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670t/h循环流化床锅炉燃烧系统的数值模拟雍玉梅,吕清刚,孙运凯,包绍麟(中国科学院工程热物理研究所,北京100080)[摘要]针对670t/h循环流化床锅炉(CFB)设计,在已经建立的整体数学模型的基础上,模拟计算了若干不同部件布置方案和两种不同设计方案。
通过分析数值计算结果发现,旋风分离器后燃比率、外置换热器入料比率和流化床冷渣循环回料率对CFB炉膛温度的分布均有影响,且两种设计方案都可以满足炉膛温度要求和排放标准。
[关键词]循环流化床;燃烧系统;后燃比率;入料比率;回料率;炉膛温度[中图分类号]TK229.6[文献标识码]A[文章编号]10023364(2006)07001503通过改变旋风分离器、外置换热器(EH E)和流化床冷渣器的参数,由数值计算结果分析这3个部件对大容量CFB炉膛温度的影响,从而获得大容量CFB 关键部件对其燃烧系统的影响规律。
同时,对两种设计方案进行模拟计算,为大容量CFB设计参数的选取提供理论依据。
1数学模型采用以小室为划分的整体模型,主要子模型具体细节见文献[1~3]。
另外,对旋风分离器、EH E和流化床冷渣器做了简单的模化,加入到已建立的整体CFB模型中。
1.1分离器模型对于分离器,与炉膛小室模型的处理方法类似,将其作为1个小室。
分离器小室内气固质量守恒,忽略小室内的换热,小室中颗粒无磨损,考虑颗粒的后燃。
分离器小室内颗粒质量守恒方程:M1=M2+M3(1)分离器的能量守恒方程:h1+h2+h3=h4+h5+h6(2)1.2EH E模型将EH E划分为1个独立小室,不考虑颗粒的再燃烧,只考虑纯粹的传热问题。
影响EH E传热的因素很多,目前尚没有成熟的计算方法。
文献[4]将EH E 看作是一鼓泡流化床,本文根据设计参数规定EH E 小室内的传热系数为一常数。
EH E小室内颗粒质量守恒方程:M4=M5+M6(3)EH E的能量守恒方程:h7+h8=h9+h10+h11(4)1.3流化床冷渣器模型流化床冷渣器也划分为一独立小室,小室内布置有受热面,气固质量守恒。
某电厂锅炉一次风管煤粉爆燃问题实验及理论分析研究摘要：由于设计或运行调整不当，导致燃煤发电厂锅炉制粉系统热爆燃的现象较普遍，严重影响着电厂的安全经济运行，应当引起高度重视。
本文结合某电厂一台670 t／h锅炉一次风管煤粉爆燃实验，对制粉系统热爆燃问题进行了理论分析。
关键词：燃煤锅炉制粉系统热爆燃Abstract: Coal-fired boiler coal pulverizing system to adjust the design or operation due to improper heat more general phenomenon of thermal explosion, seriously affecting the safe operation of power plants, should be attention. In this article, a power plant’s 670 t / h pulverized coal boiler exploding primary air tube experiments, the milling system thermal deflagration issues of theory.朗读显示对应的拉丁字符的拼音Key Word:Coal-fired Boiler,Milling System, Thermal Explosion电站锅炉制粉系统在高温空气及可燃煤粉介质的工况下运行，如果系统设计或运行调整不当，可能产生热爆燃等安全隐患，严重影响着电厂的安全经济运行。
据国内150台运行锅炉调查统计，约有42%的燃煤锅炉发生过热爆问题。
据美国EPRI统计，在美国的361台燃煤锅炉中，平均每台锅炉每年发生制粉系统着火1.26次，每年爆炸0.31次，美国有差不多22%的燃煤机组存在着着火或爆炸问题，其中有18%的燃煤机组存在着严重的爆炸问题。
