畢業(yè)論文---1025th鍋爐爐膛變氣氛熱力計算

1、<p>　　1025t/h鍋爐爐膛變氣氛熱力計算</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　O2/CO2燃燒技術(shù)是減少二氧化碳排放的一種行之有效的方法。本文首先簡單介紹了O2/CO2燃燒技術(shù)的特點，以及其國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。然后對某蒸發(fā)量為1025t/h的鍋爐在空氣和在不同比例下的O2/CO2氣氛中燃燒進行了爐膛熱力計算，并對計算結(jié)果進行了

2、比較。計算的結(jié)果表明，采用O2/CO2燃燒技術(shù)后，三原子氣體(主要是CO2)體積份額大幅度增加，使爐膛內(nèi)的輻射換熱有所增強；煤粉在O2/CO2為30/70的氣氛中燃燒時，其爐膛中的各項參數(shù)都與在空氣中燃燒時相近；煤粉在O2/CO2氣氛中燃燒能有效地提高鍋爐的熱效率；當(dāng)O2的比例大于30%時，理論燃燒溫度和爐內(nèi)總傳熱量都隨著O2份額的增加而升高；對常規(guī)空氣下燃燒的電站鍋爐進行適當(dāng)整改后，可以適應(yīng)O2/CO2這種燃燒技術(shù)，如將尾部煙道的一部

3、分對流換熱面移到爐膛內(nèi)，增加爐膛內(nèi)的換熱面積，使其吸收所增加的爐內(nèi)傳熱量等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：O2/CO2燃燒技術(shù)；煤粉燃燒；鍋爐；熱力計算</p><p>　　The thermal calculation of 1025 t/h boiler in changed atmosphere</p><p><b>　　Abstract</

4、b></p><p>　　Oxy-fuel combustion technology is an effective kind of method to reduce emissions of carbon dioxide.A brief introduction to the characteristics of O2/CO2 combustion technology a

5、nd the research at home and abroad.One evaporation capacity for 1025 t/h boiler under different O2/CO2 ratios have been calculated,and compared with that in air atmosphere condition. The calculation results show that the

6、 volume fraction of the triatomic gases (mainly CO2) significantly increased will enhance the radiation</p><p>　　Keywords：O2/CO2 combustion technology；pulverized coal combustion；boiler；thermal calculation<

7、;/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景級意義</p><p>　　眾所周知，大氣層中溫室氣體含量的大幅度增加將會導(dǎo)致地表溫度的上升，形成溫室效應(yīng)，使得全球變暖，而致使氣候平衡和生態(tài)環(huán)境遭到破壞，影響到人類在未來的發(fā)展。在所有溫室氣體中，CO2由于其較長的壽命年限及超高的排放量而對溫室效應(yīng)的影響最大。CO2

8、是造成全球變暖的主要因素，國際社會已經(jīng)對此形成共識，《京都議定書》也制定了2000年以后CO2限排、減排的明確時間表和任務(wù)量。減少溫室氣體的排放，已成為當(dāng)務(wù)之急?？刂泼禾坷弥袦厥覛怏wCO2的排放對保護人類賴以生存的地球環(huán)境，對國民經(jīng)濟的發(fā)展都具有重要意義[1]。</p><p>　　世界上1/3的CO2是從電廠排放出來的，可以肯定的是從煤中獲得能量在未來的電力生產(chǎn)中仍將占據(jù)很重要的角色。因此，現(xiàn)在面臨著一個很嚴

9、峻的挑戰(zhàn)就是如何從燃煤電廠中控制CO2的排放，減輕電廠的生產(chǎn)發(fā)展過程中對地球環(huán)境的影響。碳隔離處理被認為是減少溫室氣體在大氣中聚積的最好辦法之一，因此獲得高濃度的CO2是當(dāng)前實現(xiàn)碳隔離、減排CO2的前提。而電廠是單位時間單位面積排放CO2最高的企業(yè)，對其進行減排是非常必要的，也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所不可缺少的一部分[2]。而電廠生產(chǎn)過程中，煤粉在常規(guī)空氣燃燒方式產(chǎn)生的煙氣中CO2的濃度只有15％左右，在這么低的濃度條件下回收CO2是要付出高

10、昂的經(jīng)濟代價的，并且回收設(shè)備也很復(fù)雜，制造的費用高，一次投資大，運行的消耗高，維護成本大，其實現(xiàn)的經(jīng)濟性不大。為了以較低費用而在排煙中得到無需分離就可以直接收集的高濃度CO2，從燃燒的角度出發(fā)，發(fā)展出了一種新型燃燒方式，即O2/CO2燃燒技術(shù)[3-4]。</p><p>　　煙氣再循環(huán)的富氧燃燒技術(shù)是用空氣分離獲得的純氧和一部分鍋爐排煙以一定的比例進行混合而構(gòu)成的混合氣代替空氣作為燃燒時的氧化劑，煤粉在爐膛燃燒后

11、，能提高排煙中的CO2濃度，因此富氧燃燒技術(shù)也稱為O2/CO2 燃燒技術(shù)，或空氣分離／煙氣再循環(huán)技術(shù)[5]。如下圖1-1所示。</p><p>　　O2/CO2燃燒技術(shù)是一種新型的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，已得到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。該技術(shù)在燃燒系統(tǒng)中使用O2/CO2混合氣體，可以把排煙中CO2濃度提升到了95％。此時對排煙中的CO2的收集就容易多了，只需要對其直接液化就可以實現(xiàn)回收處理。采用這種燃燒方式還能大幅度地減少S

12、O2和NOx的排放，實現(xiàn)污染物的一體化的協(xié)同脫除，減輕電廠排煙中的其他污染物對大氣以及環(huán)境的污染?，F(xiàn)有對O2/CO2燃燒技術(shù)的研究成果表明，這種燃燒方式不僅技術(shù)上可行，而且在運行的經(jīng)濟成本上也有著相當(dāng)優(yōu)勢[6]。對于電廠而言，采用O2/CO2循環(huán)燃燒技術(shù)來回收隔離CO2是相當(dāng)具有競爭力的技術(shù)。對于發(fā)電廠來說，由于在此燃燒方式中，有一部分煙氣會再循環(huán)進入爐膛而不排人大氣，排煙的熱量得到一定量的回收，這將減小鍋爐排煙損失，進而能提高鍋爐的熱

13、效率，因此研究O2/CO2氣氛下鍋爐的熱效率對評估富氧燃燒技術(shù)的經(jīng)濟性也是具有重要意義的?；厥盏腃O2可儲存于地下、海底或廢棄的油井，甚至可注人低產(chǎn)油井以提高油井產(chǎn)量，從而實現(xiàn)了CO2回收在經(jīng)濟上的價值[7]。</p><p>　　圖1-1 O2/CO2燃燒技術(shù)原理示意圖</p><p>　　1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　O2/CO2燃燒技術(shù)國內(nèi)外

