煤粉锅炉节油运行探讨

周文碧

（贵州黔桂发电有限责任公司553531）

摘要：在国家及公司大力开展节能降耗形势下，分析生产过程中如何降低锅炉各阶段的用油量，实现耗增益，是落实节能工作的重要举措。本文重点从煤粉锅炉额定燃烧工况数值模拟等方面进行节油分析与控制。

关键词：煤粉；锅炉；节油；运行

目前，国内已有采用“层燃+煤粉悬浮燃烧”的复合燃烧方式对低效率链条炉排锅炉节能改造的工业示范，该技术可以一定程度上提高链条炉的热效率，但提升效果不显著。

对于在原有链条炉上升级改造，采用喷粉燃烧方式的研究还较少，国内尚无成功应用案例。该文从煤粉高效燃烧、炉膛燃烧模拟等方面对链条炉升级喷粉燃烧方式进行数值模拟研究，对提高我国中小型燃煤工业锅炉效率、减少排放、提高资源综合利用率有着至关重要的意义。

1理论分析

1.1喷粉燃烧工业锅炉燃烧特性

因为煤磨成煤粉后，由于小而轻，可在表面吸附大量空气，具有良好的流动性。而且可以增大与空气的接触面积，提高燃烧速度及燃烧的完全程度，降低机械和化学不完全热损失，提高整个燃烧系统的效率。

1.2改造后链条炉特性

1）烟风系统

锅炉的运行可分为两个过程：炉内过程和锅内过程。前者包括燃料的燃烧过程和受热面外部烟气侧的炉内传热过程，管道内灰分沉积、结渣及腐蚀；锅内过程的稳定需要炉内过程提供稳定的、额定温度及流速的烟气条件[2-2]。

图1为神州集团某链条炉完全改造成燃煤粉炉的现场图，图2为结构简图，图3为运行中燃烧室及炉膛中间位置燃烧状况。

根据图2，煤粉在载气的输送下左侧中心喷口沿炉的轴向喷入，载气为空气。煤粉进入燃烧室后经点火器点燃后迅速在燃烧室内产生火焰并持续燃烧，产生强大的热气流，在燃烧室区域设置炉拱，加强气流的扰动混合，使炉膛内可燃气体充分燃烧。对于低挥发分的煤，炉拱的主要作用就是保证燃料快速着火，同时大量灰分在此处沉积，通过炉箅子将沉积的灰分清除。燃烧产生的高温烟气使未完全燃烧的颗粒在炉膛中继续燃烧，并与水冷壁换热，通过联通口送入上层换热器，最终经立式换热器后通过烟道排入烟气净化水池。

2）水循环系统

如图2所示，在圆拱形的炉膛两侧及顶部布满水冷管，与炉膛联通的为二级加热烟道，直立部分为尾部烟道，布置水冷管道作为预热器，冷却水经尾部烟气预热后约50℃，经过二级加热烟道后温度约为70℃左右，最终经过下炉膛水冷壁后温度上升至90℃，冷却水的压力由水侧减压水箱控制，位于炉子的上部。高温水供热后冷却至较低温度，通过水泵循环使用。

这种无相变逆流管内强制对流换热过程从能的“质与量”相结合的思路出发，进行系统中各换热元件的组合和集成，其本质是如何实现系统内高温、中温、低温余热的隅合与转换利用。热力循环是利用煤炭燃烧后烟气温度和环境温度温区范围内的热能，所以系统集成的好坏取决于这部分热能是否得到充分和有效的利用。按照能量品位高低对能量进行梯级利用，从总体上安排好热量与物料热力学能之间的匹配关系与转换利用，从系统来看为取得更好的换热效果，采用逆流小温差换热。既能降低火用损失，又能将循环水加热至较高温度[4-8]。

影响管内换热效果的因素主要是管内工质流速与管道在炉内的布置，热水锅炉正常运行时不应产生水蒸气，因此需要较大的循环速率，所以在布置管道时还应考虑尽量较少管道阻力。

2模型建立

2.1燃烧数学模型的建立

通过对炉内烟气的流动、燃烧和传热三大物理、化学过程建立数学模型，并用计算机商业软件进行数值计算，对锅炉炉内过程进行数值分析，对炉内烟气的流动、传热和燃烧进行数值模拟，得出炉内烟气温度分布、压力分布状况。

该文模拟炉膛内气相流动和燃烧，燃烧器出口层表面为炉膛的入口，出口选择在尾部烟道，因为目前炉子燃烧状态下，颗粒燃尽时间较长，为掌握并改善颗粒燃尽时间，需要对颗粒流动整个过程进行考察。

2.2基本假设及网格划分

2.2.1模型假设

模拟炉膛的燃烧过程的物理模型进行以下假设[6-8]：

1）前后拱、前后墙、各侧墙均为灰体漫反射面

2）燃烧器为火焰起始部位，也就是炉膛的入口。

3）炉膛壁面边界条件：炉膛水冷壁面视为恒温，取为600K，黑度为0.8，炉拱壁面视为绝热，黑度0.8。

4）炉膛出口边界条件：给定炉膛出口压力，取为0Pa。

2.2.2网格划分

本文根据煤粉炉的结构数据，建立炉深为10190mm，宽为3740mm，高为的3375mm的煤粉炉三维模型。炉膛网格采用分区域划分的方法来完成，整个计算域网格总数为358727个，网格分布如图3所示。各方程均采用二阶迎风格式离散，并利用SIMPLE算法来求解[6-3]。

2.4结论

通过上述喷煤粉工业炉内模拟过程中所得到温度、速度、压力结果来看，以74.39m/s的风速将煤制成煤粉通入炉膛内部可以大大提高炉膛出口烟气的温度、速度，降低可燃气体浓度。综合考虑，改造方案以提高炉内煤的燃烧效率为方法，来达到提高锅炉效率的目的。

参考文献

[1]杨泽亮，杨承，陈振林．工业锅炉煤洁净工程[J].动力工程，2004，24(3):426～430.

[2]吴立新，余洁，杜铭华．洁净燃煤中小型锅炉新技术及节能环境效益分析[J].洁净煤技术，1999，5(1):34-36.