CN107036125A - 确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法，包括：第一步：模拟高海拔环境，通过燃煤在试验台架上的燃烧试验获取所述燃煤在高海拔状态下的烧特征参数；第二步：根据特征参数，得到燃煤的燃煤飞灰含碳量与燃煤的煤粉在锅炉内的停留时间的相关性；第三步：通过飞灰含碳量与煤粉在锅炉内的停留时间的相关性，得到实际锅炉设计时要求达到的飞灰含碳量限值下对应的煤粉在炉内的停留时间值，结合煤粉在炉膛内的烟气流速，得到炉膛的燃尽高度。该燃尽高度的确定方法使高海拔地区锅炉设计更有科学依据，避免了仅凭经验公式确定高海拔地区锅炉燃尽高度可能造成燃尽时间不足而带来飞灰含碳量高、锅炉燃烧效率低的问题，有效地降低了锅炉设计风险。

Description

确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法

技术领域

本发明涉及煤粉锅炉设计技术领域，具体而言，涉及一种确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法。

背景技术

鱼卡煤属于灰分较高、挥发分较高、热值中等的烟煤。在非常规的锅炉(所在地海拔高度>700m的高原地区)设计中，按照《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》(DL/T831-2002)的要求，燃用该煤种的锅炉的燃尽高度h1应按照公式进行修正。

对于切向燃烧及墙式燃烧锅炉，如采用炉膛燃尽区高度h1作炉膛选型轮廓特征参数之一时，则高原地区锅炉的燃尽高度h的取值应按下式进行修正：

h＝h₁×(P/P_o)^-1/3。

由于燃煤煤质不同，燃烧性能受海拔影响的程度有所不同，因此准确掌握燃煤在相应海拔下的着火、燃尽以及结渣等燃烧性能参数，及其与在平原地区燃煤的差异，才能准确为高海拔地区锅炉的设计提供准确的参考依据。目前实际已投运的高海拔锅炉运行结果表明，大都存在着飞灰含碳量高(一般飞灰含碳量在8～10％)、煤粉燃尽率低的特点，不能满足我国日益严格的节能标准，也造成了严重的资源浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种确定高海拔地区煤粉锅炉燃尽高度的方法，以解决目前高原地区锅炉的燃尽高度设计不合理的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法，包括：第一步：模拟高海拔环境，通过燃煤在试验台架上的燃烧试验获取所述燃煤在高海拔状态下的烧特征参数；第二步：根据特征参数，得到燃煤的燃煤飞灰含碳量与燃煤的煤粉在锅炉内的停留时间的相关性；第三步：通过飞灰含碳量与煤粉在锅炉内的停留时间的相关性，得到在实际锅炉设计时要求达到的飞灰含碳量限值下对应的煤粉在炉内的停留时间值，结合煤粉在炉膛内的烟气流速，得到炉膛的燃尽高度。

进一步地，将飞灰含碳量和煤粉的燃尽率与燃煤在试验锅炉内的煤粉的停留时间进行曲线拟合得到关系曲线图；根据实际锅炉设计要求限制的飞灰含碳量，在关系曲线图中找出与飞灰含碳量相匹配时的实际停留时间；根据实际停留时间与燃煤的烟气流速，计算出设计锅炉的炉膛的燃尽高度。

进一步地，煤粉锅炉燃尽高度为h，单位为m，通过以下公式获得：h＝τ*W_y，其中，τ为锅炉要求达到的煤粉在炉内的停留时间，单位为s；W_y为燃煤在锅炉的烟气流速，单位为m/s。

进一步地，W_y为燃煤在炉膛内的平均烟气流速，单位为m/s，W_y通过以下公式获得：W_y＝0.3712×B_j×V_y×(273+θ_p)/a/b/P_d，其中，B_j为计算燃料量，单位为kg/s；V_y为1kg燃料在标准状态下燃烧产生的烟气体积，Nm³/kg；a为锅炉的炉膛宽度，单位为m；b为锅炉的炉膛深度，单位为m；P_d为当地大气压强，单位为kPa；θ_p为炉膛内的烟气温度，单位为℃。

进一步地，θ_p通过以下公式获得：θ_p＝(θ₁×θ₂)^0.5，其中，θ₁为炉膛内的火焰平均温度，单位为℃；θ₂为燃烧器区域的火焰平均温度，单位为℃。

进一步地，θ₁通过以下公式获得：θ₁＝0.925(θ_a×θ”)^0.5，其中，θ”为炉膛出口的温度，单位为℃；θ_a为燃煤的理论燃烧温度，单位为℃。

进一步地，θ₂通过以下公式获得：θ₂＝1144+249×ln(0.86qFZ)，其中，qFZ为炉膛的折算热负荷，单位为MW/m²。

进一步地，折算热负荷qFZ通过以下公式获得：

qFZ＝Q_net,ar×B_j/[2a×b×n_f×c×(a+b)]^0.5/1000，其中，Q_net,ar为燃煤的收到基低位发热量，单位为kJ/kg；B_j为计算燃料量，单位为kg/s；a为炉膛的宽度，单位为m；b为炉膛的深度，单位为m；n_f为燃烧器的层数；c为燃烧器的之间的平均间距，单位为m。

