煤粉细度与浓度对燃烧的影响

煤粉细度与煤粉浓度对锅炉燃烧的影响
黄子涵10106030548 能动学院动力机械
摘要：中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上以煤为主要能源的大国，而且这种能源结构在今后相当长的时期内不会改变。

我国现行煤炭资源的利用和转换有80％是通过燃烧而直接消耗并带来严重污染，因而如何提高煤的燃烧效率，研究煤粉的燃尽特性，找出影响燃尽效果的因素及改善煤燃尽性能的措施，对于燃用煤粉的燃烧设备来说，减少不完全燃烧损失，提高其燃烧效率将是十分有意义的。

本文就主要讨论了煤粉细度与煤粉浓度对锅炉燃烧的影响，找出影响燃尽效果的因素及改善没燃尽性能的措施.
关键词：煤粉细度，煤粉浓度，燃尽率
Abstract：China is the world's largest coal producer and consumer of coal as the world's major energy power, and this energy structure for a long period of time will not change. China's current coal resource use and conversion of 80% is directly consumed by burning and cause serious pollution, and thus how to improve the efficiency of coal combustion, the burn of coal characteristics to identify factors that affect the effectiveness and improve the burn coal burn performance measures for burning pulverized coal burning equipment, reducing the loss of incomplete combustion, improved combustion efficiency will be very meaningful. This article focuses on the fineness of pulverized coal and pulverized coal combustion of concentration on the boiler, to identify factors that influence the effect of burn did not burn and improved performance measures.
Key words：Fineness of pulverized coal, pulverized coal concentration, burn rate
中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上以煤为主要能源的大国，而且这种能源结构在今后相当长的时期内不会改变。

我国现行煤炭资源的利用和转换有80％是通过燃烧而直接消耗并带来严重污染，因而如何提高煤的燃烧效率，研究煤粉的燃尽特性，找出影响燃尽效果的因素及改善煤燃尽性能的措施，对于燃用煤粉的燃烧设备来说，减少不完全燃烧损失，提高其燃烧效率将是十分有意义的。

1 煤粉的性质
1.1 煤粉的一般性质
形状不规则:d<500μｍ 20～30μｍ多。

良好的流动性:表面积大，表面吸附大量的空气,输送方便。

自燃和爆炸性：吸附了大量空气，缓慢氧化，温升，达着火温度自 燃。

适当的条件下引起爆炸。

爆炸三个必要条件：可燃物浓度，氧，点火能量。

水分的影响：
煤粉水分影响流动性与爆炸性。

水分高：流动性差，易堵，粉仓搭桥。

影响着火与燃烧。

水分低：自燃与爆炸。

干燥耗能增加。

1.2 煤粉细度
煤粉的细度Rx （Dx ） 用具有标准筛孔尺寸的筛子进行筛分测定。

如筛孔边长为X μm ，煤粉过筛后，漏下去的煤粉质量为b ，留在筛子上的煤粉质量为a ，则煤粉细度可用筛子上的剩余率或通过率表示(Rx 越小，则煤粉越细).
煤粉经济细度:热损失4q 、制粉电耗dh q 、磨煤设备金属部件磨损ms q 之和为最小时的煤粉细度(n 是表示煤粉颗粒分布的均匀性系数)
1.3 煤粉均匀性系数 90200lg 100ln lg 100ln lg 90200R R n -=
R200< R90，n 为正值；
当R90一定时，n 值越大，则R200越小，说明煤粉中过粗的煤粉较少； 当R200一定时，n 值越大，则R90越大，说明煤粉中过细的煤粉较少。

n 值越大，煤粉中过粗和过细的煤粉均较少，即煤粉粒度分布较均匀。

n 取决于磨煤机和粗粉分离器的型式，一般取n = 0.8～1.2。

1.4 煤的可磨系数
煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。

全苏热工研究所（BTH ）
在风干状态下将质量相等的标准煤和试验煤由相同的粒度磨制成相同的细度时，消耗的能量之比小于1.2 为难磨煤，大于1.5 为易磨煤
哈氏可磨性指数 HGI 小于62 为难磨煤，大于86 为易磨煤
BTN km K 与 HGI 之间关系
BTN km K =0.0034HG 1.25I +0.61
2 煤粉细度与浓度对燃烧的影响研究
2.1 煤粉浓度对着火的影响
机组实际燃烧用褐煤，煤的工业分析及元素分析见表1
模拟运行中的关键参数的变化对点火过程的影响，包括高温空气速度、一次风速、一次风煤粉浓度、煤粉细度等。

