水煤漿與其它燃料的火焰特性的比較研究

第35卷第1爐技術(shù)VoL 35, No. 42004年7月BOILER TECHNOLOGY文章編號:CN31-1508(2004)04-0050-03水煤漿與其它燃料的火焰特性的比較研究張智剛,唐強,朱文蓓,曹子棟(西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,陜西西安710049)關(guān)鍵詞:水煤漿;火焰特性;火焰黑度摘要:在開(kāi)發(fā)和設計水煤漿鍋爐的基礎上,對水煤漿的燃燒特性和火焰特性作了深入地探討,并把水煤漿跟常用的煤粉、重油、天然氣3種常用鍋爐燃料的燃燒特性進(jìn)行了比較,同時(shí)分析了同一鍋爐在燃用不同燃料時(shí)出現的不岡輻射特性的原因。研究結果對水煤漿鍋爐的開(kāi)發(fā)與設計提供了可靠的理論依據中圖分類(lèi)號;TQ534.3文獻標識碼:B合強烈這與煤粉燃燒所顯示的特征明顯不同前言由于這個(gè)不同,水煤漿的前期火焰與煤粉相比呈水煤漿鍋爐是一種以水煤漿為燃料的新型短而強烈,由此可以說(shuō)明水煤漿火焰的穩定不僅鍋爐。它是伴隨著(zhù)石油危機發(fā)展起來(lái)的水煤漿決定于燃燒器組成的回流特性,而需要注意由燃技術(shù),較之燃煤鍋爐具有清潔、低污染、燃料運輸料噴霧炬射流本身卷吸高溫煙氣的能力。實(shí)際方便、安全性髙等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又比燃油、燃氣鍋爐的水煤漿火焰清晰,且亮度很強。水煤漿的火焰的運行費用低很多。隨著(zhù)我國工業(yè)化進(jìn)程的加發(fā)射能力較低,搖曳閃爍較小,從火焰溫度分布快,未來(lái)我國對能源的需求將呈強勁增長(cháng)態(tài)勢?？?水煤漿溫度比在我國的能源資源中,目前探明可使用的煤的儲200℃。水煤漿的火焰溫度與煤粉相比,最高點(diǎn)量為2億t,預計可使用500~700年。而石油探出現的位置提前了1~1.5m,而后部衰減程度則明可使用的儲量則僅夠使用20~30年,因此發(fā)較快,而總體溫度水平則低200℃左右,這表明水展水煤漿鍋爐技術(shù)對緩解石油緊缺所帶來(lái)的能煤漿火焰要比煤粉短,且有提前的趨勢。源壓力有很高的現實(shí)意義。表1水煤漿、重油、淮南煙煤和陜北天然氣2各種燃料的火焰特性的分析比較爐膛比較計算匯總表水煤漿淮南煙煤重油陜北天然氣單位2.1水煤漿火焰的基本特性每kgCWM是將煤粉碎到80%通過(guò)200目燃料送入199892362042686kJ/kg(74m)后,以65%~70%不同粒度分布的煤粉爐膛熱量30%~35%的水和約1%的表面活性劑制成的一理論燃燒189619020851930℃種流動(dòng)性良好的流體,其發(fā)熱量低于煤粉,而粘爐膛出口度比重油有很大的改進(jìn),水煤漿能以流體狀態(tài)直接噴霧燃燒,容易控制流量,能像重油那樣進(jìn)行火焰黑度0.370.430.340.30負荷變化、啟動(dòng)、停爐等操作。爐膛黑度0.550.64041水煤漿的火焰穩定,火焰本身形狀堅挺,由吸熱量102841327920675719595k/kg有效輻射于水煤漿霧滴以高速進(jìn)入燃燒室,與高溫煙氣和熱效率89.289.89190.6一次空氣間存在比較大的速度差,從而使前期混收稿日期:2003-07-21;修回日期:2003-09-25作者簡(jiǎn)介:張智剛(1979-),男,2002年畢業(yè)于西安交通大學(xué)熱能工程系并免試攻讀碩土研究生,主要從事鍋爐設計,電站鍋爐汽包在線(xiàn)監測系統煙氣脫硫脫氮等研究張智剛,等:水煤漿與其它燃料的火焰特性的比較研究在設計水煤漿鍋爐的基礎上,我們又對鍋爐上,對于預混充分的燃氣爐,火焰基本不發(fā)光,具燃用其它燃料的情況做了初步的研究。