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論低揮發(fā)分煤以及Ｗ型火焰鍋爐燃燒技術(shù)問(wèn)題
論文關(guān)鍵詞：低揮發(fā)分煤 “W”型火焰鍋爐 燃燒論文摘要：本文研究探討了低揮發(fā)分煤燃燒特性和W型火焰爐燃燒技術(shù)發(fā)展及存在問(wèn)題，這對于建設我國資源節約型有重要意義和意義。
0 引言
我國是一個(gè)以煤為主要一次能源的國家，目前煤占能源泉消費的70％以上。隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，我國能源需求不斷增長(cháng)，資源短缺現象逐漸顯露出來(lái)。2003年我國能源消費總量16.78億t標準煤，比上年增長(cháng)10.1％，其中，原油消費量2.52億t，增長(cháng)12％；全年原油進(jìn)口量9112.63萬(wàn)t，同比增長(cháng)31.1％；出口原油813.33萬(wàn)t，同比增長(cháng)12.84％。2003年全國生產(chǎn)原煤16.67億t，其中發(fā)電用煤炭的消費已經(jīng)達到8.5億t，占全部煤炭消費的50％以上；原油產(chǎn)量1.69億t；天然煙氣產(chǎn)量達341.28億m3。因此，研究低揮發(fā)分煤燃燒特性和W型火焰爐燃燒技術(shù)發(fā)展及存在問(wèn)題，對于發(fā)展我國資源節約型社會(huì )有重要意義，也成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
1 低揮發(fā)分煤燃燒特性
1.1 低揮發(fā)分煤的熱解特性煤粒被加熱超過(guò)一定溫度后，就進(jìn)入了熱解階段。這時(shí)煤粒釋放出焦油和氣體，并形成剩余焦碳。煤粒被加熱時(shí)所釋放出揮發(fā)分的重量和成分與其熱解的條件有關(guān)，即主要取決于加熱的升溫速度、加熱的最終溫度和在此溫度下的持續時(shí)間。根據加熱時(shí)升溫速度的不同，一般可把煤的熱分解過(guò)程分為快速、中速和慢速熱分解。這不僅由于熱解是煤燃燒過(guò)程中一個(gè)重要的初始過(guò)程，對著(zhù)火過(guò)程有極大的影響，也因為熱解是其它轉換過(guò)程，如氣化、液化、精煉等的重要步驟，同時(shí)也與污染物的形成有密切關(guān)系。深入研究煤粉的熱解機理，有助于了解煤粉的著(zhù)火與燃燒過(guò)程，對煤粉燃燒設備的設計具有重要的指導意義。煤受熱時(shí)，對構出氣體采樣并用氣相色譜法進(jìn)行分析，發(fā)現當溫度低于200～300℃時(shí)，析出的氣體幾乎完全是吸附在微粒及晶格間的水分和結晶水，隨著(zhù)溫度的升高，析出的產(chǎn)物依次是CO2、CO、CH4和H2，而后在較高的溫度下析出稱(chēng)之為瀝青的重要碳氫化合物。同時(shí)，在此升溫的過(guò)程中，析出物在空間著(zhù)火燃燒，使剩余碳達到著(zhù)火條件而發(fā)生氧化反應。煤的化學(xué)結構十分復雜，熱解揮發(fā)也是極其復雜的過(guò)程。在煤粒子被加熱升溫度過(guò)程中，首先將其物理化學(xué)鍵破壞、形成不穩定的中間產(chǎn)物，然后析出部分產(chǎn)物。所以，熱解揮發(fā)必然是與傳質(zhì)、傳熱及化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)有關(guān)的過(guò)程。
1.2 低揮發(fā)分煤的著(zhù)火特性煤的著(zhù)火特性對于煤粉鍋爐設計和運行極為重要。煤粉是否快速著(zhù)火并穩定燃燒對鍋爐運行的經(jīng)濟性有著(zhù)極大影響。特別是無(wú)煙煤、貧煤等低揮發(fā)煤，其著(zhù)火特性不僅決定煤粉火焰的穩定性，而且還直接影響火焰的速度和燃燒后期發(fā)展。煤粒的著(zhù)火方式究竟是均相著(zhù)火還是異相著(zhù)火，在長(cháng)達一個(gè)世紀的時(shí)間內，人們一直認為煤的著(zhù)火總是在氣相中發(fā)生的。上世紀60年代中期以來(lái)，許多學(xué)者進(jìn)行了一系列的試驗研究，從而證明煤粒的非均相著(zhù)火方式也是大量存在的。在對低揮發(fā)分煤進(jìn)行煤粉著(zhù)火特性的研究過(guò)程中，哈爾濱電站設計成套設計研究所利用煤粉氣流著(zhù)火數裝置測定了煤粉氣流著(zhù)火指數與煤特性。煤粉濃度、煤粉粒度和氧濃度的關(guān)系。同時(shí)也證明，將無(wú)煙煤同其他易燃煙煤混燒能不同程度地改善無(wú)煙煤的著(zhù)火特性，原因是當混合粒子進(jìn)入爐膛以后，煙煤與無(wú)煙煤的著(zhù)火溫度比無(wú)煙煤低，因而首先著(zhù)火燃燒。燃燒放出的熱量進(jìn)一步加熱其周?chē)臒o(wú)煙煤粒子，使其迅速達到著(zhù)火溫度，因而促進(jìn)了無(wú)煙煤粒子的著(zhù)火和燃燒。
