富氧燃烧烟气循环过程建模及燃烧产物体积变化特性研究.pdf

第 44 卷第 3 期 2013 年 5 月 锅 炉 技术 B 0 IL E R T E C H N O L 0 G Y V 01 44 。N o 5 Ma y ，2 0 13 【 燃 料 与燃烧】 富氧燃烧 烟气 循环过程建模及燃烧产 物体 积变化特性研 究 夏 璐 ，王 恩禄 ，汪丽芬 ，宋治璐 (上海交通大学 热能工程研究所 ，上海200240) 摘 要 ： 以 300 M w 煤 粉锅 炉为例 ， 详细计算并分 析比较了烟气再 循环方 式及锅 炉漏风 系数对 富氧燃烧锅 炉燃烧产 物成分变 化规 律。根据富氧燃烧不同烟气再循环方式 ， 建立了富氧燃烧循 环过程 中各 燃烧产物 的体 积计算模 型并 运用 流程 迭代 的方法对燃烧产物 中各组分体积做 了详细计 算 。模型计算 结果表 明， 炉膛 出口燃 烧产 物中氧气 和氮气的份额主要受漏风系数 的影响 ， 而水蒸气和二氧化碳的份额 主要受烟气再 循环方式 的影 响。所得研究 结果 对富氧燃 烧锅炉受热面设计布置有着重要意义 。 关键 词 ： 富氧燃烧 ；漏风 系数 ；烟气再循环方式 ；建模 中图分类号 ： T K 229 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 16724763(2013)03004卜O7 0 前 言 物体积分数影响规律。 富 氧 燃 烧 煤 粉 锅 炉 的 再 循 环 烟 气 分 为 一 次 循环 烟气 和二 次 循 环烟 气 。其 中 ， 一 次 循 环 烟 气 为经 过 除尘 器 除尘 后 脱 除 其 中大 部 分 水 分 的 尾 部 烟气 ， 用 于 干 燥 与 输 送 煤 粉 ； 二 次 循 环 烟 气 为 直接 从 除尘器 出 口抽 取 后 送 人炉 膛 的尾 部 烟 气 ， 用 于满 足 炉 膛 温 度 与 换 热 需 要 。经 过 除 尘 器 出 口后 不进 行脱 水 的 为湿 烟 气 二次 循 环 ， 经 过 除 尘 器出口后进行脱水 的为干 烟气 二次循环 。一次 循环烟气 和二 次循 环烟气 的体积之 和 占富氧燃 烧锅 炉 炉 内烟气体 积 的 7O左右 l_】 。 随着尾部烟气以不同循环方式连续不断的送 人炉膛 ， 以及富氧燃 烧锅炉各受 热面处 的漏 风会将 少部分 空气带人烟气 中， 流经 富氧燃 烧锅炉 各受热 面处 烟气 中的氧气 、 水蒸 气 、 二 氧 化碳 及氮 气 体积 分数既受到尾部烟气再循环方式、 循环次数 的影 响 ， 又受 到各 受 热 面是 否 漏 风 及 漏 风量 多少 的影 响。而烟气中三原子气体 (H 。 O 和 CO )的体积分 数对 富氧燃烧锅 炉受 热 面 的热 力 计算 以及 受 热面 的布 置有着重 要 的影 响 ， 为 此 ， 本 文对 采用 不 同烟 气再循环方式下富氧燃烧锅炉尾部烟气从开始循 环到建立 富氧燃烧 过 程 中循环 烟 气组 分和 燃烧 产 物组分进 行 了详细计 算和分析 比较 ， 得到 了尾 部烟 气 再循环 方式和漏 风 系数对 富氧燃 烧锅 炉 燃烧 产 1 循 环烟气体 积与循环次数间关系 为保持与空气燃烧方式下近似的理论燃烧 温 度 ， 富 氧 燃 烧 方 式 下 O 的 体 积 分 数 一 般 为 30 左 右 。刚开 始选 用纯 净 的 O 和 C O 通入 炉 膛 燃烧 ， 其体 积分 数 比例 为 3O： 7O， 过 量 空气 系数 取 为 1 1， 且 在其 后 的循 环 过 程 中通 人 炉膛 的燃 烧 气 中 O 份额 始终 占 3O 。 计 算 煤 种 的 收 到 基 低 位 发 热 量 为 18 289 kJ kg ， 元素分析数据见表 1。在第一次通入纯净 的 3O O 。 