燃用高揮發(fā)分煤種鏈條爐排鍋爐燃燒特性及配風的實

1、． 研究與開發(fā) ·燃用高揮發(fā)分煤種鏈條爐排鍋爐燃燒特性及配風的實驗研究 文章編 號 ： 1 0 0 4 — 8 7 7 4 ( 2 0 0 4 ) 0 1 — 1 5 - 0 4燃用高揮發(fā)分煤種鏈條爐排鍋爐 燃燒特性及配風的實驗研究 陸方 ， 羅永浩 ， 徐華 東 ( 上海交通大學熱能工程研究所 ， 上海 2 0 0 2 4 0 )摘 要 ： 鏈條爐排鍋 爐在燃 用高揮發(fā)分高熱值煤種過程中出現(xiàn)爐內(nèi)結(jié) 渣 、 熱效率低 等很多

2、問題 ， 通過 對煤種進 行熱 天平分析 ， 并進行單元 體模 擬爐燃燒及風室配風的試驗研究 ， 據(jù)此提出改造方案。關鍵詞 ： 鏈 條爐排鍋爐 ； 高揮發(fā)分煤 種 ； 配風 中圖分類號 ： T K 2 2 9文獻標識碼 ： ATh eEx p e r i m e nt a lRe s e a r c ho nCo mb u s t i o nCh a r a c t e ra n dAi rDi s t r i b u t i o ni

3、 nS t o k e rFi r i n gHi g hVo l a t i l eCo a lL UF a n g ，L U0Yo n g — h a o ，XUHu a — d o n g( I n s t i t u t eo fT h e r ma lE n g i n e e r i n g， S h a n g h a iJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ， S h a n g h a

4、i2 0 0 2 4 0 ，C h i n a )Ab s t r a c t ： T h ep r o b l e mss u c ha ss l a ga n dl o we f i c i e n c ywi l lb et a k e np l a c ei ns t o k e rw h e nh i g h—v o l a t i l ec o a lb u r ns ．Af t e ra n a ly s i so nc

5、o a l c h a r a c t e rwi t ht h e r ma l b a la n c e ra n de x p e r ime n t a l r e s e a r c ho nu n i tf u r n a c ea n da i rd i s t r ib u t i o n，ar e t —r o f i tp r o p o s a li sp r e s e n t e d ．Ke ywo r

6、d s ： Ch a i n - g r a t es t o k e rb o i l e r；Hi g h- v o l a t i l ec o a l ；Ai rd i s t r i b u t i o n1前 言 上海某廠的兩 臺 3 5 t ／ h鏈條爐 為中壓鍋爐 ， 設 計壓力 3 ． 8 2 M P a ， 設計燃用燃料為陜西神府煤 ， 該爐 投入運行后 ， 出現(xiàn) 了許 多問題 ， 影響鍋爐 的正 常使 用 。其 中

7、最主要的是前拱區(qū)結(jié)渣和爐渣含碳量過高 ( 達 2 3 ％左右) 。經(jīng)過對該鍋爐 圖紙分析和實際運 行跟蹤 ， 發(fā)現(xiàn)該鍋爐在設計上存在一定的缺陷， 主要 是沒有充分考慮到該煤 種的高揮發(fā)分 和高發(fā)熱量 。在爐排的前部布置 了用 于引燃 的前拱 ， 而爐排后部 的水冷壁裸露。圖 1 為該鍋爐在改造前的爐拱示意 圖。燃料的工業(yè)和元素分析數(shù)據(jù)見表 1 。表 1陜西神府煤 的成分 分析 結(jié)果 工業(yè)分杪： ( ％ ， a r )元素分析 ( ％ ，

8、 a r )熱值 ( M J ／ k g )M AVF CCHSN0Q1 6 ． 26 ． 3 42 6 ． 95 0 ． 66 0 ． 74 ． 1 30 ． 5 11 ． 3 11 0 ． 82 3 ． 0 6l為了更好地分析該鍋爐在運行中存在的問題 ， 我 們對該煤種進行了熱天平分析和單元體爐熱態(tài)實驗。收稿 1 3 期 ： 2 0 0 3 ． 1 2 — 1 7前拱區(qū)水 冷壁 管 ? ? ? ? 一 。 。 、|．＼ 、 前 拱

9、后 拱 區(qū) 水 冷 壁 管J● J ●_ 。 。 _ — 。 。 。圖 1 鏈條爐爐拱不意 圖( 改 造前 )2熱天平分析 為了研究該煤種 的燃 燒特性 ， 用熱天平¨ 。對 該燃料的熱解和燃燒特性進行 了實驗研究 ， 熱天平 加熱的升溫速度為 3 0 ~ C ／ m i n ， 終溫為 7 0 0 ℃， 煤的粒 度小于 9 0 i x m 。氣氛 為氮氣和 氧氣 的混合物 ， 其中氧氣流量為 1 O 0 r n l ／ m

10、i n ， 氮氣流量為 6 0 m l ／ m i n ， 并將 其與上海 常用 的動力 2煤 的失重 曲線作 了對 比。圖 2 和圖 3 分別為兩者的失重 曲線 。從 圖中可以看 出， 陜西神府煤的燃燒特性要 比動力 2煤好。動力2煤明顯經(jīng)歷了水分析 出、 揮發(fā)分析 出和固定碳燃 燒這三個過程 ， 而且 由于其灰分較高 ， 最后的殘余物 約為 2 8 ． 6 3 ％。其揮發(fā)分開始析出的溫度要 比陜西 神府煤高 ( 分別為 2 7 0