表2 各工况入口条件的选取
数学模型：
图1 不同煤粉浓度下烟气温度沿轴向趋势
图1 为稍偏离中心线，y=−0.04 m 时烟气温度在不同煤粉浓度下沿轴向变化趋势。

由于高温空气与煤粉气流温差较大，在与煤粉气流混合时其温度略有降低；随着煤粉脱出挥发分及挥发分的着火燃烧，周围烟气温度又开始升高；当烟气温度突升时，煤粉开始着火，本文以烟气温度突升时所对应的距离为着火距离。

图2 煤粉浓度与着火距离的关系
从图2可以看出，随着煤粉浓度的增加，着火距离首先减小，当煤粉浓度为0.8 kg/kg 时降为最低，然后又随煤粉浓度的升高而增加。

这主要因为煤粉浓度低时，煤热解释放出的挥发分含量较少，其燃烧放出的热量较少；随着煤粉浓度继续增加，煤粉释放的挥发分足够多，其燃烧产生的热量可以快速加热煤粉气流，使得着火距离缩短，煤粉浓度为0.8 时着火距离降至最短；煤粉浓度继续升高，其升温所需热量随之增加，不利于挥发分的析出，致使其着火距离延长。

2.2 煤粉细度对燃烧的影响
图3
保持其他条件不变，改变煤粉细度从平均粒径34 μm 增加到81 μm，求得煤粉细度与着火距离的关系(图3)。

从中可以看出随着煤粉平均粒径增大，着火推迟；但太小的煤粉粒径并没使着火显著提前，且煤粉细度受到磨煤机和其它现场条件的制约，合理的煤粉平均粒径为50~70μm。

将数值模拟部分结果图2与实验研究结果进行了比较，如图4所示煤粉浓度对着火的影响规律。

2 种方法所得结果趋势相同
图4实验所得煤粉浓度与着火温度的关系
数值模拟及实验结果表明：当一级筒入口的煤粉浓度为0.8kg/kg 时着火距离最短；合理的煤粉平均粒径为50~70μm。

2.3 煤粉细度对燃尽率的影响的研究
试验方法：试验采用两种煤种, 利用沉降炉进行燃烧试验, 以考察不同煤种以不同比例混合得到的配煤着火、燃烧、燃尽、结渣以及污染排放特性。

以炉膛温度1 300℃、过量空气系数1. 2、煤粉细度R90 = 10% 作为主要试验条件, 研究各种配煤的燃烧特性; 针对不同的煤粉细度( R90= 5%、10%、20% )，得到配煤的燃烧特性及其影响因素。

煤粉细度变化对燃烧特性影响的试验条件见表3
随着煤粉粒度减少，即煤粉细度R90由
20%、10%减少到5%，飞灰含碳量由7.71% 6.22%降低到0.45%.可见，煤粉细度R90为 5%时，煤粉燃烧非常充分.
根据表3 试验条件得到燃煤细度变化时的燃烧特性为: 随着煤粉细度逐渐变小, 即煤粉细度R90 由20%、10% 减小到5% , 着火温度由1 258、1 222 ℃降低到983 ℃ , 着火距离由350、280 mm 缩短到250mm, 变化基本是线性的。

这是因为在一定的煤粉浓度下, 煤粉越细, 进行燃烧反应的表面积就会越大, 而煤粉本身的热阻却减小, 因此可以加快化学反应速度, 更快达到着火; 煤粉细度R90 由10% 减小到5% 时, 着火温度降低了239 ℃, 着火距离缩短了130 mm; 煤粉细度R90由20% 减小到10%, 着火温度降低了36 ℃, 着火距离缩短了70 mm, 变化幅度减小。

因此, 仅从促进低挥发分煤着火稳燃的角度考虑, 煤粉细度R90为5%是一个较好选择。

参考文献：
【1】岑可法.锅炉燃烧实验方法研究及测试技术.水利电力出版社.1987年10月【2】胡荫平.电站锅炉手册，中国电力出版社，2005年4月
【3】岑可法，周昊，池作和. 大型电站锅炉安全及优化运行技术，2003年2月。