14、已經(jīng)進行了很多年的研究，并且已經(jīng)取得了一定的研究成果。O2/CO2燃燒技術(shù)首先是由Horne和Steinburg于1981年提出的，經(jīng)美國阿貢國家實驗室(ANL)的研究證明只需要將常規(guī)鍋爐進行適當(dāng)?shù)母脑炀涂梢圆捎么巳紵夹g(shù)。對O2/CO2氣氛下煤粉燃燒特性的研究主要集中在上個世紀90年代，包括著火特性、燃燒速率、火焰?zhèn)鞑ニ俣?，火焰溫度以及燃盡率等的研究。O2/CO2燃燒技術(shù)的研究是國際能源署(IEA)控制溫度氣體排放研究與開發(fā)計劃的主要

15、項目之一，并且投入了很大的研究力量，其實驗的主要研究工作在加拿大政府的能源技術(shù)研究中(CANMETCETC)開展，在0.3MW 煤粉燃燒試驗爐上進行了實驗研究、數(shù)值?；嬎愫凸I(yè)示范性研究，并且取得了一定的研究成果。日本早期在這方面的研究是利用垂直電加熱反應(yīng)器的試驗性質(zhì)的研究，然后在1．2 Mw水平圓柱式鍋爐上進行了工業(yè)規(guī)模的燃燒實驗，并采用數(shù)值模擬對試驗結(jié)果進行了分析研究。</p><p>　　法國阿爾斯通(A

16、LSTOM)公司和瑞典的瓦滕法爾能源集團(VATTENFALL)也在聯(lián)合進行O2/CO2煤粉燃燒技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用的研發(fā)工作。2008年，他們在德國黑泵(Schwarze Pumpe)投資建造了世界上第一座基于O2/CO2煤粉燃燒技術(shù)的30MW試驗裝置。</p><p>　　在國內(nèi)方面，清華大學(xué)有關(guān)方面的研究提供了大量的在氧氣/煙氣循環(huán)燃燒系統(tǒng)中的燃燒特性的數(shù)據(jù)，同時也發(fā)現(xiàn)了在燃燒的過程中，燃點不確定、產(chǎn)生大量碳黑的

17、問題[8]。煤粉的著火特性較差，氮氧化物和二氧化硫從系統(tǒng)中的排放量，這種低發(fā)光度的火焰對蒸汽鍋爐的熱量吸收的影響，這都是要等待解決的問題。華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)、華北電力大學(xué)近年來也開展了對該項技術(shù)的研究，研究主要集中在該燃燒方式下煤的熱重分析、SO2和NOx的排放特性、循環(huán)流化床O2/CO2燃燒技術(shù)、以及煤粉的氣化燃燒等幾個方面。</p><p>　　現(xiàn)階段進一步對O2/CO2循環(huán)燃燒技術(shù)的研究，

18、充分了解這種燃燒方式的特點，將可以提高該技術(shù)在實際電廠應(yīng)用的可行性?，F(xiàn)在該技術(shù)還處于實驗室的階段，還沒有在商業(yè)中得到應(yīng)用。國內(nèi)有關(guān)研究人員通過實驗驗證當(dāng)煤粉在O2/CO2 = 21 /79 氣氛下燃燒時，即直接用CO2代替空氣中的N2，這時火焰溫度較在空氣氣氛下燃燒有所下降，著火的穩(wěn)定性變差，未燃盡碳增加，鍋爐的效率有所下降。但如果采用合理的燃燒配風(fēng)技術(shù)，在O2/CO2 = 30 /70時就能獲得相對較高的碳燃盡率以及與空氣氣氛下相當(dāng)?shù)?/p>

19、煙氣溫度[9]，鍋爐的效率也要比在空氣氣氛下燃燒的效率高一些。由此可知，O2的容積百分數(shù)應(yīng)在30%左右時比較合適。</p><p>　　O2/CO2燃燒技術(shù)以O(shè)2 和CO2 混合氣體代替空氣作為助燃劑送入爐膛，與煤粉混合進行燃燒，與常規(guī)空氣燃燒相比， 煙氣組分有很大差別， 尤其二氧化碳的濃度大大增加。高濃度CO2的存在具有較高的比熱容和輻射特性，鍋爐的輻射換熱與空氣氣氛也有較大差異。考慮到三原子氣體對煙氣輻射特性

20、的重要影響以及試驗、鍋爐設(shè)計等的需要，因而，有必要研究高濃度二氧化碳煙氣給爐膛輻射換熱特性帶來的變化。國內(nèi)外很多研究者對此作了大量的工作，指出在該氣氛下，煙氣的輻射換熱加強，但還沒有出現(xiàn)針對鍋爐進行具體計算分析的相關(guān)文獻。</p><p>　　對O2/CO2燃燒傳熱性能的研究還非常少，尤其是輻射換熱。煤粉著火、燃燒性能、傳熱行為、污染物排放等方面將與常規(guī)煤空氣燃燒有所不同，CO2的熱效應(yīng)與N2不同，煤／煤焦氣化亦

21、不同。Klas Andersson等已經(jīng)對CH4在O2/CO2中燃燒的輻射特性進行了詳細的研究。</p><p>　　1.3 本文主要研究內(nèi)容及方法</p><p>　　本文主要研究內(nèi)容是，通過對1025t/h的鍋爐爐膛在空氣和在不同的O2與CO2比例的氣氛下燃燒的爐膛熱力計算，并對計算結(jié)果的相關(guān)參數(shù)進行對比與分析，從而得出煤粉在O2/CO2氣氛下燃燒的特征及其優(yōu)點。通過對計算結(jié)果的分析，

22、找出該燃燒方式與煤粉在常規(guī)下的燃燒的不同點，從而對現(xiàn)有的鍋爐要采用O2/CO2的燃燒方式的整改提出一些合理的建議。</p><p>　　通過對給定的爐膛和煤種進行爐膛熱力計算，以燃料完全燃燒得出理論空氣量、煙氣成分和煙氣的焓等，然后考慮燃料的化學(xué)不完全燃燒熱損失和機械不完全燃燒熱損失，在上述煙氣焓中，制作焓溫表，并查出理論燃燒溫度等。計算的結(jié)果有兩種燃料量，即實際燃料消耗量和不考慮機械不完全燃燒熱損失的計算燃料消

23、耗量。整個鍋爐的計算中，都以燃料完全燃燒后的產(chǎn)物來計算爐內(nèi)的輻射傳熱和對流放熱。熱力計算過程主要分為鍋爐的輔助計算、燃燒室設(shè)計和傳熱計算以及對流受熱面的換熱計算[10]。</p><p>　　本文采用的計算方法，也是我國目前鍋爐熱力計算中仍主要采用的原蘇聯(lián)1957年或1973年標準中輻射傳熱的計算方法。按A·M古爾維奇零維模型對鍋爐爐膛進行計算[11]，得出其三原子氣體體積比、排煙損失、鍋爐效率、計算燃

24、料消耗量、理論燃燒溫度、爐膛出口煙氣溫度等參數(shù)。并對不同氣氛下計算出來的這些參數(shù)進行比較，分析產(chǎn)生這些變化的原因和特點，從而得出結(jié)論。</p><p><b>　　2 輔助計算</b></p><p>　　2.1 研究對象與鍋爐基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　鍋爐的作用是使燃料燃燒放出熱量，并將熱量傳給工質(zhì)，以產(chǎn)生一定溫度和壓力的蒸氣。在電廠里，