应用本发明的技术方案，确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法包括以下步骤：第一步：模拟高海拔环境，通过燃煤在试验台架上的燃烧试验获取所述燃煤在高海拔状态下的烧特征参数通。第二步：根据特征参数，得到燃煤的燃煤飞灰含碳量与燃煤的煤粉在锅炉内的停留时间的相关性。第三步：通过飞灰含碳量与煤粉在锅炉内的停留时间的相关性，得到在实际锅炉设计时要求达到的飞灰含碳量限值下对应的煤粉在炉内的停留时间值，结合煤粉在炉膛内的烟气流速，得到炉膛的燃尽高度。该高海拔地区煤粉锅炉的燃尽高度的确定方法使高海拔地区锅炉的燃尽高度的确定更有科学依据，避免了仅凭经验公式确定可能造成高海拔地区锅炉飞灰含碳量高和燃尽率低的问题，有效地降低了锅炉设计风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的确定燃煤的燃尽高度的方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实验飞灰含碳量、实验煤粉燃尽率与、第一停留时间的关系曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，根据本发明的一个方面，提供了一种确定高海拔地区煤粉锅炉的燃尽高度的方法。在本发明的一个具体的实施例中，该方法包括获取燃煤的燃烧参数信息；根据实际限制的飞灰含碳量以及燃烧参数信息，得到燃煤的实际停留时间；根据实际停留时间与燃煤的煤烟的速度，得到燃煤的燃尽高度。

具体地，确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法，包括以下步骤：第一步：模拟高海拔环境，通过燃煤在试验台架上的燃烧试验获取所述燃煤在高海拔状态下的烧特征参数通。第二步：根据特征参数，得到燃煤的燃煤飞灰含碳量与燃煤的煤粉在锅炉内的停留时间的相关性。第三步：通过飞灰含碳量与煤粉在锅炉内的停留时间的相关性，得到在实际锅炉设计时要求达到的飞灰含碳量限值下对应的煤粉在炉内的停留时间值，结合煤粉在炉膛内的烟气流速，得到炉膛的燃尽高度。

将飞灰含碳量和煤粉的燃尽率与燃煤在试验锅炉内的煤粉的停留时间进行曲线拟合得到关系曲线图。根据实际锅炉设计要求限制的飞灰含碳量，在关系曲线图中找出与飞灰含碳量相匹配时的实际停留时间；根据实际停留时间与燃煤的烟气流速，计算出设计锅炉的炉膛的燃尽高度。

在本实施例中，该高海拔地区煤粉锅炉的燃尽高度的确定方法使锅炉的燃尽高度的确定更有科学依据，避免了仅凭经验公式确定锅炉的燃尽高度可能造成燃尽高度设计不足的问题，有效地降低了锅炉设计风险。利用该方法确定锅炉的燃尽高度，方法简单可靠，通用性强，对其它煤种在高海拔条件下的锅炉燃尽高度确定同样适用。

如图1所示，燃烧参数信息包括实验飞灰含碳量和实验煤粉燃尽率，将实验飞灰含碳量和实验煤粉燃尽率与燃煤在锅炉的炉膛内的实验留时间进行曲线拟合得到关系曲线图。根据实际限制的飞灰含碳量在关系曲线图中找出与飞灰含碳量相匹配时的实际停留时间。根据实际停留时间与烟气平均速度计算出燃煤燃尽的高度。具体确定方法如下：

若燃煤燃尽的高度为h可以通过以下公式获得：

h＝τ*W_y，

其中，为锅炉要求达到的煤粉在炉内的停留时间，单位为s。W_y为烟气的平均速度，单位为m/s。W_y可以通过以下公式获得：

W_y＝0.3712×B_j×V_y×(273+θ_p)/a/b/P_d，

其中，B_j为计算燃料量，单位为kg/s。V_y为1kg燃料在标准状态下燃烧产生的烟气体积，Nm³/kg。a为高海拔地区锅炉的炉膛的宽度，单位为m。b为高海拔地区锅炉的炉膛的深度，单位为m。P_d为当地大气压强，单位为kPa。θ_p为炉膛内的平均温度，单位为℃。

进一步地，θ_p通过以下公式获得：

θ_p＝(θ₁×θ₂)^0.5，

其中，θ₁为炉膛内的火焰平均温度，单位为℃；θ₂为燃烧器区域的火焰平均温度，单位为℃。θ₁和θ₂通过以下公式获得：

θ₁＝0.925(θ_a×θ”)^0.5，

其中，θ”为炉膛出口的温度，单位为℃，θ_a为燃煤的理论燃烧温度，单位为℃。

θ₂＝1144+249×ln(0.86qFZ)，

其中，

qFZ为炉膛的折算热负荷，单位为MW/m²。

qFZ＝Q_net,ar×B_j/[2a×b×n_f×c×(a+b)]^0.5/1000，

其中，Q_net,ar为燃煤的收到基低位发热量，，单位为kJ/kg，B_j为计算燃料量，单位为kg/s，a为炉膛的宽度，单位为m。b为炉膛的深度，单位为m，n_f为燃烧器的层数，c为燃烧器的之间的平均间距，单位为m。

