[发明专利]一种确定煤挥发分燃烧所需空气量的方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于热能工程领域，涉及一种确定煤挥发分燃烧所需空气量的方法及应用。

背景技术

在电力、机械、冶金和化工等行业中，常常利用煤粉在锅炉炉膛内燃烧以加热水产生动力蒸汽。煤粉在炉膛内燃烧要经历水分蒸发干燥、挥发分析出燃烧、焦炭着火燃尽等阶段；在煤粉的不同燃烧阶段，送入合理的空气量，不仅能够提高燃烧效率，而且还能降低氮氧化物的排放；因此，大容量锅炉在炉膛垂直方向上布置多种类型的空气喷嘴，这些喷嘴在不同燃烧阶段补充适当数量的空气，对燃烧过程进行精确控制，以获得最大的经济和环保效益。常用的空气喷嘴有周界风、辅助风、紧凑燃尽风和分离燃尽风等，其中周界风的主要作用，一是冷却煤粉喷嘴，二是调节煤粉喷嘴出口处空气和煤粉的比例，与输送煤粉的一次风共同提供煤的挥发分燃烧所需的空气；三是通过调节喷嘴出口处煤粉和空气的比例，控制挥发分燃烧期间氮氧化物(NOx)的生成。

因此，周界风风量的调整和控制与煤挥发分燃烧所需要的空气量密切相关。挥发分是煤粉加热到一定阶段析出的气态物质，这种物质的元素组成不同于原煤，它是中间产物，只瞬间存在于燃烧过程中；在原理上，通过测定挥发分中各种元素的含量，对其中可燃成分进行燃烧化学计算分析，可以得到挥发分燃烧所需的空气量；但这种方法测量系统复杂，成本高，在实际生产中，还未见通过测定挥发分的元素含量来确定燃烧所需的空气量；目前，由于挥发分燃烧所需要的空气量缺乏检测手段，周界风风量的控制还处于较为盲目的阶段。

而原煤成分和发热量等指标的检测方法已非常成熟，煤工业成分和元素成分的检测在实际生产中已成为日常工作；本发明通过对煤常规成分的检测，确定挥发分燃烧所需的空气量，无需对挥发分进行实际采样和独立测定，这一发明使煤粉燃烧器周界风风量的准确控制得以实现。

发明内容

为解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种确定煤挥发分燃烧所需空气量的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种确定煤挥发分燃烧所需空气量的方法，包括如下步骤：

1)对原煤分别进行全水分测定、工业分析和煤元素分析，获得相应的煤质特性分析指标；

2)根据煤基准换算公式，获得煤的收到基固定碳含量，收到基灰分含量以及收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量，上述含量均为质量百分比；

3)根据煤的收到基固定碳含量求得1千克煤产生的固定碳完全燃烧时所需要的空气质量；

4)根据煤的收到基水分含量、收到基灰分含量以及收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量，计算1千克煤完全燃烧所需的空气质量；

5)根据1千克煤产生的挥发分燃烧所需的空气质量＝1千克煤完全燃烧所需的空气质量-1千克煤产生的固定碳完全燃烧时所需要的空气质量，求得挥发分燃烧所需的空气量。

进一步地，所述煤的收到基水分含量、煤的空气干燥基水分含量①空气干燥基灰分含量①和空气干燥基挥发分含量通过全水分测定和工业分析获得；所述空气干燥基碳含量、空气干燥基氢含量、空气干燥基氧含量、空气干燥基氮含量、空气干燥基硫含量、空气干燥基灰分含量②和空气干燥基水分含量②通过煤元素分析获得。(上述煤质特性指标含义参见：[1]张军，电力用煤煤质特性指标浅析[J].煤质技术2007.6)

进一步地，所述收到基碳含量、收到基氢含量、收到基氧含量、收到基氮含量、收到基硫含量计算方法如下：

先计算系数③：

系数③＝(100-收到基水分含量-收到基灰分含量)÷100

再计算各种收到基煤元素含量：

收到基碳含量＝系数③×干燥无灰基碳含量；

收到基氢含量＝系数③×干燥无灰基氢含量；

收到基氧含量＝系数③×干燥无灰基氧含量；

收到基氮含量＝系数③×干燥无灰基氮含量；

收到基硫含量＝系数③×干燥无灰基硫含量。

进一步地，所述干燥无灰基碳含量、干燥无灰基氢含量、干燥无灰基氧含量、干燥无灰基氮含量、干燥无灰基硫含量的计算方法如下：

先计算系数②：

系数②＝100÷(100-空气干燥基灰分含量②-空气干燥基水分含量②)

再计算各种干燥无灰基元素含量：

干燥无灰基碳含量＝系数②×空气干燥基碳含量；

干燥无灰基氢含量＝系数②×空气干燥基氢含量；

干燥无灰基氧含量＝系数②×空气干燥基氧含量；