25、鍋爐產(chǎn)生的蒸氣被引入汽輪機內(nèi)膨脹做功，推動汽輪機轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動，進而帶動發(fā)電機發(fā)出電能。鍋爐的形式及其布置方式，以及爐膛內(nèi)的結(jié)構(gòu)等，都會對后面的熱力計算產(chǎn)生很大的影響。而本計算所采用的鍋爐容量為300MW，該鍋爐為亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐，鍋爐額定蒸發(fā)量為1025t/h，過熱蒸汽壓力為16.8MPa，過熱蒸汽溫度為540。為單鍋筒П型布置，如圖2-1。爐膛寬為13.35m，深為12.3m，高為46.4m，管徑d為76mm，管距s

26、為174mm，水冷壁管中心到爐墻的距離e為60.8。燃燒方式采用四角布置的直流燃燒器，并選用中速磨煤機的負壓直吹系統(tǒng)。爐膛出口處過量空氣系數(shù)按文獻[12]表4-2取得=1.2。采用不同的煤種成分會得到不同的計算結(jié)果，本設(shè)計選用的煤種成分數(shù)據(jù)如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 某1025t/h鍋爐設(shè)計煤種收到基成分</p><p>　　圖2-1 П型鍋爐示意圖</p>

27、<p>　　2.2 燃料的燃燒計算方法</p><p>　　2.2.1 理論空氣量和理論煙氣量的計算</p><p>　　理論空氣量就是假定1kg煤完全燃燒，空氣中的氧和煤中能參加燃燒的的氧(固有氧)全部被消耗盡，此時所需要的空氣量稱為理論空氣量。理論煙氣量是指單位燃料與理論空氣進行完全燃燒生成的煙氣量。下面將詳細地介紹理論空氣量和理論煙氣量等參數(shù)的計算方法和步驟。</

28、p><p>　　2.2.1.1 煤粉在空氣中燃燒的理論空氣量的計算</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　在=1.0時，每1kg燃料燃燒后的燃燒產(chǎn)物中各成分的計算將在下文進行討論。</p><p>　　2.2.1.2 理論水蒸氣體積的計算</p><p>　　理論水蒸氣體

29、積包括以下三個部分：</p><p>　　(1)燃料中氫完全燃燒生成的水蒸氣</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　(2)燃料中水分形成的水蒸氣</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　(3)理論空氣量帶入的水蒸氣&l

30、t;/p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　所以理論水蒸氣的體積為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　2.2.1.3 理論氮氣體積的計算</p><p>　　理論氮氣體積包括以下兩個部分：</p><

31、;p>　　(1)理論空氣量含有的氮氣</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　(2)燃料本身含有的氮</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　所以理論氮氣體積為：</p><p><b>　　(2-8)&

32、lt;/b></p><p>　　2.2.1.4 煙氣中的RO2(即)的計算</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　因此在時，煙氣的體積為：</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　在時，煙氣體積中水蒸氣的體積

33、為：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　所以，煙氣的體積為：</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　2.2.1.5 其他煙氣特性的計算</p><p>　　RO2、H2O的容積份額分別按下式(2-13)和式(

34、2-14)進行計算：</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　所以三原子氣體的容積份額按下式計算：</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　每1

35、kg燃料中灰分重量為(kg)。如飛灰的份額為，則每1kg燃料的煙氣中飛灰的重量為</p><p>　　(kg) (2-16)</p><p>　　現(xiàn)已知每1kg干空氣會有10g水蒸氣伴隨它而來。每1干空氣重1.293kg，因此隨每1干空氣來的水蒸氣的質(zhì)量將大約為13g。因此每1干空氣和伴隨它而來的水蒸氣的總質(zhì)量將為</p><p>　　(kg)

36、 (2-17)</p><p>　　現(xiàn)在燃料燃燒所產(chǎn)生的煙氣質(zhì)量為(不包括飛灰在內(nèi))，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，將是燃料的水分及可燃成分質(zhì)量與空氣質(zhì)量之和，因此煙氣的質(zhì)量應(yīng)該按下面公式(2-18)來計算：</p><p>　　(kg) (2-18)</p><p>　　飛灰濃度的計算式為：</p&

37、gt;<p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　2.2.2 煙氣和空氣焓的計算</p><p>　　編寫焓-溫表時，首先須計算時的空氣及煙氣的焓(、)的數(shù)值。這些數(shù)值用式(2-20)和式(2-21)計算：</p><p>　　(kJ/kg) (2-20)</p

38、><p>　　(kJ/kg) (2-21)</p><p>　　式(2-20)和式(2-21)中：</p><p><b>　　—理論空氣量，；</b></p><p>　　、、—在時煙氣中RO2、H2O、N2的容積，；</p><p>　　—空氣在0t的平均比熱，；</p&

39、gt;<p>　　、、—在0t的RO2、H2O、N2的平均比熱，；</p><p>　　t、—空氣與煙氣的溫度，。</p><p>　　在與已知以后，當(dāng)時，煙氣在時的焓是理論煙氣量的焓與過量空氣在同溫度下的焓之和，即</p><p>　　(kJ/kg) (2-22)</p><p>　　不燃料灰

40、分多時，煙氣中飛灰含量較大，當(dāng)灰的含量滿足式(2-23)</p><p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　時，須計入飛灰的焓，而在本文中，由于飛灰量未能滿足式(2-23)，因此不必計入。</p><p>　　上述計算結(jié)果為了便于接下來后面爐膛計算時查閱，將爐膛受熱面的煙氣溫度范圍內(nèi)的數(shù)值列成表格形式，即所謂的煙氣焓-溫表。

41、下面的表格只將本設(shè)計計算時所用到的一些溫度下的煙氣性質(zhì)參數(shù)列出來，其他的溫度下的參數(shù)，其計算及處理方法和步驟是一樣的，由于在本計算中沒有用到，故對其進行略簡。</p><p><b>　　表2-2 、計算表</b></p><p>　　由表2-2進一步整理而得出空氣下的焓-溫表，如表2-3。</p><p>　　2.3 鍋爐熱平衡計算</

42、p><p>　　在確定了上述設(shè)計參數(shù)后可以計算出鍋爐的熱損失，并確定了鍋爐的設(shè)計熱效率。這個效率并不一定就是實際運行的結(jié)果，它與設(shè)計者的經(jīng)驗水平有關(guān)，即需要接受實踐的檢驗。在此，可先對鍋爐效率進行估計，在鍋爐的設(shè)計效率確定了以后可按下式得到鍋爐的燃料消耗量。</p><p>　　(kg/s) (2-24)</p><p>　　由

43、于存在不完全燃燒熱損失，進入爐膛的燃料有一部分未參加燃燒而隨灰渣排掉。這部分燃料不但沒有參加燃燒放出熱量而且也沒有燃燒產(chǎn)生煙氣，不參與鍋爐各受熱面的熱交換。在計算過程中采用的是另一個燃料消耗參數(shù)，對于實際發(fā)生燃燒而放出燃燒熱和生成煙氣的燃料量稱為計算燃料消耗量。</p><p>　　(kg/s) (2-25)</p><p>　　它才是鍋爐熱力計算