即在假有輻射能力的僅為三原子氣體,此時(shí)認為其火焰定鍋爐受熱面布置不變的情況下,分別計算當該發(fā)光系數為0鍋爐燃料改為淮南煙煤、重油和陜北天然氣時(shí)的水煤漿的成分中相比于煤粉來(lái)說(shuō),主要是它熱平衡以及爐膛傳熱情況?？紤]到各種不同燃的水分含量大為增加,大概在30%左右。由此會(huì )料性質(zhì)相差比較大,因此對于同一個(gè)鍋爐受熱導致水煤漿著(zhù)火困難,并且其火焰燃燒溫度也有面燃用其它燃料時(shí)這個(gè)結構可能并不合理。不所降低。另外,由于在制備水煤漿過(guò)程中,煤粉過(guò),這次比較分析的主要目的是觀(guān)察水煤漿和其經(jīng)過(guò)洗選,其灰分含量比原料煤粉要低。因此對它燃料的火焰特性的差別和爐膛出口煙溫的變于水煤漿來(lái)說(shuō),影響其火焰黑度的諸多因素中,化情況。因此,這里的比較計算只做到爐膛的熱三原子氣體H2O的影響大為增加。力計算為止。我們可以從熱力計算中看到,淮南煙煤的火2.2各種燃料特性對火焰黑度的影響焰黑度是最大的,其次是水煤漿、重油、天然氣的火焰黑度是表征火焰輻射特性的物理量,它火焰黑度最小,這個(gè)結果也是比較合理的的大小對爐膛內的傳熱狀況影響是非常大的。另外值得注意的是,在爐膛中沿火焰行程隨不同燃料的火焰黑度又是受燃料性質(zhì)制約的。煤著(zhù)溫度場(chǎng)的變化,火焰中具有輻射能力的成分也在我國是最常用的一種鍋爐燃料,其成分以碳為是變動(dòng)的,并且隨燃料種類(lèi)、燃燒方法、燃燒工況主。我們選用的淮南煙煤其含碳量為57%同時(shí)的不同而不同。因此,爐膛中沿火焰行程各處的含有較多的灰分和水分,其中灰分占21.37%,灰黑度是不同的。在燃燒重油時(shí),火焰尾部黑度的分含量較高是煤粉燃料與油和天然氣的重要區變化是很劇烈的,這是由于引起火焰發(fā)光的碳黑別之一顆粒完全燃盡,到火焰末端僅僅是三原子氣體的煤的灰分多,表示它的可燃質(zhì)少,發(fā)熱量低,輻射所致。在煤粉爐中,黑度的變化則比較平產(chǎn)生同樣的熱量,運輸、煤粉制備系統、除灰渣系緩。在爐膛傳熱計算中,采用的是平均的火焰黑統的任務(wù)都比較重。燃燒后煙氣重灰粒也比較度。多使受熱面容易磨損。同時(shí),由于煙氣中灰分在知道了火焰黑度之后,我們就可以得出爐的存在,不可避免地會(huì )使水冷壁表面污染比較嚴膛黑度。爐膛黑度是相應于火焰有效輻射的黑重,產(chǎn)生較厚的灰垢層。由此將使燃煤鍋爐的水度,用來(lái)說(shuō)明火焰爐膣之間輻射換熱的關(guān)系。從冷壁污染系數較之燃油、燃氣鍋爐相比大為降匯總表中我們可以看出爐膛黑度和火焰黑度的低,從而使水冷壁吸收的熱量減少。在本例中,關(guān)系?；茨蠠熋旱奈廴鞠禂禐?.45,而燃油和燃氣時(shí)的2.3對爐膛出口煙溫變化的分析水冷壁污染系數分別為0.55和0.65。影響爐膛出口煙溫的因素有很多,在這個(gè)比另一方面,由于灰分具有很強的輻射能力,較計算中,主要是由于燃料種類(lèi)變化所引起的在它的影響下,又會(huì )使火焰黑度升高,從而使爐從表1中我們看到,燃用水煤漿、煙煤、重油以及膛輻射換熱得到加強。