水煤浆与其它燃料的火焰特性的比较研究

第35卷第1炉技术VoL 35, No. 42004年7月BOILER TECHNOLOGY文章编号:CN31-1508(2004)04-0050-03水煤浆与其它燃料的火焰特性的比较研究张智刚,唐强,朱文蓓,曹子栋(西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049)关键词:水煤浆;火焰特性;火焰黑度摘要:在开发和设计水煤浆锅炉的基础上,对水煤浆的燃烧特性和火焰特性作了深入地探讨,并把水煤浆跟常用的煤粉、重油、天然气3种常用锅炉燃料的燃烧特性进行了比较,同时分析了同一锅炉在燃用不同燃料时出现的不岡辐射特性的原因。研究结果对水煤浆锅炉的开发与设计提供了可靠的理论依据中图分类号;TQ534.3文献标识码:B合强烈这与煤粉燃烧所显示的特征明显不同前言由于这个不同,水煤浆的前期火焰与煤粉相比呈水煤浆锅炉是一种以水煤浆为燃料的新型短而强烈,由此可以说明水煤浆火焰的稳定不仅锅炉。它是伴随着石油危机发展起来的水煤浆决定于燃烧器组成的回流特性,而需要注意由燃技术,较之燃煤锅炉具有清洁、低污染、燃料运输料喷雾炬射流本身卷吸高温烟气的能力。实际方便、安全性髙等优点,同时又比燃油、燃气锅炉的水煤浆火焰清晰,且亮度很强。水煤浆的火焰的运行费用低很多。随着我国工业化进程的加发射能力较低,摇曳闪烁较小,从火焰温度分布快,未来我国对能源的需求将呈强劲增长态势。看,水煤浆温度比在我国的能源资源中,目前探明可使用的煤的储200℃。水煤浆的火焰温度与煤粉相比,最高点量为2亿t,预计可使用500~700年。而石油探出现的位置提前了1~1.5m,而后部衰减程度则明可使用的储量则仅够使用20~30年,因此发较快,而总体温度水平则低200℃左右,这表明水展水煤浆锅炉技术对缓解石油紧缺所带来的能煤浆火焰要比煤粉短,且有提前的趋势。源压力有很高的现实意义。表1水煤浆、重油、淮南烟煤和陕北天然气2各种燃料的火焰特性的分析比较炉膛比较计算汇总表水煤浆淮南烟煤重油陕北天然气单位2.1水煤浆火焰的基本特性每kgCWM是将煤粉碎到80%通过200目燃料送入199892362042686kJ/kg(74m)后,以65%~70%不同粒度分布的煤粉炉膛热量30%~35%的水和约1%的表面活性剂制成的一理论燃烧189619020851930℃种流动性良好的流体,其发热量低于煤粉,而粘炉膛出口度比重油有很大的改进,水煤浆能以流体状态直接喷雾燃烧,容易控制流量,能像重油那样进行火焰黑度0.370.430.340.30负荷变化、启动、停炉等操作。炉膛黑度0.550.64041水煤浆的火焰稳定,火焰本身形状坚挺,由吸热量102841327920675719595k/kg有效辐射于水煤浆雾滴以高速进入燃烧室,与高温烟气和热效率89.289.89190.6一次空气间存在比较大的速度差,从而使前期混收稿日期:2003-07-21;修回日期:2003-09-25作者简介:张智刚(1979-),男,2002年毕业于西安交通大学热能工程系并免试攻读硕土研究生,主要从事锅炉设计,电站锅炉汽包在线监测系统烟气脱硫脱氮等研究张智刚,等:水煤浆与其它燃料的火焰特性的比较研究在设计水煤浆锅炉的基础上,我们又对锅炉上,对于预混充分的燃气炉,火焰基本不发光,具燃用其它燃料的情况做了初步的研究。即在假有辐射能力的仅为三原子气体,此时认为其火焰定锅炉受热面布置不变的情况下,分别计算当该发光系数为0锅炉燃料改为淮南烟煤、重油和陕北天然气时的水煤浆的成分中相比于煤粉来说,主要是它热平衡以及炉膛传热情况。考虑到各种不同燃的水分含量大为增加,大概在30%左右。由此会料性质相差比较大,因此对于同一个锅炉受热导致水煤浆着火困难,并且其火焰燃烧温度也有面燃用其它燃料时这个结构可能并不合理。不所降低。另外,由于在制备水煤浆过程中,煤粉过,这次比较分析的主要目的是观察水煤浆和其经过洗选,其灰分含量比原料煤粉要低。