循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究

值模拟和结果分析
本文以一台 300mW 循环流化床锅炉为研究对象 ， 对褐煤燃料 情况下锅炉燃烧的数值模拟使用 FLUENT 软件进行求解 ， 得出炉 膛温度分布云图和焦炭燃尽图等模拟结果。 燃用褐煤时的模拟结果和分析 ： 1）温度场分布情况。 温度场分布情况是模拟分析的首要问题， （下转第76页）
1 概述
随着人们对电力的需求逐渐增长 ， 循环流化床锅炉的数量在 我国呈现逐年递增的态势。但是由于我们煤炭资源供应紧张 ， 循 环流化床锅炉很难长期稳定的使用设计煤种 ， 因此 ， 煤种的多样 性给循环流化床锅炉的稳定、高效运行带来了很多问题 ， 例如 ： 锅炉出力不足、燃烧稳定性差等。针对我国煤种多样的实际情况 ， 研究循环流化床锅炉的燃烧特性与煤种关系 ， 对锅炉的稳定运行 和提升电厂的经济效益都有重要的现实意义。本文以一台 300mW 循环流化床锅炉为研究对象 ， 使用 FLUENT 软件 ， 对流化床锅炉 燃烧特性与煤种的关系进行模拟分析 ， 模拟分析的结果是 ， 该锅 炉适合燃用褐煤。
理论研究 Theoretical Research
循环流化床锅炉燃烧特性与煤种关系的研究
付 超 辽河油田公司电力集团 ， 辽宁盘锦 124022 摘 要 由于煤炭资源供应紧张 ， 循环流化床锅炉很难长期稳定的使用设计煤种 ， 因此 ， 煤种的多样性给循环流化床锅 炉的稳定、高效运行带来了很多问题。针对我国煤种多样的实际情况 ， 研究循环流化床锅炉的燃烧特性与煤种关系 ， 对锅 炉的稳定运行和提升电厂的经济效益都有重要的现实意义。本文首先介绍了无烟煤和褐煤两种煤种的燃烧特点 ， 然后又分 析了循环流化床炉内燃煤燃烧的数学模型 ， 最后对褐煤进行了数值模拟和结果分析。 关 键 词 循环流化床 ； 锅炉燃烧特性 ； 煤种 中图分类号 TK229.5 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2011）52-0090-02
（上接第93页） 30min 即可。 2.3 精密度实验 称取 8 件铌铁 YSBC25691-93，Si=1.60 的标准样品进行测定 ， 结果如表 1 所示。 测得值 Si% 平均值 RSD% 1.57 1.53 1.55 1.58 1.58 1.60 1.57 1.57 1.57 1.33 表 1 精密度实验结果
3 结论
根据精密度实验结果可以看出 ， 此测定方法准确度较高 ， 干 扰性小 ， 平行性好 ， 且测定时间快速。最主要的是可以解决国标 方法中镍坩埚碱溶对于低含量 Si 所带来的影响因素 ， 使低含量及 高含量硅均可测定 ， 并且有较高的稳定性和准确性。 参考文献 [1]GB3654.3-83铌铁化学分析方法重量法测定硅量. [2]陈宏，韩其勇，魏寿昆，胡志高.从含铌铁矿中提铌及制 铌铁的新方法[J].钢铁，1999(3). [3]傅永新.谈我国铌铁生产及铌铁标准[J].冶金标准化与质 量，1996(1). [4]冯景苏.世界铌铁工业近况及发展动向[J].铁合金， 1995(3). [5]史晓芳，陈莉.铌铁中铌、钽、铝、铜、钛元素的分析 [J].铁道机车车辆工人，2001(6). [6]李直，杨志君，唐伟，韦珺.铌铁中磷的快速测定方法探 讨[J].钢管，2001(2). [7]李直，唐伟，杨志君，韦君，王冬梅.对分光光度法测定 铌铁中磷的改进[J].冶金分析，2003(2). [8]苗凤琴，张英，冯勃.用分光光度法测定痕量铜、锌离子 [J].北京化工大学学报：自然科学版，1989(4).