44、的基礎(chǔ)，無論水、蒸汽還是空氣的焓值都是相對于1kg計算燃料消耗量而言的。</p><p>　　表2-3 空氣焓-溫表</p><p>　　鍋爐的效率不能直接計算得出準確值，但是可以對其進行估算，鍋爐效率可以按下面的方法進行估算。</p><p>　　(1)根據(jù)燃料性質(zhì)、燃燒方法估計固體及氣體未完全燃燒損失。</p><p>　　煤粉在O2/C

45、O2=21/79的氣氛下燃燒的鍋爐效率的估算及，這可以從表2-4中的數(shù)據(jù)選取。</p><p>　　表2-4 固態(tài)排渣煤粉爐的爐膛熱負荷及其他有關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　(2)根據(jù)鍋爐蒸汽產(chǎn)量、有無省煤器、空氣預(yù)熱器等，從文獻[12]中圖3-3中的曲線決定鍋爐外部冷卻損失。</p><p>　　(3)當(dāng)燃料中灰分時，必須計入灰渣物理熱損失，可用式(2-26)來計算

46、：</p><p>　　(%) (2-26)</p><p>　　式中：—灰渣所占燃料中灰分的份額，其值用式(2-27)計算：</p><p><b>　　(2-27)</b></p><p>　　—灰渣在溫度時的熱容量，和飛灰相同，其值見文獻[12]中表3-2。</p&

47、gt;<p>　　(4)排煙熱損失可根據(jù)排煙過量空氣系數(shù)(由空氣平衡得到)、排煙溫度(設(shè)計任務(wù)書給定)及冷空氣溫度來計算：</p><p>　　(%) (2-28)</p><p>　　式中：—排煙的焓，可根據(jù)排煙的過量空氣系數(shù)及溫度從焓-溫表中查出(kJ/kg)；</p><p>　　—排煙中的過量空氣系數(shù)，

48、由空氣平衡得到；</p><p>　　—時每1kg燃料所需空氣的冷空氣溫度下的焓(一般取冷空氣溫度為20)可從焓-溫表2-3中查出。</p><p>　　(5)在各種損失的數(shù)值已知后，就可以算出鍋爐效率，如下式(2-29)。</p><p>　　(%) (2-29)</p><p><b>

49、;　　式中：</b></p><p>　　(%) (2-30)</p><p>　　下面對鍋爐效率進行估算，并計算鍋爐熱平衡及燃料消耗量，過程及結(jié)果見表2-5。</p><p>　　表2-5 鍋爐效率的估算</p><p>　　以上為輔助計算的所要計算的參數(shù)，通過對鍋爐進行輔助計算，將為下面鍋爐爐膛的熱力

50、計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，輔助計算在鍋爐熱力計算中是不可缺少的一個部分，其計算的數(shù)據(jù)將直接影響到爐膛部分的計算結(jié)果。</p><p><b>　　3 爐膛熱力計算</b></p><p>　　3.1 爐膛熱力計算的主要任務(wù)及步驟</p><p>　　爐膛是蒸汽鍋爐最重要的一個部分，在鍋爐爐膛中進行著燃料的燃燒過程，送入爐膛的燃料放出近乎全部的熱量。在爐

51、膛內(nèi)，燃燒和傳熱過程同時進行，參與燃燒和傳熱過程的各因素互相影響，使爐膛內(nèi)發(fā)生的過程十分復(fù)雜，其中包括燃料的燃燒、火焰對水冷壁的傳熱、火焰與煙氣的流動以及水冷壁表面的污染等這樣一些物理化學(xué)過程。其復(fù)雜性在于同時存在燃燒和傳熱的過程，而燃燒本身就對傳熱有很大的影響。另外，燃燒產(chǎn)生的灰分對受熱面的污染程度的不同也會使爐膛的吸熱量發(fā)生變化。反過來，傳熱過程的強弱又會影響燃料的著火和燃盡。由于影響因素眾多，而且關(guān)系復(fù)雜，基于純數(shù)學(xué)方法描述物理化

52、學(xué)過程的爐膛換熱計算方法尚未進入工程實用階段，因此，依賴大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)的計算方法在工程實際中仍起著不可替代的作用[13]。</p><p>　　從傳熱的角度來說，爐膛內(nèi)必須布置足夠的受熱面，以便能夠在爐膛的出口處將高溫?zé)煔饫鋮s到合適的溫度，使煙氣在進入爐膛后的密集對流管束時的溫度已經(jīng)降低到低于灰的熔融溫度，避免受熱面結(jié)渣。傳熱計算的任務(wù)是確定爐膛輻射受熱面的吸熱量及爐膛出口煙溫。</p><p&

53、gt;　　從爐膛的傳熱過程看來，進入爐子的燃料與空氣混合燃燒后生成高溫的火焰與煙氣，形成溫度最大值所在的火焰中心，通過以輻射傳熱為主、對流換熱為輔，把熱量傳給四周水冷壁，到爐膛出口處，煙氣溫度冷卻到某一數(shù)值，然后接著進入對流煙道。爐膛傳熱的過程與許多因素有關(guān)，在一定條件下，爐內(nèi)輻射受熱面積越大，則傳熱量越多，因此爐膛出口煙溫就越低；反之，爐內(nèi)輻射受熱面積越小，則傳熱量越少，爐膛出口煙溫就越高[14]。爐膛的熱力計算是在布置好爐膛的幾何形

54、狀、受熱面的結(jié)構(gòu)和面積后進行的，爐膛熱力計算的目的是校核所設(shè)計的爐膛能否將火焰冷卻到預(yù)期的爐膛出口溫度，即爐膛內(nèi)布置的受熱面能否預(yù)先分配的輻射吸熱量。下面將對爐膛進行熱力計算，方法和步驟將在下面進行介紹。</p><p>　　3.1.1 燃燒室爐墻面積的確定</p><p>　　爐壁面積按包覆爐膛容積的表面積計算。將爐壁的投影面作為火焰的輻射表面，也是爐壁受熱面接受火焰輻射的表面積，稱為爐

55、壁面積。本爐采用單鍋筒П型布置，四角布置的直流燃燒器，爐膛寬a為13.35m，深b為12.3m，高h為46.4m。爐膛容積為7057，對爐墻面積為給定值，本文對其進行了簡單的處理，其計算方法如下式(3-1)所示。</p><p>　　() (3-1)</p><p>　　3.1.2 燃燒室水冷壁的布置</p><p>　　本計算

56、所采用的鍋爐水冷壁為單排光管水冷壁，管徑d為76mm，管距s為174mm，水冷壁管中心到爐墻的距離為60.8。為水冷壁的角系數(shù)，與水冷壁的相對管距—管距，—管徑)及水冷壁管距的相對距離有關(guān)(—水冷壁管中心到爐墻的距離)，查文獻[12]圖11-10，得水冷壁的角系數(shù)=0.81。</p><p>　　在已知燃燒室水冷壁布置的各個參數(shù)后，下面將對燃燒室結(jié)構(gòu)特性進行詳細的計算，計算的具體過程及步驟見下表3-1。</