燃用褐煤六角切圆670t/h炉低Nox煤粉燃烧技术的研究孙治坤1，李争起2，张寅3，成庆刚3，庄国中3，果志明31.黑龙江省电力公司，黑龙江哈尔滨 1500012.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨 150001，3北京国电龙高科环境工程技术有限公司工程部，黑龙江哈尔滨 150001摘要：目前我国火力发电厂普遍存在NOx排放量高的环境污染问题，某厂燃用褐煤六角切圆670t/h炉针对此问题，进行了如下改造：1、将原有燃烧器全部改造为水平浓淡风煤粉燃烧器，由于水平浓淡两股一次风煤粉气流各自远离燃料的化学当量比，可有效减少NOX的生成；2、在燃烧器顶部增设燃烬风喷口，使下部主燃烧区域处于氧浓度较低的气氛，可有效减少NOx的生成；3、将上、中层燃烧器的下二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度，加大上排燃烧器的二次风切圆直径，推迟二次风与一次风风粉混合物的混合，减少着火阶段的供氧量，可有效减少NOx的生成。
试验结果证明，额定负荷下NOx排放量显著降低，折算排放量为315.4 mg/m3（O2=6%，干烟气），远低于中国对NOx的排放标准，锅炉效率可达91.85%，比原设计值高1.32%。
关键词：煤粉燃烧；水平浓淡；NOx排放量1 低NOx煤粉燃烧技术研究的意义能源是国民经济发展的支柱。
清洁和高效能源为主的能源结构是可持续发展的基础，我国现行的能源结构对经济与环境构成了严重威胁，已成为制约我国可持续发展总体战略能否顺利实施的关键因素[1]。
国家环保局于1996年发布的《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-96）中明确规定：300MW及以上机组，固态排渣煤粉炉NOx排放量不得超过650mg/m3，液态排渣煤粉炉NOx排放量不得超过1000mg/m3。
据调查，我国燃煤电站锅炉NOx的排放范围为600～1200mg/m3（固态排渣煤粉炉），850～1150mg/m3（液态排渣煤粉炉）[2]。
预计到2005年NOx总排放量将达488.48万吨，到2010年将达到594.74万吨[3]。
1 引言电厂制粉系统和燃烧系统设计是火电厂系统初步设计的一个重要内容。
制粉系统主要由磨煤机、风机、排粉机、煤仓、粉仓、送风机、送粉机等组成,就是将煤磨制成一定粒度的煤粉并输送至锅炉进行燃烧的所有设备组成的系统。
煤粉炉的燃烧设备包括炉膛（燃烧室），燃烧器和点燃装置[1]。
制粉系统制粉系统的好坏可直接影响锅炉的运行，对锅炉的经济影响较大。
同时也影响了投资者的利益。
制粉系统是电厂锅炉燃烧系统的一个子系统, 是煤粉锅炉的重要组成部分，同的电厂因燃用的煤不同，因此选用的磨煤机型号也就不同。
锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。
近几年来，电力工业对煤粉燃烧提出了越来越高的要求，概括起来主要有：燃烧的高效率、燃烧的稳定性、低污染以及良好的煤种适应性和快速负荷变化适应性。
目前新型燃烧器已在我国火电厂中得到不同规模的应用，有的新型燃烧器已达到正常运行水平，并在稳定燃烧，适应煤质变化和负荷变动、节约点火和助燃用油、降低NOx的排放等方面取得了不同程度的效果，对火电厂的节能和安全运行创造了良好的条件，产生了较大的经济和社会效益。
当前,煤粉燃烧技术面临燃料品质、燃烧经济性和环境保护等3 个方面的新挑战，应从煤份气流在炉内稳燃过程入手力求设计更好的稳燃能力强的燃烧器，以获得更好的利益。
本设计为根据假想烟煤和670t/h锅炉的一些具体参数进行磨煤机的优化选型，以及燃烧器的选型。
通过论证、分析和选型计算确定锅炉所配合的磨煤机型号的制粉系统形式——钢球磨煤机中间储仓式制粉系统；通过煤粉水分和热平衡确定干燥剂温度和热空气温度比较进一步确定干燥剂的组成成分；并校核热力计算结果是否满足锅炉燃烧对一次风的要求，干燥剂中容积份额能满足防爆要求，确定干燥剂中的含湿量和露点是否满足防止结露的要求；通过确定制粉系统设备、管道及其元件的阻力系数来确定系统阻力，校核所选风机的压头能否满足要求；最后经校核，确定制粉系统附属设备和部件（原煤仓、给煤机、粗/细粉分离器、各种风机等等）。
最后通过制粉系统的确定从而选择相应的燃烧器型号。
