工业锅炉新型石油焦富氧燃烧器冷态实验与数值仿真

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1、工业锅炉新型石油焦富氧燃烧器冷态实验与数值仿真第1章绪论1.1引言我国是煤炭的生产与消费大国，煤炭能源占75%,石油和天然气较缺乏。作为一个以煤为主要能源的发展中大国，在开发提高煤的燃烧，尤其是劣质煤的燃烧稳定性、高效率以及低污染排放的技术方面，已经做过很多工作和研究。然而在开发煤炭资源的高效利用的环境下，一些其他燃料和能源也开始被广泛关注研究并且加以利用。比如石油焦这种石油冶炼工业的副产品，因为其独特的燃烧特性也开始被作为类似煤粉的燃料在工*广企业中使用。能源和环境制约着经济发展和国家建设，节约能源和保护环境也已经成

2、为世界可持续发展所面临的重要问题。对能源与环境问题的研究和解决一直是一个热门话题。近几年随着技术科技的发展，对这些问题提出了各种解决方案，其中富氧燃烧技术以其独特的优势获得广泛关注。富氧燃烧技术是整体节约能源和保护环境的有效能源利用方式。同时因为富氧燃烧技术可以使燃料的燃烧更加剧烈燃尽程度更高等特征，使其能在更广泛的行业发挥作用。很多学者已经对于各种不同的富氧燃烧技术开展了较为广泛的研究，包括气体燃料，液体燃料，粉体燃料在富氧气氛中燃烧研究。其中对于煤粉的富氧燃烧研究是最多的也是最为常见的。一般的富氧燃烧系统，是为环境

3、效益而设计的，比如烟气再循环和二氧化碳捕捉技术等等。然而除此之外，富氧燃烧的独特性质还可以利用在工业生产的特殊工艺方面或者是经济效益方面。随着经济发展能源消耗越来越大，在传统燃烧气体和液体燃料的锅炉运行成本越来越高。所以找到一种廉价的燃料的燃烧来取代原先的燃烧模式，可以大大减少成本，增加效益，所以这种替代极有意义的。石油焦高热量低灰分等特征也使这种替代成为可能。所以研究石油焦以其独特的燃烧特性，并且结合富氧燃烧技术的优点来替代燃油燃气，是可行并且极有意义的。石油焦是石油加工工业的副产品⑴，随着中国经济的高速发展，对石油

4、需求量逐年上涨，在原油加工量大幅增加的同时，必然产生大量原油炼制的副产品石油焦，世界上石油焦的最大用户是水泥工业，其次是石油焦煅烧后用来生产炼销用预焙阳极或炼钢用石墨电极，石油焦作为燃料发电和供热的消耗量还不是很多。通常石油焦具有低灰分质量分数、高挥发分质量分数、高发热值等特点，因此釆用石油焦作为燃料将有利于降低潘质量分数和燃料比。随着煤炭资源的曰益匮乏,有必要对能够取代部分燃料用煤甚至在特殊行业替代燃气燃油进行深入系统研究。石油焦发热量是煤的1.5~1.8倍，且灰分非常少，可提高燃烧效率，减少除尘量。石油焦一般特性可

5、以概括为以下几点(1)石油焦的挥发分质量分数处在无烟煤和烟煤之间。石油焦的灰分质量分数非常低，发热值也比较高，但石油焦的硫质量分数明显比煤粉高。（2)石油焦燃烧开始的温度比较低，燃烧持续的时间比较长，燃尽程度比较高。烟煤中加入石油焦混合后,着火方式从石油焦的联合着火方式向均相着火方式过渡；无烟煤中加入石油焦混合后,着火方式从石油焦的联合着火方式向多相着火方式过渡。由以上特性可知石油焦可以作为特殊燃料，在富氧工况下燃烧有代替传统燃料的可能，也可以联合利用改变传统燃料的燃烧性质。同时因为石油焦同煤粉的燃烧特性存在差异，研究

6、其燃烧特性，设计新型燃烧器以更适合石油焦输送和燃烧，都有极为重要的意义。在煤粉锅炉燃烧设备中燃烧器是主要组成部分，它将燃料和燃烧所需空气送入炉膛，并组织一定的气流结构，使燃料能迅速稳定地着火。及时供应空气，使燃料和空气充分混合，造成必须的燃烧强度，使燃料在炉内达到完全燃烧，保证锅炉安全经济地运行。由于.燃烧器起着重要的作用，燃烧器的设计和创新也层出不穷。大部分燃烧器设计和开发都是针对电站锅炉燃烧器而进行的，我国电站锅炉最常用的一般两种煤粉燃烧器分别是直流燃烧器和旋流燃烧器。由于石油焦的燃烧性质同煤粉相似又有自己独特的特

7、点，所以在设计石油焦燃烧器的时候完全可以借鉴传统的煤粉燃烧器设计方法，并且在此基础上加以创新和改造形成适合石油焦在富氧条件下燃烧的新型燃烧器。1.2研究背景和意义本文研究、试验和运用的新型石油焦富氧燃烧器是针对玻璃容炉、反射炉等工业锅炉而开发设计的。在传统工艺中这些工业锅炉的主要燃料是天燃气，柴油，重油等石化燃料，然而随着国际油价波动，国内这些燃料的价格持续走高，玻璃炉容、有色金属冶炼等工矿企业的生产成本也随之水涨船高。所以寻找可替代燃油燃气的新工艺就显示出极高的经济价值。现阶段已经有炉窑釆用石油焦这种石油冶炼工业的副

8、产品来代替燃油燃气，显然这种新型燃烧工艺对节约油气资源，提高企业的经济效益都是意义重大的。石油焦是石油冶炼的最终副产物，近几年来巳经被鼓励广泛应用。石油焦粉性质同煤粉相似。相对于煤粉，石油焦的特点是热值更高，挥发分处于无烟煤和烟煤之间，灰分非常低。石油焦燃烧温度较低，但相比于烟煤较难着火。石油焦燃烧持续时间较长，燃尽程度比较高。根