57、p><p>　　表3-1 燃燒室結(jié)構(gòu)特性計算</p><p>　　爐膛內(nèi)火焰平均溫度的假設(shè)與實際的差別很大，尤其沿爐膛高度溫度變化顯著，對傳熱影響很大，系數(shù)M是考慮爐內(nèi)火焰最高溫度相對位置的重要修正系數(shù)，經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式為：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中：A、B—與燃料種類和爐膛結(jié)構(gòu)有關(guān)

58、的經(jīng)驗系數(shù)，其值見表3-2；</p><p>　　—燃燒器的相對高度，，見表3-3；</p><p>　　—火焰最高溫度點的相對位置修正值，其值見表3-3；</p><p>　　—爐膛高度，即從爐底或冷灰斗中間平面至爐膛出口煙窗中部的高度，；</p><p>　　—燃燒器的布置高度，即從爐底(平爐底的爐膛)或冷灰斗中間平面(爐底為冷灰斗的爐膛

59、)至燃燒器軸線的高度，。</p><p>　　表3-2 M計算關(guān)聯(lián)式中的A、B值</p><p>　　表3-3 M計算關(guān)聯(lián)式中的值</p><p>　　結(jié)合該鍋爐設(shè)計煤種收到基成分，如表2-1，以及本爐膛的結(jié)構(gòu)形式，可得到A=0.59，B=0.5，。</p><p>　　爐膛傳熱計算，須先假定爐膛出口煙氣溫度，然后與計算出的爐膛出口煙氣溫度進

60、行比較。如果>，則表明所布置的爐膛受熱面的傳熱能力比假定爐膛出口煙氣溫度條件下的小，這時若計算出的爐膛出口煙氣溫度超過了爐膛安全運行的要求，則應(yīng)重新布置輻射受熱面，增加水冷壁的有效輻射面積，然后再根據(jù)重新假定的爐膛出口煙氣溫度，確定火焰黑度和燃燒產(chǎn)物的平均比熱容值，考核再次計算出的爐膛出口煙氣溫度是否滿足鍋爐安全運行的要求。如果滿足要求并且與重新假定的爐膛出口煙氣溫度相差小于100℃，則認為爐膛受熱面的布置達到了預(yù)期的傳熱要求，爐

61、膛的熱力計算可告結(jié)束，以傳熱計算的結(jié)果作為爐膛的實際出口煙氣溫度的值[15]。</p><p>　　爐膛熱力計算是一逐步逼近的計算過程。之所以規(guī)定計算的爐膛出口煙氣溫度與假定值相差在100℃范圍內(nèi)就可以終止計算，是由于℃的溫差變化對和的影響很小，相差100℃的兩個和值反映在爐膛出口煙氣溫度的計算結(jié)果上只有10℃以下的變化。更為重要的是爐膛熱力計算公式本身統(tǒng)計的局限和試驗的誤差，其精度平均水平約為10%左右。因此，

62、即使假定值與計算結(jié)果完全相等，并不能肯定計算出的爐膛出口煙氣溫度就等于實際的測量溫度結(jié)果。對于手工計算，如果規(guī)定兩者的允許誤差范圍越小，計算工作量就越大，這是不必要的。</p><p>　　需要說明的是在計算過程中兩次假定的爐膛出口煙溫可以是同一個值，也可以是不同的值。</p><p>　　下面將對爐膛的傳熱進行計算，爐膛傳熱計算這一部分的內(nèi)容是本文的核心，為了使得計算過程及結(jié)果方便簡明，

63、將計算過程及步驟做成表格的形式，其具體的計算過程及步驟見下表3-4。</p><p>　　表3-4 爐膛的傳熱計算</p><p><b>　　續(xù)表3-4</b></p><p>　　3.2 爐內(nèi)理論燃燒溫度及輻射放熱量</p><p>　　理論燃燒溫度指在絕熱的條件下，燃料完全燃燒時達到的溫度。燃料燃燒計算是根據(jù)燃料在

64、燃燒過程中的物質(zhì)平衡的原理進行的。它是熱工計算的重要組成部分。燃燒需要的空氣量，是保證燃料完全燃燒，選擇風(fēng)機和設(shè)計空氣管道必不可少的數(shù)據(jù)。燃燒產(chǎn)物的生成量及煙氣成分，是計算爐氣黑度所必需的。燃燒溫度，是正確選擇鍋爐所用燃料、合理組織燃燒過程和能否滿足爐膛出口煙溫要求的重要依據(jù)。</p><p>　　對給定的爐膛和煤種進行爐膛熱力計算，以燃料完全燃燒得出理論空氣量、煙氣成分和煙氣的焓等，然后考慮燃料的化學(xué)不完全燃燒

65、熱損失和機械不完全燃燒熱損失，由上述煙氣焓，查焓-溫表，得出理論燃燒溫度。</p><p>　　爐內(nèi)理論燃燒溫度及輻射放熱量的具體計算過程和結(jié)果見表3-4。</p><p>　　3.3 爐膛出口煙氣溫度的計算</p><p>　　爐膛出口煙氣溫度是非常關(guān)鍵的一個數(shù)據(jù)，是爐膛傳熱計算的核心，計算爐膛出口煙溫一個比較經(jīng)典的公式，如下式(3-3)，該計算式為原蘇聯(lián)“鍋爐機

66、組熱力計算標準方法”(1973年)推薦。</p><p>　　() (3-3)</p><p>　　式中：—爐膛出口煙氣溫度；</p><p><b>　　理論燃燒溫度；</b></p><p>　　M—爐膛火焰中心位置系數(shù)；</p><p><b>

67、;　　爐膛黑度；</b></p><p><b>　　平均熱有效系數(shù)；</b></p><p><b>　　爐墻總面積；</b></p><p><b>　　計算燃料消耗量；</b></p><p><b>　　—平均熱容量；</b></

68、p><p><b>　　—保溫系數(shù)。</b></p><p>　　爐膛出口煙溫的具體計算過程及結(jié)果見表3-4。</p><p><b>　　4 變氣氛熱力計算</b></p><p>　　所謂變氣氛，就是用空氣分離獲得的純氧和一部分鍋爐排煙構(gòu)成的混合氣代替空氣作為燃燒時的氧化劑。由于空氣中的N2被鍋爐排

69、煙所代替，而在排煙中CO2占主要成份，在爐膛燃燒后，能提高煙氣中的CO2濃度，從而有利于對CO2的回收，減少CO2的排放，與此同時，NOx的生成及排放量也得到很大程度的減少。從技術(shù)經(jīng)濟角度來看，在火電廠分離回收并封存CO2的各種主要潛在技術(shù)中，O2/CO2燃燒技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，回收后的CO2可以用于其他的商業(yè)用途上，產(chǎn)生新的經(jīng)濟利益。變氣氛熱力計算所要計算的內(nèi)容與煤粉在空氣中燃燒時熱力計算的內(nèi)容是一樣的，但計算的方法需要進行一定的改變

