固体燃料燃烧过程的控制研究.doc

中习丁程热物理学会 燃烧学 鹚r晨年会 ：＆文编号：0[4026 固体燃料燃烧过程的控制研究 吕清刚，那永洁，包绍麟，高鸣 中国科掌院工程热物理研究所，北京 100080 010-luqg@public．east．net．cn 摘要：燃烧一直是^们关注的研究．本文通过螭述固体燃料的燃烧及燃烧过程．提出了燃烧过程 控书．的核心碳念，通过列举典型的在燃烧过程实现污染控制实例，说明燃烧过程控韵的必 要性和观实一肆、固体燃料燃烧的发展趋势以及燃烧过程控制所起的作用、对燃烧技术的发 崖提供新的探索方向。 关键词：燃烧．燃烧过程控制。部分燃烧，分级燃烧。 1月lj吾 对燃烧白。掌握真接导致了人类文明的进步。直到当代，燃烧仍然是重要构研究领 域，其中最为复杂的是固体燃料的燃烧，因为固体燃料燃烧不仅伴有多相流动及传热， 还有污染问题等，本文主要以固体化石燃料煤和其它固体衍生燃料为对象，研究固体 燃斟燃烧过程及其控制， 我国舵煤炭资源丰富，约占化石能源探明储量的90％，由于水能和其它可再生能 源’向开发受剑诸多条什的限制，因此在相当长的时期内，煤炭还将是我国的主要能源， 煤炭庄能源箱构中的主导地位不会改变。其中，煤炭近75％是通过燃烧完成利用业能 源转化的。娱炭的燃烧会产生大量的污染物(包括粉尘和有害气体)，园此如何在煤的 j封；烧过释中直接控制污染物的生成是一个值得深入研究的课题。 吲态瘦弃物的处理技术是当今竞相研究的热点，而固态废弃物焚烧处理是选刮蚓 态废弃物减量化、无害化和资源化的有效手段之一。对于固态废弃物焚烧，其重点是 控龃ii染物的生成与排放，将控制污染物生成引入燃烧过程控制，是一个迫切雨义重 要构峤宄课题， 燃烧的传统学科定义为激烈的发光发热的化学反应。因此燃烧是将燃料的化学能 转变为热能的主要方式。热动力系统(包括火力发电厂)的不可逆性和摊放的污染主要 采口丁燃料燃烧。闭此，一方面，燃烧设备的性能与燃料的品质决定了热动力系统的 热力学效率千【l污染排放特性．另一方面，从热力学的角度出发，热力循环的熵增主要 来白丁燃烧发热产生的高温与低温工质间的不可逆换热。一般而言，对于煤炭的燃烧， 人们最关心的是燃烧稳定与安全、燃烧完全司j燃烧排放，以及燃烧过程中的能量转换， 589  冈此，研究燃烧过程的控制技术是一个带有广泛及深刻的学科背景的研究领域。 由于煤炭和固体废弃物燃烧的复杂性，使得燃烧过程难于用经典方程全面表达， 也很难将燃烧用其它的统计数学方法进行严格的数字描述。因此围绕如何实现燃烧和 控制燃烧过程进行了广泛的实证式的实践．并取得了一定的成功。到目前为止，大规 模采用的固体燃料燃烧的方法有气粉相燃烧(煤粉燃烧)，大颗粒固定床燃烧和气固流 态化燃烧，人Hj主要研究燃料的燃烬性，燃烧安全性和抑制污染物的排放等方面，但 是吲体燃料的燃烧过程与控制的研究结果还远未形成技术与学科体系。本文分析和总 结了当前人们对燃烧过程控制的研究状况，提出固体燃料燃烧过程及控制的方向，试 图为持续不断地研究固体燃料的高效洁净燃烧与利用提供有益的探索与思考。 2燃烧过程控制 2 1燃烧过程控制的一般含义 燃烧过程控制源于受控燃烧(多种燃料)，主要是针对燃烧目的和取向的不同，进 而实现对影响燃烧的主要参量进行控制，以达到对燃烧的控制，其中包括燃烧速率的 控制、燃烧环境的控制、燃烧污染的控制和燃烧进程的控制。 燃烧速率的控制一般体现在燃烧温度的控制上，而燃烧温度的控制是通过使得燃 烧放热和换热达到热平衡来实现的，同时结合通过燃烧气氛的控制和燃烧的不均匀性 米逃剑控制燃烧进程和燃烧污染生成。 为了蚓体燃料的燃烧过程控制有效性，人们主要关心的是燃烧的燃烬性，燃烧的 安全性和燃烧的清沽性等方面。燃烧的安全性要求将燃烧温度控制在殴备允许范围内 并且使得燃烧稳定：燃烧的燃烬性要求最大限度地实现燃料的完全燃烧；燃烧的清洁 性要求燃烧过程对污染物的释放达到最小。根据人们对这些方面中的某些点的侧重， 通过不同的控制手段来达到完全不同的效果。例如，对于煤的燃烧，污染物主要为SO：．KO、 和荻渣，需要同时兼顾排放与燃烬；固体废弃物的焚烧，首要条件是污染物排放最低 和燃烧安全。 2 2燃烧过程控制的狭义意义 到目前为止，大规模采用的固体燃料燃烧的方法有气粉相燃烧(煤粉燃烧)，大颗 粒同定床燃烧和气同流态化燃烧。燃烧过程控制的El的为安全稳定、燃烬和低排放。 层燃燃烧，分为固定炉排和移动炉排，燃烧过程的控制停留在燃烬和燃烧稳定性 上。煤粉燃烧为火炬燃烧，主要定位于燃烧的安全性和燃烬性。虽然人们不断改进燃 烧器，有限地降低氮氧化物，通过配风和配粉实现稳定燃烧．但是由于燃料采崩高温 燃烧方法实现，这必然带来较高氯氧化物排放水平．目前关于煤粉的类石墨化、氨在