无烟煤锅炉煤种适应性研究

论文摘要

我国电力工业迅速发展,迫使许多电站锅炉燃用非设计煤种。这导致锅炉燃烧不稳,燃烧效率偏低,炉膛结渣等问题。因此,提高电站锅炉燃用非设计煤种安全性和经济性,拓宽锅炉煤种适应性,一直是电力行业亟需改进或解决的重要课题。目前,100MW级的燃煤机组装机容量仍占相当大的比例,对这一级别燃煤机组锅炉开展研究具有重要意义。本文以两台不同型号的125MW无烟煤锅炉（SG420/13.7-M419、DG420/13.7-Ⅱ2）为对象,采用实验室试验、数值模拟、设备改造和工业化试验相结合的研究方法,系统地研究了该无烟煤锅炉对燃用低挥发分无烟煤及其混煤的适应性,建立了配煤及燃烧优化决策支持专家系统,以期有效指导无烟煤锅炉配煤和燃烧优化,提高运行安全性和经济性。对以越南无烟煤为主的8种煤与不同比例混煤,开展了全面的试验测试,获得了煤质特性、燃烧特性、结渣特性等基本评价信息。基于此,综合考虑燃煤价格因素、着火、燃尽和结渣特性,采用模糊数学方法和多级评判模型,研究并推荐了不同无烟煤混煤的最佳配比。开展了无烟煤混煤沉降炉燃烧试验,在接近煤粉实际燃烧条件下,进一步考察了混煤的燃烧特性。结果表明:越南无烟煤与阳泉煤混烧有利于改善着火特性,而与东北贫煤混烧则更有利于改善燃尽和结渣特性,与西南煤混烧可同时改善着火和燃尽特性;越南无烟煤与阳泉煤最佳配比为2.53:1,与东北贫煤最佳配比为22.5:1,与西南煤最佳配比为22.5:1。研究结果可为电厂选择煤种、混煤配比和锅炉运行调整提供有力的指导采用双混合分数方法对无烟煤混煤在两台不同型号的125MW无烟煤锅炉炉内燃烧过程进行了优化数值模拟,比较不同配风方式、一次风速、过量空气系数对炉内空气动力场、温度场、氧量场、辐射热流、煤粉燃尽率等的影响,获得了优化信息。对于所研究的两种型号125MW无烟煤锅炉,正宝塔配风和较大的过量空气系数能够获得较高的煤粉燃尽率,较低的一次风速有利于增强锅炉燃烧稳定性;适当提高下层二次风风量,可有效减少灰渣可燃物损失。对SG420/13.7-M419型锅炉进行了设备适应性技术改造:（1）增加64m2的炉膛卫燃带;（2）更换给粉机,将出力由6t/h增加到7.5t/h;（3）粗粉分离器更换为串联双轴向高效分离器;（4）加大燃烧器喷口面积,并加装稳燃齿。根据混煤最佳配比和数值模拟研究的结果,对两台无烟煤锅炉开展了多工况燃烧优化工业化试验研究,获得了丰富的优化信息。对于SG420/13.7-M419型锅炉:（1）锅炉燃烧稳定性明显增强,炉膛没有出现严重结渣和超温等问题,能够安全燃用无烟煤混煤;（2）煤质特性较好时,正宝塔配风方式、烟气氧量为3～4%利于降低飞灰含碳量,提高锅炉效率,这与数值模拟结果是一致的;（3）统计的飞灰含碳量从优化前的约21%下降到优化后约8%,下降了约13%,锅炉效率提高了46%,发电标煤耗降低约20克/kw.h。对于DG420/13.7-Ⅱ2型锅炉:（1）在90MW负荷以上推荐采用正宝塔配风;（2）当在90MW负荷以下时,推荐采用缩腰工况。基于上述研究结果,建立了无烟煤锅炉配煤及燃烧优化决策支持专家系统。采用灰色关联方法来近似推荐混煤最佳配比,指导混煤掺烧。采用BP人工神经网络建立了煤质特性、运行条件与锅炉效率之间的简单适用的模型。选取最重要的有代表性的四个参数--煤的挥发份、发热量、二次风配风和烟气氧量,作为输入参数,锅炉效率作为输出参数。二次风配风采用上、下二次风风门开度比值R表征。基于该模型,提出一种简洁的锅炉燃烧优化策略:根据入炉煤的挥发份和发热量,直接获得二次风配风和烟气氧量的优化信息,建立锅炉燃烧优化信息库,指导锅炉燃烧优化,并进行了应用验证测试。对于SG420/13.7-M419型锅炉,当燃用越南无烟煤和阳泉煤的混煤时,采用专家系统所推荐的最佳配比及燃烧优化信息,锅炉热效率平均为89.91%,相比优化前的86%有明显的提高。该系统可为锅炉混配煤和燃烧过程优化决策提供支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 四角切圆锅炉燃烧无烟煤研究现状
• 1.3 混煤燃烧研究及工程应用的现状
• 1.4 混煤燃烧过程数值模拟的研究现状
• 1.5 电站锅炉燃烧优化技术研究及应用现状
• 1.6 本文的工作
• 2 无烟煤及其混煤燃烧特性与混煤最佳配比研究
• 2.1 引言
• 2.2 无烟煤及其混煤燃烧特性试验
• 2.3 无烟煤混煤最佳配比研究
• 2.4 无烟煤混煤燃烧特性沉降炉试验
• 2.5 本章小结
• 3 无烟煤混煤炉内燃烧优化数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 锅炉概况
• 3.3 数学模型及计算方法
• 3.4 SG420/13.7-M419 型锅炉计算结果与分析
• 3.5 DG420/13.7-Ⅱ2 型锅炉计算结果与分析
• 3.6 本章小结
• 4 无烟煤锅炉混煤燃烧优化试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 无烟煤锅炉设备适应性技术改造
• 4.3 试验研究内容
• 4.4 SG420/13.7-M419 型无烟煤锅炉燃烧优化结果与讨论
• 4.5 DG420/13.7-Ⅱ2 型无烟煤锅炉燃烧优化结果与讨论
• 4.6 本章小结
• 5 无烟煤锅炉配煤及燃烧优化决策支持专家系统
• 5.1 引言
• 5.2 灰色关联相关分析方法在混配煤指导中的应用
• 5.3 无烟煤锅炉燃烧优化信息库的建立与应用
• 5.4 无烟煤锅炉配煤及燃烧优化决策支持专家系统
• 5.5 专家系统应用验证
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结及建议
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 作者在攻读博士学位期间的科研成果
• 附录2 获奖证明