70 C O 。 混合气后， 产生的烟气成分 见表 2。其 中， 由于 SO 体积很少， 因此根据前苏 联 1973 年 热 力 计 算 标 准 计 算 的 V 一V 。 + s o 的体积采用二氧化碳的体积代替三原子气体 体 积 。另外 ， 烟道 中各处 受 热 面 的漏 风 系 数设 为 一 样 ， 分别 为 0 ， 0 01 及 0 02 共计 3 种 情况 。 表 1 煤 种 元素分 析数 据 项 目 数值 C H O N S A 4 79 3 0 4 5 15 O 8 6 0 4 5 34 7 4 786 收稿 日期 ： 2012 11 10 作者简介 ： 夏璐(1988 一 ) ， 女 ， 硕士研究 生， 主要从事 富氧燃烧锅炉热力特性研究和设计计算 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 42 锅 炉 技术 第 44 卷 1 1 理论 及 实际燃烧 气体积 计算 跟空 气燃 烧 方式 下一 样 ， 富氧 燃 烧 方 式下 1 kg 燃 料燃 烧 所 需 的 理 论 氧气 体 积 V 只 跟 煤 种 有关 ， 燃烧 所需 的理 论 燃烧 气 体 积 V ?(与 常 规 空 气燃 烧情 况下一 样 ， 此 处 的 是 干燃 烧 气 )只 跟 燃烧气 中氧气份 额有 关 ， 当煤 种 和 氧气 份 额 一定 时 ， V 和 V ? 就为定 值 。 但 在 富 氧 燃 烧 条 件 下 ， 由于 通 入 燃 烧 的 不 再是 空 气 (21 O 79VooN )， 而是 0 c o 的混 合燃 烧 气 ， 在 不 同 的循 环条 件下 0 c o 。 的组 分 会发 生 变化 ， 因此 氧气 份 额 不再 是 定值 21 ， 这 样 ， 对 于 1 kg 燃 料 燃 烧 所 需 的 理 论 燃 烧 气 量 V Ca： 1 r U ?一 186 + 55 + n 0 一 0 ) (1) 式 中 燃烧 气 中 O 所 占的份额 ； C 燃料 收到基 的碳含 量 ， ； H 燃料 收到基 的氢含 量 ， ； 燃料 收到基 的硫含 量 ， ； O 燃料 收到基 的氧含 量 ， 。 假设 进 入 炉 膛 入 口 的燃 烧 气 中氧 气 份 额 始 终保持 在 30 ， 根 据计 算 式 (1)及 表 1 提 供 的煤 种元 素分析 数据 ， 可 得燃 料燃 烧 所 需 的理 论 氧气 量 为 1 030 m 。 kg， 燃 烧 所 需 的理 论 燃 烧 气 量 ? 为 3 432 m 。 kg 。 1 2 循环 烟气体 积与循 环次 数关 系建立 假设 (V As )为从 空 气 分 离 器 中分 离 出来 的 理论 氧气 量 ， ITI。 kg ；r ， roo ， ro 分 别 为 循 环 初 始 时燃 烧 产 物 中 氧 气 、 二 氧 化 碳 和 氮 气 体 积 分 数 ； ( )为 第 一 次 从 尾 部 烟 气 中所 需 要 抽 取 的 总循 环烟 气量 ， m 。 kg。 先 以第一次 循环 为 例 ， 推 导 出从 尾部 烟 气 中 所需 要抽 取 的总循环 烟气体 积 。 根据燃烧气 中的理论 氧气体 积 由空气分离 器分离出来 的理论氧气体积和理论 干循 环烟气 中的氧气体积两部分组成 ， 可得式(2)： r (V ye ) + (V aSu)。 - Vo (2) 根据理论燃烧气 的体积 由空气分离器分离 出来的理论 氧气体 积和理论 干循环烟气体积组 成可得理论燃烧气的体积计算式(3)： v A s )。 + r0】。 