一氧化碳在循环流化床锅炉中的燃烧分析.docx

文章编号: 100026761 (2001) 0521396204一氧化碳在循环流化床锅炉中的燃烧分析王智微1 , 孙宝洪2(1. 国家电力公司热工研究院, 西安 710032; 2. 哈尔滨锅炉厂有限责任公司, 哈尔滨 150040)摘要: 介绍了一氧化碳在循环流化床 (C FB ) 锅炉中燃烧的研究状况, 结合已有的试验研究结果和 C FB 锅炉运行状况, 对实际测量的一氧化碳浓度场分布进行了分析, 简述了一氧化碳的燃烧对 C FB 锅炉的一些影 响。通过分析一氧化碳燃烧对氧气浓度场的影响, 增加氧气的后期混合有利于提高 C FB 锅炉的燃烧效率。图4 参 9关键词: 循环流化床锅炉; 核2环结构; 一氧化碳; 燃烧效率中图分类号: T K 229. 6文献标识码: A的体积份额比 CO 的体积份额小一个量级。T u rn b u ll 和 D av id so n 3 研究煤在流化条件 下挥发份的燃烧时认为, 挥发份在密相区的燃烧 分为以下 3 个范围:( 1 ) 970～ 1020K , 挥发份不发生燃烧反 应;前言随着循环流化床 (C FB ) 锅炉的燃料范围从燃 煤扩展到可燃污泥、甘蔗渣、麦杆等高挥发份燃0料, CO燃烧释放热量占锅炉总热量额的比例有很大增加, 甚至超过燃料固定碳直接燃烧释放的热量。1100～ 1170K , 挥发份只在气泡达到一(2)在循环流化床燃烧室 (C FBC ) 中, CO主要来源于以下 3 个方面:的生成定临界直径之后燃烧;( 3) 1170K , 气泡相和乳化相都有挥发份 燃烧。大量的试验研究认为: 在循环流化床燃烧条件下, CO 的燃烧反应速率比纯气相条件下的燃 烧反应速率小得多。( 1) 燃料热解生成的主要气体成分为 CO 、CH 4、CO 2、H 2;(2) CO 是 CH 4 燃烧生成的中间产物;(3) 碳燃烧生成 CO的生成比率为 1. 0。和 CO 2 , 且 CO和 CO 2CFBC 内一氧化碳燃烧分析在掺水或氢气时, CO 的燃烧反应类似于氢 气的分支链式反应, 但更为复杂。在 C FBC 内由于 水蒸汽和氢气的作用, CO 的燃烧反应属于分支 链式反应。CO 在 C FBC 内的燃烧模型可简化为: 在固 体颗粒周围的一定范围内, CO 的燃烧反应难以 进行, CO 的燃烧速率可用如下公式简化4 :1因此, 在 C FBC 内燃料燃烧主要为碳和 CO的燃烧, CO 是 C FB 锅炉的主要燃烧成份之一, CO 的燃烧对 C FBC 内的热量释放分布起着重要 作用, 研究 CO 在 C FBC 内的燃烧以及对 C FB 锅炉的影响是十分重要的。H ayh u r st 等1 的实验研究表明, C FBC 温度 小于 1000°C 时, 可燃气体在气泡相和稀相区燃 烧, 可燃气体的着火同流化床内气泡的直径大小 有关, CO 在 29mm 的气泡内着火。P h ilipp ek 等2 在燃烧污泥的循环流化床实验中测得碳氢化合物EpΑ+ Β+ Χr X ΑΒΧR CO = k 0 exp (-) ()R T R TCO X O 2X H 2O K ev(1)收稿日期: 2000208210作 者简介: 王智微 ( 1970 - ) , 男, 1999 年获清华大学硕士学 位, 现在国家电力公司热工研究院, 主要从事循环流化床锅 炉的设计和研究方面工作。从上式可看出, CO 在 C FBC 内的燃烧速率除了与燃烧温度、压力、气体浓度有关外, 还需要 乘上一个修正系数—— 有效空间反应系数 K ev。第 5 期动 力工 程·1397·有效空间反应系数 K ev 同 CO 周围的空隙率 Ε 有关:烧的实验中发现, 随着生物质掺加的比例增大, 排烟中的 CO 浓度减小。L eck n e r 和 K a r lsso n 6在 2K ev = 1 - K 3 (1 -台循环流化床的实验研究中也发现此现象。 他们认为: 这是由于生物质的含碳量小, 在旋风分离器 内 CO 的燃烧反应为主要因素, 而对燃烧循环流 化床碳在旋风分离器内的燃烧反应为主要因素。 由于 CO 和碳在旋风分离器内的燃烧, 必然造成 旋风分离器内的烟气温升。L eck n e r 和 K a r lsso n 在实验中还发现: 当锯末和煤的掺烧比 ( 按热量) 达到 27% 时, 旋风分离器内的烟气温升最高可达 到 50℃。在 C FB 锅炉的实际设计中应充分考虑 COΕ)(2)cd其中, K cd 为当量直径比, K cd = 1. 5- 1. 7。 由公式 2 可看出: 当空隙率 Ε较小时, 有效空间反应 系数小于零, CO 的燃烧反应不能进行