循环流化床焦炭颗粒粒度分布数值计算及优化

摘要

飞灰含碳量较高是循环流化床锅炉运行中存在的主要问题之一。从理论上分析可知，不能在炉膛内一次燃烬、且又不能被分离器捕捉的粒径范围内的焦炭颗粒造成了飞灰中的含碳量。
　　本文数值计算研究煤燃烧过程中沿炉膛高度焦炭颗粒的粒度分布，旨在通过调节给煤粒度分布来调节炉膛出口焦炭粒度分布，使飞灰粒径范围内的焦炭颗粒质量份额降至最低，从而降低飞灰含碳量。为了得到煤一次破碎后的焦炭粒度分布，本文对内蒙褐煤、平朔混煤、朔州贫煤、郑州烟煤四个典型煤种进行了一系列的实验，详细分析了煤种中各成分对于煤种一次破碎特性、成灰磨耗特性和燃烬特性的影响，拟合出了一次破碎后的焦炭平均粒径与破碎前的平均粒径、温度和煤种特性之间的关系式，为循环流化床锅炉焦炭粒度分布优化提供了所需的燃煤特性数据。
　　本课题针对山西省平朔煤矸石电厂1060t/h循环流化床锅炉，数值计算研究焦炭颗粒粒度分布沿炉膛高度的变化规律，开发了循环流化床锅炉焦炭颗粒粒度分布优化软件，为降低锅炉飞灰含碳量提供技术支持。软件中包括床料粒度分布模块、物料浓度分布模块、焦炭燃烧模块和优化模块。研究不同煤种及不同给煤粒度分布下的焦炭粒度分布，分析了煤种和给煤粒度分布对炉内含碳量、烟气含氧量、温度、分离器后燃特性和飞灰含碳量的影响。研究结果显示，煤种中挥发分和固定碳质量份额越高，炉膛中焦炭燃烧速率越高，飞灰含碳量越低;随着给煤粒度中细焦炭颗粒质量份额的增加，炉膛出口处主要形成飞灰的焦炭颗粒质量份额先减小后增大，同时飞灰含碳量先减小后增大，当飞灰含碳量最小时对应的给煤粒度分布为最优给煤粒度分布。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 清洁煤燃烧技术

1．1．2 循环流化床锅炉飞灰含碳量研究背景

1．1．3 影响飞灰含碳量的主要因素

1．2 循环流化床焦炭燃烧的研究概况

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

1．3．1 本课题主要研究内容

1．3．2 本课题创新点

1．4 本章小结

第二章 循环流化床一次破碎、成灰和燃烬特性实验研究

2．1 实验煤质分析

2．2 燃煤一次破碎特性研究

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验过程

2．2．3 实验结果与分析

2．3 成灰特性

2．3．1 实验装置及实验过程

2．3．2 实验结果与分析

2．4 燃烬特性

2．4．1 实验装置及实验过程

2．4．2 实验结果与分析

2．5 本章小结

第三章 循环流化床锅炉焦炭粒度分布数值模型

3．1 循环流化床锅炉燃烧系统整体模型特点

3．2 各子模型间的关联

3．3 小室模型

3．3．1 氧量平衡方程

3．3．2 炭质量平衡方程

3．3．3 能量平衡方程

3．4 焦炭燃烧模型

3．4．1 一次破碎模型

3．4．2 扬析夹带模型

3．4．3 焦炭颗粒的燃烧模型

3．4．4 磨耗模型

3．4．5 停留时间模型

3．4．6 排渣模型

3．4．7 飞灰模型

3．4．8 传热模型

3．5 本章小结

第四章 循环流化床焦炭粒度分布数值计算及优化

4．1 循环流化床锅炉焦炭粒度分布数值计算

4．1．1 计算模型

4．1．2 模型计算稳定性验证及分析

4．1．3 焦炭粒度分布

4．2 不同煤种下的焦炭粒度分布

4．2．1 焦炭粒度分布

4．2．2 含碳量

4．2．3 飞灰中焦炭粒度分布

4．2．4 飞灰含碳量

4．3 给煤粒度分布对焦炭粒度分布的影响

4．3．1 给煤粒度分布对焦炭粒度分布的影响

4．3．2 给煤粒度分布对含氧量分布的影响

4．3．3 给煤粒度分布对含碳量分布的影响

4．3．4 给煤粒度分布对温度分布的影响

4．3．5 给煤粒度分布对飞灰含碳量的影响

4．4 焦炭粒度分布优化

4．4．1 焦炭粒度分布优化目标函数

4．4．2 典型煤种的最优给煤粒度分布

4．5 循环流化床锅炉焦炭燃烧优化软件

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 完成的工作

5．2 结论

5．3 课题展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文