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1.3 低揮發(fā)分煤的燃盡特性按照我國發(fā)電用煤分類(lèi)標準，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf小于20％者為低揮發(fā)分煤，其中小于6.5％者為特低揮發(fā)分煤。低揮發(fā)分煤因其煤化程度高、揮發(fā)分含量低、煤發(fā)熱量中揮發(fā)分的發(fā)熱量比率亦低等，從而使煤的著(zhù)火變得困難；煤化程度加深也使其巖相結構緊密而穩定，孔隙率小，使其磨碎性減弱，反應性降低，燃盡性能變差。因此，低揮發(fā)分煤種的著(zhù)火與燃盡都比較困難，需要較高的著(zhù)火和燃盡溫度，以及較長(cháng)的燃盡時(shí)間。此外，還有一些低揮發(fā)分煤的灰熔點(diǎn)較低，易在高溫下形成結渣。煤的燃燼過(guò)程是那樣的復雜，所以現在還不能對整個(gè)燃燼過(guò)程提出一個(gè)比較完整的模型。近年來(lái)，有不少研究者提出了這種或那種物理模型，但是只能解釋某些局部的現象，或者對燃燼過(guò)程作出了許多簡(jiǎn)化的假設。對于燃煤鍋爐，尤其是大型電站鍋爐來(lái)說(shuō)，煤粉的燃盡特性將直接影響鍋爐的燃燒效率和運行性。而煤粉的燃盡性能取決于碳粒的燃盡。碳粒的反應速度則受氧濃度、氣體溫度以及顆粒直徑等因素的影響。
2 W型火焰爐燃燒技術(shù)發(fā)展及存在問(wèn)題
我國電站鍋爐燃用低揮發(fā)分煤種已有50余年，在上世紀80年代初投運了一批容量為670t／(配200MW機組)的國產(chǎn)切圓燃燒干態(tài)排渣爐，上世紀90年代起投運了一批容量為1025t／h(配3MW機組)的國產(chǎn)干態(tài)排渣爐，其中大部分為切圓燒，也有少量的墻式燃燒。上述機組的投運標志若國在燃用低揮發(fā)分煤的電站鍋爐大型化方面取得了足夠的進(jìn)步，但同時(shí)也存在著(zhù)機組可靠性不高、飛灰可物高、負荷調節幅度小等問(wèn)題。W型火焰燃燒過(guò)程分為3個(gè)階段：第一是著(zhù)火階段。燃料在低擾動(dòng)狀態(tài)下以較低的速度和較小的一次風(fēng)率自上而下引入爐膛，相應提高了火焰根部的溫度，延長(cháng)了煤粉氣流在著(zhù)火區的停留時(shí)間，對著(zhù)火有利；第二是燃燒階段。由于二次風(fēng)與三次風(fēng)的高速引入，混合強烈第三是輻射冷卻階段。煙氣進(jìn)入上部爐膛，除繼續以低擾動(dòng)狀態(tài)使燃料燃盡外，還受到爐膛輻射受熱面的冷卻。W型火焰燃燒方式的特點(diǎn)與優(yōu)勢：一是在著(zhù)火與穩燃方面。起始階段，由于煤粉自上而下進(jìn)入爐膛，故一次風(fēng)速低(10--5m/s)，煤粉在低擾動(dòng)狀態(tài)下著(zhù)火引燃，有利于著(zhù)火點(diǎn)的形成；采用旋風(fēng)分離式燃燒器，從磨煤機出口的風(fēng)粉混合物中分離掉一部分空氣，經(jīng)燃燒器送入爐瞠的是高濃度煤粉空氣混合物，使著(zhù)火熱減少，于著(zhù)火有利。在前后拱上都可布置燃燒器，使燃燒器數量增加，單個(gè)燃燒器的容量可設計得小一些，有利于著(zhù)火燃燼；高溫熱煙氣自下而上流出下?tīng)t膛之前，有一部分熱煙氣回流至燃燒器出口處的著(zhù)火區域，對一次風(fēng)煤粉進(jìn)行加熱。燃燒器出口處水冷壁一般敷設有衛燃帶，提高了著(zhù)火區溫度，于著(zhù)火有利，而且，負荷變化時(shí)對爐膛影響不大，故有利于穩燃與調峰。二是在燃燒與燃燼方面。二次風(fēng)沿火焰行程逐漸加入已著(zhù)火的煤粉氣流中，符合無(wú)煙煤燃燒延緩的特點(diǎn)，對燃燒和燃燼有利：爐膛充滿(mǎn)度好和爐膛容積熱負荷低，使煤粉在爐內停留時(shí)間長(cháng)，有利于燃燼。因此，W型火焰燃燒方式尤其適合無(wú)煙煤燃燒，而且可根據實(shí)際燃煤的揮發(fā)分多少來(lái)調節一次風(fēng)煤粉濃度、熱風(fēng)溫度等，改變燃燒器結構和衛燃帶面積等，就可擴大煤種的適應范圍。當然，W型火焰鍋爐也存在一些不足之處，主要有：①空氣和煤粉后期混合較差，不利于燃料的燃盡；②由于爐瞠下部斷面約為常規燃燒方式鍋爐的兩倍，為保證著(zhù)火及火焰穩定，必須敷設大面積的衛燃帶，從而導致結渣；⑨爐膛結構比較復雜而且尺寸較大，因而造價(jià)較高；④NOx排放量較高，對污染嚴重。
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