率、床压、添加石灰石等因素对飞灰含碳量的影响.依据分析结果,提出了强化无烟煤燃尽的措施。10.期刊论文 苏建民 浅谈燃用福建无烟煤440t/h CFB锅炉的设计和运行实践 -能源与环境2007,(2) 结合龙岩坑口火电厂最近投产的4台135 MW CFB燃煤机组的运行实践,分析燃用福建无烟煤大型CFB锅炉的设计特点,总结运行经验,并对系统设计上存在的一些问题提出建议. 本文链接：http:/