v 7 + r o， -ro 一 ? (3) 这样 ， 根据式(2)和式(3)可以推导出第一次 从尾 部烟气 中所 需要抽 取 的总循环 烟气体 积为 ： c V 一 V o 2 以此类 推 ， 可 以建 立 循 环烟 气 体 积 和循 环 次 数之 间 的关 系式 ， 第 次循 环 所需 要 抽取 的总循 环烟气 体积 与 第 ( 一 1)次 燃 烧 产 物 中 氮气 和二 氧化碳 的体积分数有关 ， 计算公式为式 (5)， 具体 计算结 果如 图 1 所 示 。 (吼= (5) I 县 世 璺 一湿烟气循环漏风0 01 湿烟气循环漏风0 02 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 循环次数 图 1 总循环烟气体积 随循环次数变化规律 由图 1 可 以看 出湿 烟 气 循 环 方 式下 总循 环 烟气 体 积 刚 开始 呈 上 升 趋 势 到第 8 次 时就 已经 渐进平 稳 ； 对 于 干 烟 气 循 环 方 式 下 ， 由于 第 一 次 抽取 的循 环 烟 气量 跟 刚 开始 循 环 前 的燃 烧 产 物 有关 ， 初始循 环条 件是 纯 的二 氧 化碳 和氧 气 的混 合气体 ， 所 以除 了第 一 次 以 外 ， 总 循 环 烟 气 量 基 本保持 不变 ； 在相 同的循 环 方式 下循 环 烟 气体 积 随漏 风系数 增大 而增大 。 根据制 粉系 统与输 送 煤 粉 的要 求 ， 一 次循 环 烟气体 积 占总循 环烟气 的 25 ， 二 次循 环烟 气体 积 占 75 l 5， 根 据这个 比例 可 以得 到脱水 前 的一 次循 环烟气 量 以及二次 循环 烟气量 。 假设 (v 7 ) 为 第 71 次循 环 时 脱 水前 的一次 循环烟气体积 ； r n ， r ， r 分别为第(n - 1)次 循环时燃烧产物 中氧气、 二氧化碳和氮气体积分 数 ； (v 7 ) 为 第 n 次 循 环 时 脱 水 后 的一 次循 环 烟气体积 。 本 文采用 的脱 水 装 置 为 直 接 接 触 式 脱 水 装 置， 假设进入直接接触式脱水装置(D C C )的电厂 循环水 温 度为 30 ， 此 时 D C C 出 口烟气 理论 水 蒸气 体积 分数 为 4 28 ， 由此可 知一 次循 环烟气 脱水 后 以及 干 烟 气 循 环 方 式 下 二 次 循 环 烟 气 脱 弘 加 H嘴 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 夏璐 ， 等 ： 富氧燃烧 烟气循 环过程建模 及燃 烧产物体积变化特性研究 43 水 后水 蒸 气 的体 积 分 数 为 4 28 。 由 于脱 水 后 的水 蒸气 的份额 (4 28 )是 确定 的 ， 那 么脱 水 后 的 一 次 循 环 烟 气 中水 蒸 气 的体 积 是 4 28 (v 7“) ： r nN - ， ( v 7 ) + r ( ) + r (v 7“) + 4 28 (V ) 一 (V 7 ) (6) 这样 ， 根据 式 (6)可 以推 导 出 脱 水 后 的一 次 循 环 烟气 的体 积 ： cVrecl一- 警 竖 (7) 同理 ， 干 烟气循 环 方式 下 第 次 循 环 时 二 次 循 环 烟气 体积 ： rn - (V ； e ) + r (V 7 ) + r、 ， ，n- (V ； e ) + 4 28 (v 7 ) 一 (v 7 ) (8 ) 根据 式 (8)， 可 以推 导 出 干 烟 气 循 环 方 式 下 第 次循环时二次循环烟气体积 的计算公式 ： c rec 2一 - (9) 式 中 ： (v 7 ) 干烟气 循 环方式 下第 次循 环 时 脱 水 前 的 二 次 循 环 烟 气体 积 ； r 。n - 。 ， r ， r 分 别 为 干 烟 气 循 环 方 式 下 第 ( 一 1)次 循 环 时 燃 烧 产 物 中氧 气 、 二 氧 化 碳 和 氮 气 体积 分数 ； (v 7 ) 干烟气 循 环方式 下 第 次 循 环时脱水 后 的二 次循 环 烟 气体积。 