因此对它燃料的火焰特性的差别和炉膛出口烟温的变于水煤浆来说,影响其火焰黑度的诸多因素中,化情况。因此,这里的比较计算只做到炉膛的热三原子气体H2O的影响大为增加。力计算为止。我们可以从热力计算中看到,淮南烟煤的火2.2各种燃料特性对火焰黑度的影响焰黑度是最大的,其次是水煤浆、重油、天然气的火焰黑度是表征火焰辐射特性的物理量,它火焰黑度最小,这个结果也是比较合理的的大小对炉膛内的传热状况影响是非常大的。另外值得注意的是,在炉膛中沿火焰行程随不同燃料的火焰黑度又是受燃料性质制约的。煤着温度场的变化,火焰中具有辐射能力的成分也在我国是最常用的一种锅炉燃料,其成分以碳为是变动的,并且随燃料种类、燃烧方法、燃烧工况主。我们选用的淮南烟煤其含碳量为57%同时的不同而不同。因此,炉膛中沿火焰行程各处的含有较多的灰分和水分,其中灰分占21.37%,灰黑度是不同的。在燃烧重油时,火焰尾部黑度的分含量较高是煤粉燃料与油和天然气的重要区变化是很剧烈的,这是由于引起火焰发光的碳黑别之一颗粒完全燃尽,到火焰末端仅仅是三原子气体的煤的灰分多,表示它的可燃质少,发热量低,辐射所致。在煤粉炉中,黑度的变化则比较平产生同样的热量,运输、煤粉制备系统、除灰渣系缓。在炉膛传热计算中,采用的是平均的火焰黑统的任务都比较重。燃烧后烟气重灰粒也比较度。多使受热面容易磨损。同时,由于烟气中灰分在知道了火焰黑度之后,我们就可以得出炉的存在,不可避免地会使水冷壁表面污染比较严膛黑度。炉膛黑度是相应于火焰有效辐射的黑重,产生较厚的灰垢层。由此将使燃煤锅炉的水度,用来说明火焰炉膣之间辐射换热的关系。从冷壁污染系数较之燃油、燃气锅炉相比大为降汇总表中我们可以看出炉膛黑度和火焰黑度的低,从而使水冷壁吸收的热量减少。在本例中,关系。淮南烟煤的污染系数为0.45,而燃油和燃气时的2.3对炉膛出口烟温变化的分析水冷壁污染系数分别为0.55和0.65。影响炉膛出口烟温的因素有很多,在这个比另一方面,由于灰分具有很强的辐射能力,较计算中,主要是由于燃料种类变化所引起的在它的影响下,又会使火焰黑度升高,从而使炉从表1中我们看到,燃用水煤浆、烟煤、重油以及膛辐射换热得到加强。由于炉膛中的温度较高,天然气时,炉膛的出口烟温分别为:881℃、烟气流速较低,其换热过程以辐射换热为主,所805℃、930℃987℃以对于煤粉炉来说,其炉膛吸热量以及炉膛出口由于燃料变化所引起的炉膛内燃烧状况以烟温要考虑到这2方面的综合影响及出口烟温的变化是在很多因素的共同制约下对于燃油和燃气锅炉来说其火焰中的基本发生的在此我们只做一个简单的定性分析辐射成分是三原子气体CO2和H2O以及悬浮在首先,对于不同性质的燃料来说,它的发火焰中的细小碳黑粒子。其中,碳黑粒子是气体量相差是比较大的。像重油和天然气的单位发和液体燃料火焰发光的关键因素。因此炭黑粒热量比较高,那么单位时间送入炉膛内的燃料就子的多少也是影响气体、液体燃料火焰黑度大小比较少;而煤粉和水煤浆燃料单位时间送入炉的关键。由于重油燃烧过程中的碳黑粒子远远的燃料量相对来说就比较多,由此将会带人更多大于天然气燃烧产生的碳黑粒子,因此,重油燃的灰分。灰分对炉膛传热的影响一方面使得炉烧的火焰发光系数比天然气的要大很多。事实膛内的辐射增加,这将会使炉膛出口烟温降低;锅炉技术第35卷另一方面,灰分的增加,又会使水冷壁表面的灰(2)燃用煤粉的火焰黑度是最大的,其次是垢层加厚,使水冷壁吸热量减少,这又会使炉膛水煤浆、重油,天然气的火焰黑度最小。灰分是出口烟温升高影响煤粉燃料火焰黑度和辐射能力的关键因素;此外,不同燃料的火焰中心位置也会不同。炭黑粒子是影响气体液体燃料火焰黑度的关键重油和天然气比较容易着火燃尽,相对于煤粉来因素;三原子气体H1O是影响水煤浆火焰黑度说,它的火焰中心位置要低得多,从而使火焰行程的关键因素增加,炉膛内换热量增加,因而使炉膛出口烟温降(3)燃用天然气的炉膛出口烟温最高,重油低。这就是为什么原来烧煤的炉子改烧重油以后,次之,水煤浆再次,而燃用烟煤炉膛出口烟温是常常发生过热气温偏低的现象最低的。