70、才能使其適用于O2/CO2燃燒技術(shù)[16]。</p><p>　　以O(shè)2/CO2氣氛代替空氣，讓煤粉在爐膛中燃燒，對煤粉燃燒的性質(zhì)以及對燃燒產(chǎn)物的性質(zhì)特性、理論燃燒溫度、爐膛出口煙氣溫度、鍋爐的熱效率等參數(shù)進行分析。不同的O2與CO2比例，將得到不同的結(jié)果。對于不同O2與CO2比例的富氧氣的計算，只要對相應(yīng)的公式中的系數(shù)進行改變就可以了。下面以煤粉在O2/CO2=21/79的氣氛下燃燒，對爐膛進行各參數(shù)的計算，以

71、下稱O2和CO2混合氣體為富氧氣。</p><p>　　4.1 燃料的燃燒計算方法</p><p>　　4.1.1 理論富氧氣量和理論煙氣量的計算</p><p>　　4.1.1.1 煤粉在富氧氣中燃燒的理論富氧氣量的計算</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　在α=

72、1.0時，每1kg燃料燃燒后的燃燒產(chǎn)物的計算將在下文進行討論。</p><p>　　4.1.1.2 理論水蒸氣體積的計算</p><p>　　理論水蒸氣體積包括以下三個部分：</p><p>　　(1)燃料中氫完全燃燒生成的水蒸氣</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　

73、　(2)燃料中水分形成的水蒸氣</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　(3)理論富氧氣量帶入的水蒸氣</p><p>　　對比空氣中燃燒，計算理論富氧氣帶入的水蒸汽的容積。標況下富氧氣的密度為：</p><p><b>　　(4-4)</b></p>&l

74、t;p>　　則理論富氧氣帶入的水蒸汽容積為：</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　式中，，為1 kg富氧氣中所含的水蒸汽的質(zhì)量。</p><p><b>　　所以得到：</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p&g

75、t;<p>　　從而得到理論水蒸氣的體積為：</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　4.1.1.3 理論氮氣體積的計算</p><p>　　理論氮氣體積只包括一個部分，即燃料本身含有的氮：</p><p><b>　　(4-8)</b></p>

76、<p>　　4.1.1.4 煙氣中的(即)的計算</p><p>　　煙氣中的RO2包括兩個部分：</p><p>　　(1)燃料燃燒所產(chǎn)生的RO2</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　(2)由富氧氣帶入的部分</p><p><b>　　(

77、4-10)</b></p><p>　　所以煙氣中的RO2為：</p><p><b>　　(4-11)</b></p><p>　　因此在時，煙氣的體積為：</p><p><b>　　(4-12)</b></p><p>　　在時，煙氣體積中水蒸氣的體積為：&

78、lt;/p><p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　煙氣的體積為：</b></p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　4.1.1.5 其他煙氣特性的計算</p><p>　　RO2、H2O的容積份額分

79、別按下式(4-15)和(4-16)計算：</p><p><b>　　(4-15)</b></p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　所以三原子氣體的容積份額按下式(4-17)計算：</p><p><b>　　(4-17)</b></p>

80、;<p>　　飛灰濃度按下式計算：</p><p><b>　　(4-18)</b></p><p>　　4.1.1.6 煙氣質(zhì)量的計算</p><p>　　煙氣質(zhì)量是指1kg計算燃料扣除灰重后再加上濕富氧氣的質(zhì)量(因為供燃料燃燒的是常溫常壓下的富氧氣含有一定的濕度)。與空氣中燃燒相比，計算煙氣質(zhì)量關(guān)聯(lián)式有所改變，其表達式(4-1

81、9)如下：</p><p><b>　　(4-19)</b></p><p>　　式中，為煤粉中灰分的收到基量，1.871是1.852與0.01852兩數(shù)的和，1.852是標況下干富氧氣的密度(單位：) 。一般假定在室溫常壓下1kg干富氧氣中含水0. 01852kg，所以干富氧氣中含水為0.01852kg。故1.871實為濕富氧氣質(zhì)量(認為水在常溫下尚未蒸發(fā)為水蒸汽)

82、。</p><p>　　4.1.2 煙氣焓和富氧氣焓的計算</p><p>　　編寫焓-溫表時，首先須計算時的富氧氣及煙氣的焓(、)的數(shù)值。這些數(shù)值用式(4-20)和式(4-21)計算：</p><p>　　(kJ/kg) (4-20)</p><p>　　(kJ/kg) (4-21)&

83、lt;/p><p>　　式(4-20)和式(4-21)中：</p><p><b>　　—理論富氧氣量，；</b></p><p>　　、、—在時煙氣中RO2、H2O、N2的容積，；</p><p>　　—富氧氣在0t的平均比熱，；</p><p>　　、、—在0t的RO2、H2O、N2的平均比熱，；

84、</p><p>　　t、—富氧氣與煙氣的溫度，。</p><p>　　在與已知以后，當(dāng)時，煙氣在時的焓是理論煙氣量的焓與過量富氧氣在同溫度下的焓之和，即</p><p>　　(kJ/kg) (4-22)</p><p>　　不燃料灰分多時，煙氣中飛灰含量較大，當(dāng)灰的含量滿足式(4-23)</p

85、><p><b>　　(4-23)</b></p><p>　　時，須計入飛灰的焓，而本文由于飛灰量未滿足式(4-23)因此不必計入。</p><p>　　由上面所述可知，溫焓表中RO2、H2O、N2的計算與在空氣氣氛中燃燒的計算方法相同。由于富氧氣中只含有O2和CO2這兩種氣體，其平均比熱容可以用下面式(4-24)的方法計算：</p>

86、<p><b>　　(4-24)</b></p><p>　　所以，只要知道O2和CO2的平均比熱容，通才改變公式(4-24)中的系數(shù)，就可以進一步求出任何比例下的富氧氣的平均比熱容，結(jié)合理論富氧氣量，就可以計算得出富氧氣的焓值。</p><p>　　上述煙氣性質(zhì)的計算的結(jié)果為了便于在后面計算中的查閱，將爐膛受熱面的煙氣溫度范圍內(nèi)的值整理并且列成表格形式

87、，即所謂的煙氣焓-溫表，對于不同的O2和CO2比例的富氧氣，其有相應(yīng)的不同的焓-溫表，如下表4-2為煤粉在O2/CO2=21/79氣氛下燃燒時的煙氣焓-溫表。</p><p><b>　　表4-1 、計算表</b></p><p>　　表4-2 富氧氣焓-溫表</p><p>　　通過、計算，如表2-1所示，而進一步整理出煤粉在相應(yīng)比例富氧氣下

88、燃燒的煙氣焓-溫表，表4-2中給出項是溫度差100時的焓差值，可供在用插入法決定煙氣的焓時應(yīng)用。此焓-溫表可以查出在不同溫度、不同過量空氣系數(shù)下煙氣的焓。</p><p>　　在本設(shè)計中，由于只對爐膛進行熱力計算，所以只用到爐膛過量空氣系數(shù)以及排煙過量空氣系數(shù)，為了簡明起見，在制表時，只計算了爐膛部分和出口部分的煙氣焓值和其焓差值，其余部分將從略。由于不同的煤種的燃燒所得到的煙氣成分是不一樣的，而其對應(yīng)的煙氣性質(zhì)

