大同难燃煤适应化之煤粉工业锅炉研究

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1、大同难燃煤适应化之煤粉工业锅炉研究第一章引言1.1选题背景和意义中小型燃煤工业锅炉是我国除电站锅炉外的主要用煤装备，总数约60.8万台，占目前在役工业锅炉总数的85%，且每年以1.5%左右的速度净递增，年煤炭消耗量超过6亿吨。调查结果表明，我国燃煤工业锅炉设计效率为72～80%，实际运行效率平均在60%～65%，比国际先进水平低20～30个百分点。另外，我国燃煤工业锅炉系统普遍存在环保设施简陋，污染严重等问题[1]。基于我国中小型燃煤工业锅炉的这一现状和社会发展对节能、环保产品的迫切需求，煤炭科学研究总院自主开发出高效煤粉工业锅炉系统，已建成工

2、业示范装置70余套，取得了一定的经济和社会效益[2]。但是，目前该系统存在适用燃料煤种较为单一的问题，现有燃料主要以内蒙和陕北等地区的高挥发分（高于30%）的优质长焰煤为主，燃料挥发分降低以后，给系统点火、燃烧稳定性、燃料燃尽率等方面都造成了一定的负面影响[3]。据相关数据显示，挥发份在30%以上的优质长焰煤仅占我国煤炭储量的不到20%，且主要集中在鄂尔多斯地区，而其它中等挥发份（挥发份在20%~30%）的烟煤煤种比例约40%，且分布更为广泛，如新疆、山西太原、四川凉山、甘肃华亭等地的挥发份稍低的煤种都可作为动力煤[4]。因此，以相对优质长焰煤

3、以外的其它储量更多、分布更广且可以作为煤粉锅炉燃料的煤种为研究对象，根据煤质特性对煤粉锅炉系统进行有针对性的技术升级并形成配套装备具有实际意义[5]。1.2文献综述中小型高效煤粉锅炉是发达国家上世纪90年代初期实现产业化的成熟技术，尤其在德国、法国被广泛采用，这种锅炉的成功应用是典型工业发达国家燃煤工业锅炉的一次技术革命，也是传统燃煤工业锅炉理念的完全升华。此种锅炉系统特点在于：煤粉燃烧、效率极高，可与燃油燃气相媲美；低温燃烧、排放水平高；系统集成度高、自动控制水平高；燃料煤粉统一配送、燃烧产物专门集中处理，生产服务实现社会化。尤其以德国为例，

4、其一次能源以煤炭为主，且褐煤占相当大的比例，燃料与技术装备匹配性高，系统运行及其稳定，加之社会化协作分工机制成熟，该产品市场认可度及份额非常高[8]。国内的一些科研单位和企业早在上世纪七十年代就曾开发过工业煤粉锅炉应用技术，但由于当时的条件局限，没有取得实质性进展。进入九十年代，随着社会的进步，工业煤粉锅炉的应用有了初步发展，如哈尔滨普华煤燃烧技术开发中心曾开发成功P）模型、SurfacetoSurface（S2S）模型和DiscreteOrdinates（DO）模型。为准确模拟火焰辐射、气体与颗粒之间辐射，本研究使用DO模型计算燃烧器内的辐射

5、换热情况。煤粉的燃烧过程一般可以分为以下几个阶段：首先，煤粉由运载它的空气喷入炉膛后，受到炉内火焰、高温烟气的加热，温度迅速升高，在此过程中，煤被加热和干燥，煤中水分蒸发完全。此后，随着温度的进一步上升，煤种的挥发分开始析出，当炉内有足够高的温度，而且有氧气存在时，挥发分着火燃烧，形成光亮的火焰，使煤粉进一步加热。在挥发分析出并且燃烧之后，残留的高温焦炭颗粒开始进一步燃尽。由于煤粉燃烧过程复杂，现有的煤粉燃烧模型均不是直接对燃烧过程的模拟，而是根据燃烧表象所进行的简化模拟。本研究使用FLUENT中的有限速率/涡耗散（FR/EDM）模型，模拟燃烧

6、过程，将燃烧过程分为：煤粉热解，挥发份燃烧和焦炭燃烧过程。..第三章旋流燃烧器模拟.........273.1大同煤煤质条件.......273.2模型设置.......283.3模拟对象及网格划分.........333.4额定工况模拟.........363.5工况优化.......413.6本章小结.......46第四章炉膛三维温度场模拟.....484.1炉膛三维温度场模拟.........484.2敷设卫燃带模拟.......514.3本章小结.......53第五章工业应用研究.....545.1系统设计运行情况.....545.

7、2工程应用.......565.3锅炉热效率测试.......595.4系统调整后运行情况.........655.5本章小结.......69第五章工业应用研究5.1系统设计运行情况本研究为解决大同难燃煤在煤粉工业锅炉系统中的应用问题，研究的问题源于煤炭科学研究总院在同煤集团中央机械厂煤粉锅炉项目，运行过程中燃烧用煤由符合工业锅炉设计条件的优质大同煤，转变为难燃煤，结果导致运行效果变差，为扩大锅炉系统对大同难燃煤的适应性，对系统进行了理论研究与工程改造。同煤集团中央机械厂煤粉锅炉项目，为煤炭科学研究总院2011年建设项目。该项目为满足厂区冬季

8、供暖需求，依据当地煤质条件，建设20t/h煤粉工业锅炉两台，详细系统情况见表5-1至5-3。项目运行第一年，系统燃用燃料为优质大同烟煤，运行情况稳定，