因此,针对本例比较计算来说,炉膛出口烟温主要是以上各个因素综合作用的结果。由汇参考文献总表可以明显看出,天然气的火焰黑度和炉膛黑陈学俊陈听宽.钢炉原理[M]北京:机械工业出版社,度最小,即炉膛吸热量最小,所以炉膛出口烟温必然最高。同理重油次之,水煤浆再次,而燃用2)可法,等水媒浆燃烧流动、传热和气化的理论与应用技术[M].杭州:浙江大学出版社,1997烟煤炉膛出口烟温是最低的,[3]秦裕昆炉内传热(第二版)[M].北京:机械工业出版社,3结论[4]黄镇宇,等.4t/h工业锅炉燃用煤泥水煤浆燃烧试验研究(1)水煤浆火炬炉内温度普遍比燃煤和燃[洁净煤技术,199,5(增刊):36-39油温度低100~200℃,着火距离和火炬长度比燃[5]王玲,等.220t/h电站燃油炉改烧水煤浆炉内传热及排放特性的试验1热能动力工程,2002,102(6)油、燃气要长,比燃煤要短,其中燃气最短。The Relatively Study of Flame Characteristic of Coal-WaterMixture With Other FuelsZHANG Zhi-gang, TANG Qiang, ZHU Wen-pei, CAO Zi-dong(Xian Jiaotong University, Xian 710049, China)Key words: Coal- Water Mixture: flame characteristic: flame blacknessAbstract: The characteristics of fuel and flame of CWM( Coal-Water Mixture)arediscussed on the basis of the developing and design for CWM boilers in this paper. Thecombustion characteristics are compared between CWM and three kinds of boiler fuels(coaloil, natural gas) that are commonly used. And the different radiation characteristics areanalyzed when different fuels are burned in the same boiler furnace. The study results wouldprovide reliably theoretical basis for the developing and design for CWM boilers(上接第23页)Key words: fagment; heat calculation; radiative heat transferAbstract: To calculate the distribution of temperature in one-dimensional fragment modela new model was developed based on the theory of radiative heat transfer. The maximaradiative fragment was divided into four parts according to the combustor,s layer. So moredetailed temperature along the gas path of the furnace was achieved. Furthermore, a calculation to a power plant's boiler whose type was B& WB-1025/16. 8-M was carried out.Theresults proved the new models correctness.