89、也不一樣，所以，表4-2中所用煙氣和空氣的成分和體積僅適用于本設(shè)計所采用的煤種，O2/CO2=21/79氣氛下的煙氣性質(zhì)的具體數(shù)值見表4-2。</p><p>　　鍋爐效率的估算與在空氣氣氛下的計算步驟相同，在估算出鍋爐效率后，可以進一步對燃料消耗量以及計算燃料消耗量進行計算，其具體計算過程及結(jié)果見下表4-3。</p><p>　　表4-3 鍋爐效率的估算</p><p

90、>　　4.2 變氣氛下的爐膛熱力計算</p><p>　　煤粉在O2/CO2=21/79的氣氛下燃燒時，計算煤粉的理論燃燒溫度和爐膛出口煙氣溫度等參數(shù)，所要計算的參數(shù)、計算的方法步驟和煤粉在空氣中燃燒的計算相似，由于煙氣性質(zhì)的不同，所以O(shè)2/CO2氣氛下的爐膛熱力計算的結(jié)果也有所不同，其具體的計算步驟、計算過程及結(jié)果如下表4-4所示。</p><p>　　表4-4 煤粉在O2/CO2

91、=21/79的氣氛下燃燒的爐膛的傳熱計算</p><p><b>　　續(xù)表4-4</b></p><p>　　4.3 計算結(jié)果與分析</p><p>　　以上為變氣氛熱力計算所要計算的內(nèi)容，本文還計算了富氧氣O2/CO2=30/70，O2/CO2=33/65，O2/CO2=40/60比例氣氛下燃燒的相關(guān)參數(shù)，其計算方法與步驟與O2/CO2=21

92、/79的計算相似，對不同的比例，只要對各公式中相應(yīng)的系數(shù)進行改變即可。在此，將不對計算的詳細過程進行列出來，僅對計算結(jié)果進行對比比較及分析，分析的參數(shù)及其結(jié)果見表4-5。</p><p>　　表4-5 不同比例O2/CO2氣氛下燃燒與空氣中燃燒計算結(jié)果的比較</p><p>　　4.3.1計算結(jié)果對比及原因分析</p><p>　　從表4-5中可看出：當(dāng)O2/CO2

93、=21/79時理論燃燒溫度比在空氣氣氛下燃燒減少了503.1℃，排煙損失、燃煤消耗量都有所增加。不同研究者認為，由于CO2具有較高的比熱，若僅用相同體積的CO2代替N2，致使燃燒產(chǎn)物平均比熱容大大增加，所以其理論燃燒溫度減小。也有研究者認為由于煤粉O2/CO2=21/79氣氛下的燃燒速率低于空氣氣氛下的燃燒速率[17]，導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)有限的停留時間內(nèi)，不能完全燃燒，發(fā)熱量減少，飛灰含碳量增加，所以燃燒產(chǎn)物的理論燃燒溫度將減少，排煙損失增

94、加；另一個造成理論燃燒溫度減少的可能原因是由于CO2份額的增加，增加了煙氣的發(fā)射率致使輻射損失增加，所以使煙氣升溫的熱量減少，為了達到所要求的熱量，必須增加送煤量，致使燃煤消耗量增加。</p><p>　　當(dāng)提高送風(fēng)氧含量使O2/CO2 = 30/70時，理論燃燒溫度及爐膛出口煙氣溫度都與空氣氣氛下燃燒相差不多，排煙損失及燃煤消耗量有所減少，鍋爐效率增加。原因在于煤粉在富氧的氣氛下燃燒時，能夠獲得相對較高燃燒速率

95、和碳燃盡率[18-19]，并且煙氣中CO2 份額較O2/CO2 = 21 /79氣氛下燃燒時小，輻射損失也將減小，所以其理論燃燒溫度會增加，排煙損失會減小，其燃煤消耗量也必將減少，并且比在空氣氣氛下燃燒也略有降低，鍋爐的效率有所增高。表中所計算結(jié)果均與文獻[18]～文獻[20]實驗結(jié)論相符。</p><p>　　O2/CO2氣氛下燃燒煙氣中三原子氣體含量增加最為顯著，約是空氣氣氛下燃燒的4倍，煙氣經(jīng)脫水除塵后可使

96、排煙中CO2濃度達95% ，使分離CO2簡單易行，并且成本大大降低，分離出的CO2可用于商業(yè)用途或者進行強化石油回收或進行深海儲存，必將大幅度減少溫室氣體的排放[21]。從表4-5中還可看出：在O2 /CO2氣氛下燃燒時，爐膛黑度隨著O2 /CO2的比例增加而增加。考慮到N2基本不具有輻射特性，在常規(guī)鍋爐熱力計算中其輻射特性都被忽略，三原子氣體(主要是H2O和CO2 )是煙氣輻射的主要來源之一，在O2/CO2氣氛下燃燒時煙氣中CO2 份

97、額大幅度增加，所以爐膛黑度增加。從光譜學(xué)角度來考慮[22]，H2O的吸收光帶較CO2寬很多，所以H2O會在較大程度上影響到氣體的發(fā)射率，雖然CO2量增加很多，但對總的氣體發(fā)射率影響并不大。</p><p>　　有文獻分析認為，在分析熱損失、燃燒效率與氣氛中氧含量的關(guān)系后可見，隨著氧含量的增大，氣體不完全燃燒損失減少，氣體燃燒更加充分，O2/CO2氣氛與O2/N2氣氛下的差別非常??；固體不完全燃燒損失也隨著氧含量的

98、增大而減少，O2/CO2氣氛較O2/N2氣氛下的略大；燃燒效率隨著氧含量的增大而逐漸增大，O2/CO2氣氛下的燃燒效率略低于相同氧含量的O2/N2氣氛；氧含量在21%～29%變化的過程中燃燒效率增大較多，而再增大到35%時，燃燒效率增大并不多。必須指出的是，隨著氧含量的增大而減小風(fēng)量有可能使流化狀況變差，所以一味提高氧含量并無益處[23-24]。實施煙氣再循環(huán)時排出系統(tǒng)的煙氣量將有較大減少，這樣排煙熱損失也會減少。</p>

99、<p>　　由表4-5還可以看出，隨著O2/CO2的比例增大，煤粉在O2/CO2氣氛下燃燒時，其排煙損失不斷變小，從而鍋爐的效率也得到增大?？赡苡捎谌紵龤夥罩械难鯕鉂舛容^高，煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒更完全，發(fā)出的熱量更多。當(dāng)O2/CO2大于30/70后，爐內(nèi)總傳熱量隨著氧氣的含量增高而增大。隨著富氧氣中的CO2比例的增高，煙氣的平均比熱容在減小，并且爐膛的理論燃燒溫度在增高。雖然如此，但是爐內(nèi)總傳熱量的增大，同時參加燃燒的理論富氧