11、． 7 ℃和 2 2 2 ． 7o C ) ， 揮發(fā)分析出的終止溫度也 比陜西神府煤高 ( 分別為 3 1 1 ． 3 ~ C 和 玲 ／維普資訊 http://www.cqvip.com · 研究與開發(fā) ·燃用高揮發(fā)分煤種鏈條爐排鍋爐燃燒特性及配風的實驗研究 1 7氧而后拱 區(qū)富氧 ， 后拱 區(qū)的氧量無法進入前拱 區(qū)參 與燃燒而直接短路逸出爐膛 ；由此對該廠 1鍋 爐爐拱進行 了改造， 將前拱去 除， 裸露前拱

12、區(qū)的水冷壁 ， 降低該區(qū)域 的溫度以防止 結(jié)渣。將后部的水冷壁管用耐火混凝 土包覆 ， 提高 該 區(qū)域的溫度水平 ， 并采用人字形爐拱 ， 加強爐 內(nèi)氣 流的擾動 ， 將尾部的過量空氣引到爐膛前部參與燃 燒 ， 改造后 的爐拱示意圖如 圖 7 。在運行時適 當增 加爐排的運行速度 ， 減善爐排后部的裸露現(xiàn)象 ， 調(diào)整 風室的配風 ， 增大中間風室的風量 ， 減少后部風室的 風量 。前堡堡壁墮亙簍墾矍、 一卮燕／ ％‰ ．尊 一 一

13、? 一 一 ? ～ 一4＼l＼ —— ～ ～ 一 -～ ～ ～ — — 一／ ／ ／圖 7 鏈 條爐爐拱示意 圖( 改 造后 )5配風 系統(tǒng)實驗研 究及 其改造 5 ． 1概況 由于層燃鍋爐燃料 的燃燒特性 ， 鏈條爐排鍋爐 的配風在爐排運動方 向上考慮得較多 ， 而與其垂直 方向上則考慮較少。這對于燃用揮發(fā)分較低 、 灰分 高及粒徑較大的煤而 言， 該方 向的配風不會有大的問題 。而對于揮發(fā)分較大、 粒徑小及灰分低的煤則 易發(fā)生因配風

14、不均引起 的燃盡程度不均 的現(xiàn)象。該 鏈條爐排鍋爐因燃用洗精煤 ， 在運行過程 中發(fā) 現(xiàn)爐排裸露及爐排上未燃盡黑帶現(xiàn)象明顯。5 ． 2 試驗 原理 及模 型 在鏈條爐的配風系統(tǒng) 中， 一次風通過兩側(cè)風道 進入 一次 風室 ， 在風 道 和風 室之 間裝 有 煙道擋 板 ， 用 以調(diào)節(jié)沿爐排運動方向的一次風量。一次風進入風 室后 ， 經(jīng)過爐排穿過煤層進入爐膛 。由于風量的不 斷分流， 風室內(nèi)風壓沿一次風流動方向逐漸增大， 這 使得風室尾部

15、的風壓達到最大 ， 當煤層較薄時該處 的煤粒就較易被吹起而產(chǎn)生爐排裸露現(xiàn)象。試驗 中， 采用均勻 密布的小孔模 擬爐排及煤層 的阻力， 測出風室的靜壓分布， 同時也測出通過小孔 的風量 。根據(jù) 3 5 t ／ h 鏈條 爐排鍋爐風 室的結(jié)構(gòu)尺寸 ， 兩 側(cè)各有五個大小基本相 同的風室 ， 按照 1 ： l 的尺寸 設計了其中一個具有 典型結(jié)構(gòu) 的風室試驗模型 ( 如 圖 8 ) ， 上部采用 8 m m厚的有機玻璃板 ， 并開滿間距 6

16、 0 m m的 ~ b l 3 m m的出風孔 ， 以模擬風室及爐排的出風情況 。進 i ! f 風 靜 壓 測 點 圖 8 風 室 及 爐 排 模 型 沿氣流方向在布風板 中心線上布置靜壓測點 ，以測量布風板下 的靜壓分布。同時又采用畢托管速 度測針測量小孔出 口風速。試驗 中采用 兩種模型 ，一 種結(jié)構(gòu)與原鍋爐風室相同， 稱為原模型 ； 另一種為隔板模 型 ， 即風室 中 間加 有 隔板 ( 如 圖 9所 示 ) 。腳 刪 r&

17、#183;I／圖 9 加裝 隔板模 型 試驗 中， 風機 的風量和鍋爐單個風室 的風量基 本一 致 ， 為 5 0 0 0～ 6 0 0 0 N m／ h 。壓 力 測試 采 用 超 聲 波測高儀測量水柱高度 ， 它具有準確性高 ， 可測點多 的特 點 。5 ． 3 試 驗 數(shù)據(jù) 經(jīng)過 試 驗 ， 測 出原 模 型 和隔 板模 型沿 風 室 中心 線的靜壓分布如圖 1 O所示 ， 圖中可見原模型的靜壓 分布偏差較隔板模型大 ， 且原模型

18、 中一次風經(jīng)過風 室一半的距離后靜壓升輻較大 ， 1 m寬的距離 內(nèi)靜壓 竟然相差 5 0 P a ( 從 1 0 6 e m處 到 2 1 9 e m 處) ； 加 了隔板后 ， 靜壓 的上 升幅 度 明顯趨 緩 。由于爐排下風速 的不同， 所以靜壓 的大小還不 能完全和出風動壓相 一致 。圖 11 為兩個模型 爐排 中心線 出風口氣流動壓分布曲線 ， 從 圖中可明顯看 出在整個爐寬的范圍 內(nèi)， 隔板模型 的出風孔動壓分 布較為平緩