但是焦炭在实际的燃烧过程中 ， 并不像上述表达式那么简单。 第一种情况是氧气扩散到焦碳表面 ， 焦碳被氧化为一氧化碳 ， 一 氧化碳继续燃烧又生成二氧化碳 ； 第二种情况是焦碳燃烧同时生 成一氧化碳和二氧化碳 ， 一氧化碳继续燃烧又生成二氧化碳。上 述两种情况用一个式子综合表示焦炭的燃烧过程 ： 2 2 1 C + O 2 → 2- CO + -1 CO ϕ ϕ ϕ 其中 ϕ 是机理因子 ， 它决定了 CO 和 CO2 之间的比例。 通常情况下 ， 焦炭的燃烧速度和化学反应速率、焦炭内部扩 散速率和颗粒外部气体的扩散速率这三个因素有关。在循环流化 床锅炉的实际燃烧过程中 ， 由于同时进炉的燃煤性质不均匀 ， 我 们一般认为细颗粒的燃烧在内部进行 ， 大颗粒的燃烧发生在颗粒 表面。
2 煤种变化和循环流化床锅炉燃烧特性
循环流化床锅炉虽然具有负荷调节性能好、煤种适应性广的 优点 ， 但是不同性质的燃料对其锅炉的燃烧效率、炉内温度分布 有着重要的影响。 2.1 不同煤种的燃烧特点 1）无烟煤煤种的燃烧特点。无烟煤由于煤龄长 ， 碳化程度较 高， 因此无烟煤燃烧时间长、 着火温度高、 发热量高、 析出温度高 ， 锅炉的飞灰含碳量大。当无烟煤颗粒进入循环流化床后 ， 燃烧时 爆裂形成的粉末较多 ； 2）褐煤煤种的燃烧特点。我国的褐煤资源多为老年褐煤 ， 具 有固定碳含量低、发热量低、高水分、高灰分、高挥发分的特点 ， 当褐煤颗粒进入循环流化床后 ， 容易着火燃烧、容易结渣。 2.2 煤种变化与锅炉燃烧特性的关系 煤种变化对循环流化床锅炉的燃烧特性造成的影响主要体现 在以下两个方面 ： 1）对锅炉燃烧效率的影响。燃煤的挥发分含量、结构特性、 含碳量、灰熔点等都会对循环流化床锅炉的燃烧效率带来影响。 例如挥发分含量较少的燃煤 ， 由于内部挥发分不容易析出 ， 所以 燃烧效率降低。对于挥发分含量较高的褐煤燃料 ， 由于结构松软 ， 因此燃烧速率高 ， 循环流化床锅炉的燃烧效率也得到提高 ； 2）对炉内温度分布的影响。由于燃烧煤种的变化 ， 燃烧的发 热量改变 ， 床温变化 ， 炉内燃烧份额改变 ， 从而影响锅炉内的温 度分布。
f ( E ) = σ 2π
(
)
−1
−( E − E0 ) 2 / 2σ 2 exp
其中（E）是活化能分布函数 f ， E 是活化能 ， E0 是平均活化能 ， σ 是平均活化能 E0 的标准方差。 挥发份的析出过程作为煤燃烧的重要组成部分 ， 大家对其燃 烧区域的研究却不多。对挥发份析出的燃烧区域一般假设为挥发 份在给煤点附近迅速析出并燃烧。 3.2 焦碳燃烧 焦碳颗粒通过整个循环流化床炉膛的时间大概在 10 秒之内 ， 为了焦炭的完全燃烧 ， 颗粒在床内总的停留时间必须大于焦碳的 燃烧时间。焦炭燃烧的最简单的就是碳在氧气的作用下转化成二 氧化碳 ， 其基本表达式如下 ：
《科技传播》 2011•10（上） 90
理论研究 Theoretical Research 3 西安市智能停车场停车位引导系统的实现