由于爐膛中的溫度較高,天然氣時(shí),爐膛的出口煙溫分別為:881℃、煙氣流速較低,其換熱過(guò)程以輻射換熱為主,所805℃、930℃987℃以對于煤粉爐來(lái)說(shuō),其爐膛吸熱量以及爐膛出口由于燃料變化所引起的爐膛內燃燒狀況以煙溫要考慮到這2方面的綜合影響及出口煙溫的變化是在很多因素的共同制約下對于燃油和燃氣鍋爐來(lái)說(shuō)其火焰中的基本發(fā)生的在此我們只做一個(gè)簡(jiǎn)單的定性分析輻射成分是三原子氣體CO2和H2O以及懸浮在首先,對于不同性質(zhì)的燃料來(lái)說(shuō),它的發(fā)火焰中的細小碳黑粒子。其中,碳黑粒子是氣體量相差是比較大的。像重油和天然氣的單位發(fā)和液體燃料火焰發(fā)光的關(guān)鍵因素。因此炭黑粒熱量比較高,那么單位時(shí)間送入爐膛內的燃料就子的多少也是影響氣體、液體燃料火焰黑度大小比較少;而煤粉和水煤漿燃料單位時(shí)間送入爐的關(guān)鍵。由于重油燃燒過(guò)程中的碳黑粒子遠遠的燃料量相對來(lái)說(shuō)就比較多,由此將會(huì )帶人更多大于天然氣燃燒產(chǎn)生的碳黑粒子,因此,重油燃的灰分?；曳謱t膛傳熱的影響一方面使得爐燒的火焰發(fā)光系數比天然氣的要大很多。事實(shí)膛內的輻射增加,這將會(huì )使爐膛出口煙溫降低;鍋爐技術(shù)第35卷另一方面,灰分的增加,又會(huì )使水冷壁表面的灰(2)燃用煤粉的火焰黑度是最大的,其次是垢層加厚,使水冷壁吸熱量減少,這又會(huì )使爐膛水煤漿、重油,天然氣的火焰黑度最小?；曳质浅隹跓煖厣哂绊懨悍廴剂匣鹧婧诙群洼椛淠芰Φ年P(guān)鍵因素;此外,不同燃料的火焰中心位置也會(huì )不同。炭黑粒子是影響氣體液體燃料火焰黑度的關(guān)鍵重油和天然氣比較容易著(zhù)火燃盡,相對于煤粉來(lái)因素;三原子氣體H1O是影響水煤漿火焰黑度說(shuō),它的火焰中心位置要低得多,從而使火焰行程的關(guān)鍵因素增加,爐膛內換熱量增加,因而使爐膛出口煙溫降(3)燃用天然氣的爐膛出口煙溫最高,重油低。這就是為什么原來(lái)燒煤的爐子改燒重油以后,次之,水煤漿再次,而燃用煙煤爐膛出口煙溫是常常發(fā)生過(guò)熱氣溫偏低的現象最低的。因此,針對本例比較計算來(lái)說(shuō),爐膛出口煙溫主要是以上各個(gè)因素綜合作用的結果。由匯參考文獻總表可以明顯看出,天然氣的火焰黑度和爐膛黑陳學(xué)俊陳聽(tīng)寬.鋼爐原理[M]北京:機械工業(yè)出版社,度最小,即爐膛吸熱量最小,所以爐膛出口煙溫必然最高。同理重油次之,水煤漿再次,而燃用2)可法,等水媒漿燃燒流動(dòng)、傳熱和氣化的理論與應用技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1997煙煤爐膛出口煙溫是最低的,[3]秦裕昆爐內傳熱(第二版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,3結論[4]黃鎮宇,等.4t/h工業(yè)鍋爐燃用煤泥水煤漿燃燒試驗研究(1)水煤漿火炬爐內溫度普遍比燃煤和燃[潔凈煤技術(shù),199,5(增刊):36-39油溫度低100~200℃,著(zhù)火距離和火炬長(cháng)度比燃[5]王玲,等.220t/h電站燃油爐改燒水煤漿爐內傳熱及排放特性的試驗1熱能動(dòng)力工程,2002,102(6)油、燃氣要長(cháng),比燃煤要短,其中燃氣最短。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頁(yè))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.