新的燃燒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型之一當量煤粉濃度

1、新的燃燒優(yōu)化數(shù)學(xué)模型（一）當量煤粉濃度的計算模型及其應(yīng)用火電廠排放的NOX是一種十分重要的大氣污染，如何降低煤粉鍋爐的NOX排放已經(jīng)成為當前一項十分緊迫的任務(wù)。其中采用低NOX煤粉燃燒器是較為常用和相對比較經(jīng)濟的降低NOX排放的方法，但是，以往對低NOX燃燒器的設(shè)計主要是依靠試驗，對于低NOX燃燒器的有效煤種適應(yīng)范圍沒有做過討論。本文提出了計算當量煤粉濃度與可燃基揮發(fā)分、收到基發(fā)熱量之間的定量關(guān)系，通過當量煤粉濃度的分析，可以指出低NOX燃燒器的煤種適應(yīng)范圍，對低NOX燃燒器的設(shè)計提供指導(dǎo)；同時也可以對燃煤煤質(zhì)的燃燒穩(wěn)定性進行分類；對于電站鍋爐燃燒的優(yōu)化運行系統(tǒng)，提供了一個新的數(shù)學(xué)模型。1 計

2、算方法內(nèi)容及其推導(dǎo)1.1 計算方法的表述計算方法可以表述如下：對于燃用劣質(zhì)煤的鍋爐來說，一次風(fēng)中揮發(fā)分完全燃燒時的當量煤粉濃度與煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分、收到基發(fā)熱量的乘積約等于常數(shù)2941。這里參數(shù)單位分別是：當量煤粉濃度，kg(C)/kg(A),即1kg空氣中所攜帶的煤粉量；收到基發(fā)熱量，KJ/kg。1.2 計算方法的推導(dǎo)計算方法的推導(dǎo)基于以下兩個論據(jù)：（1） 煤粉燃燒所需的理論空氣量與其發(fā)熱量成正比，由文獻【3】可知，每千克煤粉所需的理論空氣量的質(zhì)量可以采用公式（1）計算。M=2.63*Qar,net,p/10000*1.293 (1)式中，Qar,net,p煤的收到基低位發(fā)熱量。（2） 揮發(fā)分

3、燃燒所需的空氣量與煤燃燒所需的理論空氣量的比值約等于可燃基揮發(fā)分。本觀點在文獻【2】、文獻【3】中均給出了肯定的答案。煤粉濃度的定義是每千克空氣攜帶的煤粉量。這里特別應(yīng)注意的是煤粉濃度定義中的分母代表的是一次風(fēng)質(zhì)量，這里指1kg；分子代表的是所攜帶的煤粉量。若該煤粉量中揮發(fā)分燃燒所需空氣質(zhì)量等于分母所代表的一次風(fēng)量，即等于1kg，則此煤粉量所代表的煤粉濃度即為當量煤粉濃度。Cpc.op*2.63*Qar,net,p/10000*1.293*Vdaf=1 (2)式中Cpc.op當量煤粉濃度；Vdaf可燃基揮發(fā)分。該公式簡化后為Cpc.op*Qar,net,p*Vdaf2941 （3）2 當量煤粉

4、濃度對不同煤種燃燒穩(wěn)定性進行判斷2.1 應(yīng)用當量煤粉濃度對不同煤種燃燒穩(wěn)定性進行判斷公式（3）表明，當量煤粉濃度值隨著收到基低位發(fā)熱量、可燃基揮發(fā)分的增加而減少。表1 對不同煤種當量煤粉值的計算序號煤種發(fā)熱量揮發(fā)分煤粉濃度值KJ/kgVdafKg(C)/kg(A)1京西無煙煤2304062.1272陽泉無煙煤2640091.2383西山貧煤24720150.794芙蓉貧煤1309013.31.6895撫順煙煤22415460.2856大同煙煤2780024.70.428常規(guī)一次風(fēng)粉中煤粉濃度為0.25-0.55kg(C)/kg(A)，從表1可以看出，對于無煙煤和貧煤來說，其當量煤粉值都大于常規(guī)

5、數(shù)值。對于煙煤當量煤粉濃度值一般處于常規(guī)數(shù)值范圍內(nèi)，從燃燒角度看，不采用穩(wěn)燃技術(shù)燃燒也不成問題。對于不同煤質(zhì)的燃燒穩(wěn)定性，應(yīng)用何種指標去準確衡量成為煤燃燒領(lǐng)域的一個實際問題?？偟膩碚f，目前國內(nèi)外普遍采用可燃基揮發(fā)分作為燃煤燃燒穩(wěn)定性的分類指標，但實踐表明該指標對燃煤來說并不合適；應(yīng)用本公式，并基于常規(guī)煤粉濃度的基本知識，提出了新的基于當量煤粉濃度的分類方法，見表2。表2 基于當量煤粉濃度值分類標準PPCOP<0.550.55-0.70.7-1>1類別易燃中等易燃難燃極難燃應(yīng)用本燃燒判別標準是基于當量煤粉濃度指標，該指標離正當運行的煤粉濃度值越遠，則越難燃燒，該指標容易理解，使用非常

6、方便。2.2 應(yīng)用當量煤粉濃度判斷低NOX燃燒器煤種適應(yīng)性對于低NOx燃燒器，當煤粉濃度等于當量煤粉濃度時NOX排放量最大。常規(guī)一次風(fēng)粉中每千克空氣所攜帶的煤粉質(zhì)量為0.25-0.55kg, 如果通過煤質(zhì)計算當量煤粉濃度值在0.25-0.55的范圍內(nèi)，通過濃淡分離，使分離后濃淡兩側(cè)的煤粉濃度均偏離當量煤粉濃度值，可以降低NOX的排放。如果計算得到的當量煤粉濃度值為0.55-0.75kg/kg，由于濃淡分離后濃側(cè)可以處于還原性氣氛或略處于還原性氣氛，淡側(cè)處于強氧化性氣氛，對降低NOX依然有一定作用，但對提高燃燒穩(wěn)定非常有益。當當量煤粉濃度值超過0.75以后，由于實際一次風(fēng)管中煤粉濃度值遠遠小于當量煤粉濃度值，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性下降，通過煤粉濃淡燃燒可以使?jié)鈧?cè)的煤粉濃度接近當量煤粉濃度值，但無論是濃側(cè)還是淡側(cè)都更可能處于氧化性氣氛，揮發(fā)分燃燒生成的NOX無法得到還原，本來淡側(cè)氧化性氣氛使NOX排放降低的原因是由于燃燒溫度低，熱力型NOX的形成減少，但由于此時煤種燃燒穩(wěn)定性差，往往通過提高爐膛內(nèi)溫度的方法提高燃燒穩(wěn)定性，因此此時熱力型NOx并沒有減少，所以對于低NOx燃燒器而言，當當量煤粉濃度大于0.75時，低NOX濃淡燃燒器對降低NOX的排放效果很小，但對提高燃燒穩(wěn)定性有好處。3 結(jié)論本文簡要介紹了計算當量煤粉濃度的計算方法，同時指