100、氣量也在減少，從而燃燒產(chǎn)生的煙氣總量也相應(yīng)地減少了，所以使得爐膛出口煙氣溫度有所降低，但是并沒有發(fā)生多大的變化。</p><p>　　隨著富氧氣中的CO2比例的增高，爐內(nèi)總傳熱量增大，這使得現(xiàn)有的鍋爐爐膛并不能直接適合使用O2/CO2這種燃燒技術(shù)，而是要對其進行一定的改造才行。由于煙氣在爐膛部分的放熱量提高，要保持一定的爐膛出口煙氣溫度和尾部排煙溫度，對于有限的燃煤發(fā)熱量，這就一定會使得鍋爐尾部煙氣道的吸熱量減少

101、[25]。因此，對于現(xiàn)有的鍋爐，尾部煙道的受熱面就會顯得過多，而爐膛中的換熱面又變得相對過少，不能滿足爐膛內(nèi)較高的放熱量對換熱面的要求。所以，現(xiàn)有的鍋爐里，要采用O2/CO2這種燃燒技術(shù)，就可以把一部分尾部的對流受熱面向前移動到爐膛內(nèi)，吸收部分輻射熱，減少對流受熱面積，這就要增加爐膛的高度；在保證傳熱和金屬可以承受的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)提高爐膛出口煙溫，考慮減小爐膛尺寸。</p><p><b>　　4.3

102、.2討論</b></p><p>　　綜合目前研究成果可以認為現(xiàn)有電廠采用O2/CO2燃燒技術(shù)是可行的。國內(nèi)外對其進行了大量的理論和實驗研究，取得了一定的成果，對煤粉在O2/CO2氣氛中燃燒時的性質(zhì)有一進一步的認識，但仍有以下幾個問題需更進一步的研究，這些問題可能對O2/CO2燃燒技術(shù)在實際中應(yīng)用有著不可忽視的影響。</p><p>　　(1) O2/CO2燃燒煙氣中將含有大量

103、的CO2，純的CO2在某一個壓力、溫度下很容易冷卻、回收，而在含有水和其它成分的煙氣的這種混合氣體中則不一定，很多研究者在此犯錯誤，認為CO2在煙氣中也會和純CO2一樣易于處理。這種差異性對CO2回收的影響有待于進一步研究。</p><p>　　(2)雖然空氣壓縮和分離中獲得O2在當(dāng)今工業(yè)發(fā)展中是很普遍的工業(yè)方法，但需要研制大型的空氣分離設(shè)備，使之能適應(yīng)電站鍋爐的容量所需要的O2量，應(yīng)用O2/CO2燃燒技術(shù)以及空

104、氣分離產(chǎn)生的副產(chǎn)品N2的處理及利用還需要做進一步的工作。</p><p>　　(3)采用O2/CO2燃燒技術(shù)，煤粉顆粒的熱解與燃燒動力學(xué)特性、分級配風(fēng)、風(fēng)粉配比、燃燒效率、鍋爐效率隨再循環(huán)煙氣量的變化將發(fā)生怎樣的變化，變化規(guī)律如何等都有待深入研究。</p><p>　　(4)在循環(huán)煙氣中CO2的比熱較空氣高，并且水蒸氣的含量也高，致使燃燒推遲、火焰溫度提高，這就需要對燃燒器進行改進和設(shè)計。

105、目前，許多現(xiàn)有鍋爐沒有設(shè)計防止漏氣裝置，O2/CO2燃燒這可能需要重新設(shè)計鍋爐，或者要對鍋爐的一些輔助設(shè)備進行整改，才有使其適合O2/CO2這種燃燒技術(shù)。</p><p>　　(5)煤粉在合適的O2/CO2比例的富氧氣中燃燒時，其鍋爐效率比在空氣中燃燒時有所提高，但提高O2量到一定比例后，鍋爐效率的提高就會變緩，而為了提高O2量所消耗的制氧經(jīng)費，將會抵消掉一部分鍋爐效率。電站鍋爐采用O2/CO2燃燒技術(shù)后其熱效率

106、隨氧量的增加可以提高多少、鍋爐內(nèi)輻射換熱與對流換熱會發(fā)生什么變化、如何定量去分析、受熱面的積灰結(jié)渣情況、煙氣中雜質(zhì)的去除、對除塵設(shè)備的影響、經(jīng)濟性分析、整體優(yōu)化設(shè)計、傳熱傳質(zhì)機理及數(shù)學(xué)模型的建立、模擬計算、燃燒機理及腐蝕以及更大規(guī)模的工業(yè)化實驗等都還需要做更深入的研究。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　煤粉在空氣中和在O2/CO2氣氛中的

107、爐膛熱力計算結(jié)果表明了O2/CO2燃燒技術(shù)是具有很大優(yōu)勢的煤粉燃燒技術(shù)，與空氣相比，O2/CO2燃燒方式表現(xiàn)出了以下的幾個特點。</p><p>　　(1) 應(yīng)用改變后的方法對某一鍋爐進行熱力計算，其計算結(jié)果與其他研究者的實驗結(jié)論吻合，由于各參數(shù)改變有嚴格的理論指導(dǎo)，可以參考使用該方法進行O2/CO2燃燒方式的熱力計算。</p><p>　　(2) 將空氣改為O2/CO2氣氛后，三原子氣體

108、(主要是CO2)體積份額大幅度增加，使爐膛內(nèi)的輻射換熱有所增強。O2/CO2=21/79時，理論燃燒溫度、爐膛出口煙氣溫度較空氣氣氛下燃燒降低，排煙損失、燃煤消耗量都有所增加，當(dāng)O2/CO2 =30/70時計算所得各參數(shù)與空氣氣氛下燃燒時相似，并且煙氣中CO2份額大幅升高，利于回收排煙中CO2。在保證傳熱和金屬可以承受的范圍內(nèi)，可以適當(dāng)提高爐膛出口煙溫，考慮減小爐膛尺寸；也可以考慮將部分對流受熱面移至爐膛內(nèi)，吸收部分輻射熱，縮小對流受熱

109、面積。</p><p>　　(3) O2 /CO2 = 21/79時理論燃燒溫度降低，排煙損失增加，有研究者認為原因在于該氣氛下的燃燒速率低于空氣氣氛下的燃燒速率，導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)有限的停留時間內(nèi)，不能完全燃燒，發(fā)熱量減少，飛灰含碳量增加；另一個造成理論燃燒溫度降低的原因可能是由于CO2份額大幅升高，煙氣發(fā)射率增加，導(dǎo)致輻射損失增加，使煙氣升溫的熱量減少，隨著循環(huán)煙氣中O2量的增加各參數(shù)得到改善。</p>

110、;<p>　　(4) 當(dāng)O2容積小于30%時，隨著氧氣濃度的增大鍋爐熱效率提高較快；但當(dāng)O2容積大于30%時，鍋爐熱效率的增大趨勢變緩，因此，從提高鍋爐熱效率角度考慮，當(dāng)采用O2 /CO2燃燒方式時，O2的容積百分數(shù)不宜大于30 。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 毛玉如，方夢祥，王樹榮，駱仲泱．空氣分離/煙氣再

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