相对于现有技术，本发明对于燃用劣质烟煤、布置在高海拔地区的电站锅炉，具有如下的优点：

1、利用高海拔燃烧试验台模拟真实锅炉燃烧环境，使锅炉燃尽高度的确定更有科学依据，避免了现有技术中仅凭经验公式确定锅炉燃尽高度可能导致燃尽高度设计不合理的问题，降低了锅炉的设计风险；

2、利用该方法确定锅炉的燃尽高度简单可靠，通用性强，对其它煤种在高海拔或非高海拔条件下的锅炉燃尽高度确定同样适用。

如图2所示，测量鱼卡煤锅炉在高海拔条件下燃烧时飞灰含碳量和煤粉燃尽率与其炉内停留时间的关系曲线，根据所要求的飞灰含碳量限值(如飞灰含碳量<3％)及其对应的煤粉燃尽率，由图2查出所对应的停留时间τ。利用公式h＝τ*W_y计算锅炉的燃尽高度h。

具体地，首先通过试验装置得到实验停留时间与实验飞灰含碳量、实验煤粉燃尽率的关系曲线，然后根据图2，得到较低的飞灰含碳量为3.3％、对应的实验煤粉燃尽率为98.8％时所对应的停留时间为1.74s，再根据上述公式计算出烟气在炉内的上升速度为14.3m/s，最后按上述公式得到实际锅炉的燃尽高度24.8m，较《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》推荐值的上限23.2m仍高1.6m。该方法可以使新建锅炉达到更好的燃尽率指标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种确定煤粉锅炉炉膛燃尽高度的方法，其特征在于，包括：

第一步：模拟高海拔环境，通过燃煤在试验台架上的燃烧试验获取所述燃煤在高海拔状态下的烧特征参数；

第二步：根据所述特征参数，得到所述燃煤的燃煤飞灰含碳量与所述燃煤的煤粉在锅炉内的停留时间的相关性；

第三步：通过所述飞灰含碳量与所述煤粉在所述锅炉内的停留时间的相关性，得到在实际锅炉设计时要求达到的飞灰含碳量限值下对应的煤粉在炉内的停留时间值，结合所述煤粉在炉膛内的烟气流速，得到所述炉膛的燃尽高度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述飞灰含碳量和所述煤粉的燃尽率与所述燃煤在试验锅炉内的煤粉的停留时间进行曲线拟合得到关系曲线图；

根据实际锅炉设计要求限制的飞灰含碳量，在所述关系曲线图中找出与所述飞灰含碳量相匹配时的实际停留时间；

根据所述实际停留时间与所述燃煤的烟气流速，计算出设计锅炉的炉膛的燃尽高度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述煤粉锅炉燃尽高度为h，通过以下公式获得：

h＝τ*W_y，

其中，

所述τ为所述锅炉要求达到的煤粉在炉内的停留时间，单位为s；

所述W_y为所述燃煤在锅炉的烟气流速，单位为m/s。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述W_y为所述燃煤在所述炉膛内的平均烟气流速，单位为m/s，所述W_y通过以下公式获得：

W_y＝0.3712×B_j×V_y×(273+θ_p)/a/b/P_d，

其中，

所述B_j为计算燃料量，单位为kg/s；

所述V_y为1kg燃料在标准状态下燃烧产生的烟气体积，Nm³/kg；

所述a为所述锅炉的炉膛宽度，单位为m；

所述b为所述锅炉的炉膛深度，单位为m；

所述P_d为当地大气压强，单位为kPa；

所述θ_p为所述炉膛内的烟气温度，单位为℃。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述θ_p通过以下公式获得：

θ_p＝(θ₁×θ₂)^0.5，

其中，

所述θ₁为所述炉膛内的火焰平均温度，单位为℃；

所述θ₂为燃烧器区域的火焰平均温度，单位为℃。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述θ₁通过以下公式获得：

θ₁＝0.925(θ_a×θ”)^0.5，

其中，

所述θ”为所述炉膛出口的温度，单位为℃；

所述θ_a为所述燃煤的理论燃烧温度，单位为℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述θ₂通过以下公式获得：

所述θ₂＝1144+249×ln(0.86qFZ)，

其中，

所述qFZ为所述炉膛的折算热负荷，单位为MW/m²。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述折算热负荷qFZ通过以下公式获得：

qFZ＝Q_net,ar×B_j/[2a×b×n_f×c×(a+b)]^0.5/1000，

其中，

所述Q_net,ar为所述燃煤的收到基低位发热量，单位为kJ/kg；

所述B_j为计算燃料量，单位为kg/s；

所述a为所述炉膛的宽度，单位为m；

所述b为所述炉膛的深度，单位为m；

所述n_f为所述燃烧器的层数；

所述c为所述燃烧器的之间的平均间距，单位为m。