在现代煤粉锅炉中，锅炉制粉设备系统已经成为与锅炉燃烧设备共同组成的不可分割的燃烧系统整体的重要部分.其炉型和制粉系统的选择与煤质的特性是息息相关的，所选制粉系统的好坏，直接影响到锅炉的安全稳定运行，对整个锅炉系统（电站）的经济性影响较大.由于制粉系统设备上的问题或选型不当和系统参数设计不合理而影响锅炉正常运行或新机组不能顺利投产的事例不胜枚举。
在这次设计中我们参考了一些具体的文献资料，行业标准、规程和技术计算。
在设计中培养了自我的独立思考和独立解决问题的能力为以后的工作实践提供宝贵知识铺垫，收获很大。
2 设计的任务、思想及原始资料2.1 设计的任务电厂锅炉制粉系统设计是火电厂系统初步设计的一个重要内容，目的是根据燃用煤种不同，设计出不同形式的制粉系统，使学生得到火电厂系统设计的初步锻炼。
对于给定锅炉配备什么形式的制粉系统，和选择什么型号的磨煤机，是根据锅炉的设计煤种而定的。
本设计就是根据设计煤种，通过论证和选型计算确定磨煤机型号和制粉系统形式；通过煤粉水分确定干燥剂温度和热空气温度比较进一步确定干燥剂的组成成分；根据干燥剂的各种组成比例确定各个风机的容量；管道设计可借鉴典型设计，根据管道阻力计算确定各个风机的压头；其他设备的选型计算就可确定响应的设备（粗/细粉分离器、给煤机、煤粉仓等等）。
所有的设备确定后，绘制一张燃烧系统图（A0图纸），一张制粉系统图，和一张燃烧器布置图。
2.2 设计思想制粉系统必须按照电厂锅炉实际燃用的煤种进行设计。
应当预先取得有代表性煤样进行必要的分析化验以得到设计所必须的资料和数据。
对于已在电厂广为应用是熟知煤种可进行必要的分析核定煤样的煤种归属。
制粉系统的范围包括原煤仓至锅炉燃烧器之前的所有设备，部件，管道及起元件以及仪表，调节和控制装置。
燃烧器通过制粉系统的确定来确定。
3. 原始资料3.1 设计煤种成分分析烟煤的成分为： 5.4ar M =%，20.06%ar A = ，64.85ar C =%， 4.45%ar H =3.71ar O =% ， 1.22ar N =%， 0.31ar S =%，,25812net ar Q = ，40.32daf V =%4 燃烧产物和锅炉热平衡计算 4.1 燃烧产物计算﹙1﹚ 理论空气量及理论烟气量[2]燃料完全燃烧时所需要的空气量可以根据完全燃烧化学反应方程式来计算. 理论烟气量是在燃料完全燃烧时,有二氧化碳, 二氧化硫,水蒸气,氮气,这四种气体组成的.在锅炉运行时,由于锅炉的燃烧设备不尽完善和燃烧技术等的限制,因此实际所需的空气量要大于理论空气量.﹙2﹚烟道中各处过量空气系数及各受热面的漏风系数[2]过量空气系数是表示空气相对于完全燃烧状态下的所需空气的量的多少,一般情况下空气都是过量的,原因是由于锅炉设备的不严密,空气在锅炉的各个地方都有漏风,对于不同的锅炉他们的量是不同的.表2烟道中各处过量空气系数及各受热面的漏风系数﹙3﹚烟气特性表[2]烟气特性表是对锅炉的各部件,其中包括炉膛,蒸汽过热器,锅炉管束,省煤器,空气预热器等的计算.其中还的计算实际水蒸气的体积,烟气总体积, RO2容积份额等的计算.表3受热面烟道中烟气特性表﹙4﹚烟气是含有多种气体成分的混合气体,烟气的焓是烟气的各组成成分的焓的总和.通过对烟气焓值的计算可以很清楚的知道锅炉有关的量值,对其分析有好处.2004级本科毕业设计论文第5页共52页表4烟气焓温表4.2 锅炉热平衡及燃料消耗量[2]锅炉热平衡包括正平衡和反平衡，其中反平衡用的较多，因为反平衡能很清楚的反映出各个量对锅炉热效率的影响，以及哪个量是主要的影响量。
通过对各个热损失的量计算和其他的量，就能计算出燃料消耗量和算燃料消耗量。
5. 磨煤机的选型和制粉系统形式的确定5.1 磨煤机型号的选择5.1.1 钢球磨煤机钢球磨煤机的最大优点是，适应煤种广，实际上可磨任何煤种。
特别对于硬质煤，无烟煤及高灰份烟煤等都能适应。
不怕煤中混有铁件等杂物。
另一特点是能长期可靠运行，维持一定的出力和煤粉细度，并且单机出力大。
由于在运行中可以添加钢球，检修周期长。
其主要缺点是设备笨重庞大，占地面积大，金属消耗及初投资高，运行电耗超过其他形式的磨煤机[3]。
根据以上特点综合考虑选择钢球磨煤机。
