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        富氧燃燒條件下鍋爐燃料燃燒影響因素研究

        2015-09-04 05:45:28王春華王志華趙占明李文興姜冠佳
        當(dāng)代化工 2015年11期
        關(guān)鍵詞:空氣量富氧消耗量

        楊 銘,王春華,王志華,趙占明,李文興,姜冠佳

        (遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院,遼寧 撫順 113001)

        富氧燃燒是采用比空氣中含氧量高的空氣來(lái)助燃。富氧空氣中氧氣濃度一般為27%~33%。目前富氧燃燒的研究主要集中富氧鍋爐內(nèi)的燃燒特性、傳熱特性及污染特性等方面的研究,研究表明[1-7],在富氧燃燒條件下,火焰溫度升高,燃燒速度加快,燃燒完全程度提高,燃料的燃點(diǎn)溫度降低,燃盡時(shí)間縮短,過(guò)量空氣系數(shù)降低,煙氣量減少;污染物排放(CO、SO2、NOx)降低。雖然目前富氧燃燒的燃燒特性和污染物排放特性研究眾多,但對(duì)于富氧燃燒條件下的燃燒計(jì)算方法卻研究較少。由于富氧燃燒方式與常規(guī)燃燒方式的差別,對(duì)富氧燃燒條件下鍋爐熱力計(jì)算進(jìn)行相關(guān)研究是非常有必要的。雖然國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)此做了不少前瞻性工作[8,9],主要集中在富氧燃燒條件下?tīng)t膛含高濃度CO2和H2O等輻射氣體的輻射換熱特性,利用新的輻射特性計(jì)算方法來(lái)對(duì)富氧燃燒鍋爐整體進(jìn)行熱力計(jì)算和分析。但并沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的完整的計(jì)算過(guò)程,仍處于探索性認(rèn)識(shí)階段。

        因此,筆者以常規(guī)鍋爐熱力計(jì)算中燃料燃燒計(jì)算公式為框架,結(jié)合富氧鍋爐熱力系統(tǒng)的特點(diǎn),提出適合富氧燃燒條件下鍋爐熱力計(jì)算的燃料燃燒計(jì)算方法,開(kāi)發(fā)出富氧燃燒條件下鍋爐用燃料燃燒計(jì)算的軟件,為今后發(fā)展和完善富氧鍋爐熱力計(jì)算提供必要的理論基礎(chǔ)。

        1 鍋爐富氧燃燒計(jì)算模型

        閆凱[10]等人以常規(guī)鍋爐燃料燃燒計(jì)算方法為基礎(chǔ),建立了富氧燃燒鍋爐的燃料燃燒計(jì)算方法,導(dǎo)出了富氧燃燒條件下燃料所需理論助燃劑量和理論煙氣量的計(jì)算模型,導(dǎo)出了煙氣再循環(huán)和不考慮煙氣再循環(huán)2種條件下的實(shí)際煙氣量、煙氣質(zhì)量、煙氣密度、飛灰質(zhì)量濃度和煙氣焓的計(jì)算公式。為簡(jiǎn)化計(jì)算,筆者運(yùn)用VB6.0對(duì)上述計(jì)算模型進(jìn)行了程序編程,同時(shí)分析了鍋爐操作參數(shù)對(duì)鍋爐燃燒特性的影響。

        2 鍋爐富氧燃燒計(jì)算VB程序的實(shí)現(xiàn)

        2.1 程序計(jì)算流程

        富氧燃燒條件下鍋爐燃料燃燒計(jì)算程序流程如圖1所示。

        圖1 程序計(jì)算流程Fig.1 Calculation flow diagram of the program

        2.2 程序主要應(yīng)用界面

        富氧燃燒條件下鍋爐燃料燃燒計(jì)算程序主要界面如圖2所示。

        圖2 程序主要應(yīng)用界面Fig.2 Main interface of the program

        3 富氧燃燒條件下鍋爐燃燒特性的因素分析

        3.1 氧氣濃度對(duì)理論空氣量和煙氣量的影響

        根據(jù)圖3所示,理論空氣量和理論干煙氣量隨著氧氣濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì);在低氧氣濃度(<35%)下,隨著氧氣濃度的增加,理論空氣量和理論干煙氣量均顯著減少,而在高氧氣濃度(>35%)時(shí),兩者減少程度變緩。