为最大限度利用现有停车位资源 , 提出利用无线网络技术、 地理信息技术、移动终端技术实现城市移动智能停车 ， 运用 Web 技术、 Wap 技术、 短消息平台、 呼叫中心等多种手段采集并发布大、 中、小型各类停车场及车主需求等静态及动态信息 , 合理、高效地 配置停车位信息。现代是网络时代 ， 计算机技术、通讯技术和数 据库技术是三大支柱技术 ， 为西安市实现智能停车场停车位管理 提供了实现条件 ， 主要的方式有 ： 1）RS 485 ： 采用屏蔽双绞线将停车场内多台节点控制器利用 “手拉手”的方式连接在一起 ， 最终输出到中央控制器。具有良好 的抗噪声干扰性 ， 长的传输距离和多站能力。最大优势是线材成 本低 ， 缺点是通讯速率较 TCP/IP 及无线传输慢 ； 2）TCP/IP ：采用网线将停车场内多台节点控制器分别连接 到网络交换机上并行通讯 ，具备相当高的速率 ，传输速度高于 RS485 通讯 ； 3）无线通讯 ： 利用安装在每层停车场的无线接收器 ， 接收所 在楼层节点控制器发出的通讯信号 ， 并通过网络交换机传输到中 央控制器。其优点是大大减少了系统布线 ， 降低施工量。 车位探测器是本系统的最为基础、最为关键的部分。通过安 装在车位上方的超声波车位探测器 ， 实时采集停车场的各个车位 的车辆信息。连接探测器的节点控制器会按照轮询的方式 ， 对所 连接的各个探测器信息进行收集 ， 并按照一定规则将数据压缩编 码后反馈给中央控制器 ， 由中央控制器完成数据处理 ， 并将处理 后的车位数据发送计算机 ， 由计算机将数据存放到数据库服务器 ， 用户可通过计算机终端查询停车场的实时车位信息、也可借助车 用 GPS 导航装置 , 获取停车场车位最新信息和引导停车。最终要 覆盖到每一个手机用户 ， 实现智能化停车 ， 提高停车位的利用率。
3.1 挥发份的析出和燃烧 挥发份的析出量和析出速率和温度有密切的关系 ， 挥发份的 燃烧影响氧气浓度在循环流化床锅炉截面的分布等。通常我们认 为挥发份的析出时间是燃烧条件的函数 ， 具体可表达为 ：
t v = ad p n
式中 tv 是挥发份析出时间 ，a 是常数 ，n 是指数常数 ，dp 是 颗粒给料时的直径。 挥发份的析出量可以用活化能分布模型表示 ， 其含义是单位 质量煤的挥发份析出量通过不同反应活化能的单独反应的积分来 表述 ， 其表达式如下 ：
（上接第90页） 通过模拟分析看到 ， 在炉膛高度约 4m 的地方 ， 由于煤粉颗粒浓度 高和炉膛的内外二次风流速较高 ， 使得煤粉颗粒的燃烧充分 ， 该 高度出现 1 450K 的高温区域。炉膛墙壁两侧和中心位置 ， 由于没 有足够的氧气 ， 使得煤粉不能很快燃烧 ， 呈现出温度较低 ； 2）焦炭燃尽情况。本文在进行分析时跟踪一组 10 颗煤粉颗 粒的焦炭燃尽情况 ， 通过分析得到 ， 这组颗粒在炉膛高度 10m 的 地方出现焦炭的燃烧过程 ， 在炉膛高度 17m 的高度燃烧结束。该 过程正好印证燃煤的燃烧原理 ， 在燃煤颗粒进入到炉膛后 ， 先加热、 干燥 ， 然后挥发分的析出、燃烧 ， 当挥发分燃烧完全后 ， 开始焦 炭的燃烧过程 ； 3）混合分数分布情况。混合分数的分布情况直观的反映出燃 烧过程中连续和离散的混合情况 ， 通过分析观察到 ， 在炉膛高度 约 4m 的地方 ， 由于煤粉颗粒浓度增高和内外二次风同时送入炉中 ， 造成密相区的气体和煤粉颗粒混合相当充分 ， 混合分数从 0.01 剧 增到 0.17。 通过 DCS 控制系统检测到的该循环流化床锅炉温度场分布情 况和压力分布情况可以看出 ， 和上述模拟结果基本相同 ， 模拟结 果符合设计的燃烧温度。