5.1.2 磨煤机型号的选择总则[4](1)磨煤机性能参数计算的目的是根据磨煤机出力，通风量，煤粉细度等选择合适的磨煤机型号。
(2)磨煤机性能参数主要包括：出力（最大或最小），煤粉细度，通风量（最大或最小），阻力和提升压头，功率，研磨件寿命等。
(3)磨煤机出力包括研磨出力，通风出力和干燥出力三种最终出力取决于三者最小值。
(4)磨煤机的基本出力是指磨煤机在特定的媒质条件小煤粉细度的出力。
通常基本出力在磨煤机性能基本参数表中给出。
磨煤机的设计最大出力是指磨煤机在锅炉设计媒质条件小和锅炉设计煤粉细度下的最大出力能力，该出力是通过给定的公式，图表计算或试磨实验得到的。
设计最小出力是考虑磨煤机振动，许多的最小通风量下的风煤比计算给定的。
5.1.3 每台磨煤机应有的出力mab y Z B k B ⨯==1.168.28118.777275/4t h ⨯= 式中：B ——锅炉实际耗煤量t/h 。
m Z ——每台锅炉配置的磨煤机台数。
5.1~1.1=ab k 在这里取1.1磨煤机出力储备系数。
对钢球贮仓式系统，当全厂备用磨煤机台数达到2台及以上。
且输粉机能保 证可靠输粉时对于后期安装的锅炉，在ab k >1.15的前提下，应适当减少磨煤机装置的台数。
对于双炉膛锅炉，每一个炉膛各设一台备用磨煤机。
机组容量为200MW 及以下时，每台锅炉宜设置4~2台磨煤机，不设备用。
5.1.4 磨煤机型号的确定 （1）粗粉分离器出口煤粉细度：9040.540.5 1.140.3226.176%daf R nV =+=+⨯⨯= 配离心式分离器的制粉设备煤粉的均匀性系数，n 1.1≈（2） 煤的可磨度：根据 5.4ar M =和1ad M =查文献[4]得1 1.4VT k = 5.1.5 工作燃料的可磨度[4]（1） 煤收到基最大水分：max 10.7 4.78ar M M =+=（2） 煤粉水分：(0.5~1.0)PC ad M M =在这里取PC ad M M ==1 （3） 磨煤机进口水分：'(100)0.4()3.688(100)0.4()ar PC ar PC M PC ar PC M M M M M M M M ---==---（4） 磨煤机内煤的平均水分：'3 1.6724M PCAV M M M +==（5） 工作燃料对可磨性的修正系数：10.9580s == （6） 原煤质量换算系数：2100 1.0394100avarM s M -==-（7） 煤粒度对磨煤机出力的修正系数：1.15()90905100()78.088%20%100R R ==>(8)51001.220.135ln1.1866g s R =-= (9)工作燃料的可磨度：121 1.1748gr vt gs s k k s == (10) 临界转速比：777.0==jn nϕ （选取） (11) 筒内填充球系数（先选取后校核）：取0.24ϕ=(12) 通风量对出力的修正系数： v k 按,V V OPT Q Q = 取 V k =1 (13) 按磨煤条件所需要的筒体容积,V,3110.60.62290()18.77721.0971001002.065(ln ) 2.065 1.17480.24(ln )26.176gr V B V mk K R ϕ--===⨯⨯⨯单台(14) 磨煤机型号选择：根据磨煤条件所需容积选择磨煤机。
选择磨煤机型号为： 290/350 具体参数为： 直径D ：2.9m 长度L ：3.5m 容积V ：23.113m筒体转速： 19.34 充填率：0.230ϕ= 最大装球量：:max G 26t(15)筒体的实际容积：20.78523.11m V D L ==m3(16) 实际需要充球系数：0.207ϕ===(17) 钢球磨煤机筒体的临界转速：19.3002cr n === (18)钢球堆积密度： 4.9b ρ=（选取）(19)筒内装球量：23.118 4.90.20723.440b m b G V ρϕ==⨯⨯= (20)磨煤机实际磨煤出力：110.60.622901001002.065(ln ) 2.065 1.17480.206(ln )123.1118.82226.176m gr V yB k K V B R ϕ--==⨯⨯⨯⨯=>满足要求磨煤机实际出力应不小于其应有出力。