        圖3 氧氣濃度對(duì)理論空氣量和理論干煙氣量的影響Fig.3 Influence of oxygen concentration on the theory air and dry smoke volume

        3.2 氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響

        3.2.1 不同排煙溫度下氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響由圖4可知,排煙溫度越高,鍋爐熱效率受氧氣濃度的影響越顯著。

        圖4 不同排煙溫度下氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響Fig.4 Influence of oxygen concentration on the boiler thermal efficiency at different smoke temperature

        在不同排煙溫度下,鍋爐熱效率隨著氧氣濃度的增加呈上升趨勢(shì):氧氣濃度越高,鍋爐熱效率越高;在低氧氣濃度下,氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響較為顯著,高氧氣濃度下(>35%),鍋爐熱效率隨著氧氣濃度的增加而增加,但增加緩慢。

        3.2.2 不同過(guò)量氧氣系數(shù)下氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響

        由圖5可知,在過(guò)量氧氣系數(shù)一定的情況下,隨著氧氣濃度增大,鍋爐熱效率增大。在同一氧氣濃度下,過(guò)量氧氣系數(shù)越小,鍋爐熱效率越高;氧氣濃度低于35%時(shí),鍋爐熱效率隨著氧氣濃度的增大上升速度加快,氧氣濃度高于35%以后上升速度變緩。

        圖5 不同過(guò)量氧氣系數(shù)下氧氣濃度對(duì)鍋爐熱效率的影響Fig.5 Influence of oxygen concentration on the boiler thermal efficiency at different excess oxygen coefficient

        3.3 氧氣濃度對(duì)鍋爐燃料消耗量的影響

        由圖6可以得知,在溫度一定的情況下,隨著氧氣濃度的增加,所需要的燃料消耗量越少。氧氣濃度在35%以下時(shí)燃料消耗量變化的快,氧氣濃度在35%以后,燃料消耗量變化的緩慢。同一氧氣濃度下,排煙溫度越高,燃料消耗量越多。由此可以得出富氧燃燒優(yōu)越于常規(guī)燃燒。

        圖6 氧氣濃度對(duì)鍋爐燃料消耗量的影響Fig.6 Influence of oxygen concentration on the boiler fuel consumption

        4 結(jié) 論

        運(yùn)用富氧燃料燃燒原理,對(duì)鍋爐操作參數(shù)中氧氣濃度對(duì)鍋爐效率、空氣量、煙氣量的影響,和富氧燃燒條件下排煙溫度、過(guò)量氧氣系數(shù)對(duì)鍋爐熱效率的影響進(jìn)行燃料燃燒計(jì)算,并且開(kāi)發(fā)VB計(jì)算軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究,從而得出一系列結(jié)論:氧氣濃度越高鍋爐熱效率越高,需要的空氣量越少,排出的煙氣量也越少,減少排放。低氧氣濃度(<35%)下,改變氧氣濃度,能夠顯著降低空氣量、排煙量與燃料消耗量,提高鍋爐熱效率;高氧氣濃度(>35%)下,空氣量、排煙量、鍋爐熱效率、燃料消耗量受氧氣濃度的影響減??;降低過(guò)量氧氣系數(shù),或降低排煙溫度,都能夠有效提高鍋爐熱效率。由此可知,鍋爐采用富氧燃燒,不僅能夠減少燃料消耗量,減少排煙量與空氣量,還能夠提高鍋爐熱效率,但不能夠通過(guò)一味提高氧氣濃度來(lái)達(dá)到提高鍋爐熱效率的目的,要綜合考慮增加富氧系統(tǒng)的成本與獲取收益之間的平衡關(guān)系。

        [1] 宋圓圓. 富氧燃燒方式下燃油鍋爐燃燒特性的研究[D]. 濟(jì)南:山東大學(xué), 2015.

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