一 次循 环 烟 气 体 积 和 二 次 循 环 烟 气 体 积 的 计算 结果 如 图 2 和 图 3 所示 。 ； 鑫 蒂 璺 循环次数 图 2 一次循环烟气体积 随循 环次数变化规律 一 湿烟气循环漏风0O1 湿烟气循环漏风002 ：一千烟气循环漏风0O1 一 干烟气循环漏风002 举 举 举 攀 i l 2 3 4 5 6 7 8 9 1O 1 1 l 2 循环次数 图 3 二次循环烟气体积 随循环次数变化规律 由图 2 和 图 3 可 以看 出 ， 湿 烟 气 循 环方 式 下 一 次 循环 烟气 体 积 和 干 烟 气循 环 方 式 下 二 次 循 环 烟气体 积保 持不 变 ， 干 烟 气循 环 方 式 下一 次 循 环 烟气体 积呈 下 降趋 势 ， 但 到第 7 次 循 环 时渐 进 平稳 ； 湿烟气循环方式下二次循环烟气体积 随循 环 次数 呈 上 升 趋 势 ， 到 第 7 次 循 环 时 也 渐 进 平 稳 ； 循环烟气体积在湿烟气循环方式下较干烟气 循环方式大。干湿 2 种方式下 ， 一次循环烟气体 积基 本 相 同 ， 二次 循 环烟 气 体 积相 差 较 大 ； 同时 ， 一 次和 二 次循 环 烟 气 体 积 均 随 漏 风 系 数 的增 大 而增 大 。 2 燃烧产物体 积分数 与循环次数 间关 系 富 氧 燃 烧 条 件 下 和 常 规 空气 燃 烧 下 的锅 炉 出 口烟 气 的组 成 成 分 一 样 ， 包 括 C0 、 SO 。 、 N 。 、 H 。 o 和 o ， 其体 积 的计算 公式 如下 ： 2 1 二 氧化碳 的体 积 ， c o 计算 富 氧 燃 烧 方 式 下 的二 氧化 碳 的体 积 跟 常 规 下 的 区别 在 于 富 氧 燃 烧 方 式 下 多 出燃 烧 气 带 进 的那部 分二 氧化碳 气体 。 循 环开 始 前 由燃 烧 气 带 人 的 二 氧 化 碳 的体 积是个定值(1一r() )V ?， 由此循环前二氧化碳 的 体 积 ： r V c o = V RO 一 1 866 + 0 + (卜 ro ) ? (10) 假 设 (V 。 ) 为 第 n 次循 环 时 的燃 烧 产 物 中 二氧化碳气体 的体积 ， m 。 kg ； (V r。 ) 为第 次 循环烟气所携带的二氧化碳气体的体积， m 。 kg ； ( cre c 1) 为第 次循环时一次循环烟气中二氧化 碳的体积， ITI。 kg ； ( re。c 2。 ) 为第 ， 2 次循环时二次 循环烟气 中二氧化碳 的体积 ， 1TI。 kg； (V ) 为 钉 n 盯 2 2 2 2 1 1 一 n邑、 晕 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 44 锅 炉 技术 第 44 卷 第 次 循 环 时 脱 水 前 的 一 次 循 环 烟 气 体 积 ， m 。 kg ； (V cre c 2) 为第 次循 环 时脱 水 前 的一次 循 环烟气体积， m 。 kg； (r 。 ) 为第 (n 一1)次循环 时锅 炉 出 口烟 气 中二 氧 化 碳 体 积 占锅 炉 出 口燃 烧产 物总体 积 的份额 。 循环 开始 后 第 ；v 次 循 环 时 的燃 烧 产 物 中二 氧化碳气体的体积： r (V 【 J2)”一 V R()2 1 866 + 0 +(V 。 ) (1 1) 其 中 ， 由燃烧 气带 人 的二氧 化 碳 的体 积 由一 次循 环烟 气 和 二 次 循 环 烟 气 中 的 二 氧 化碳 的 体 积组 成 ： (V cro。 ) 一 ( creoc l ) +( cre(c)2 ) 一 (V ) ( c () ) 一 1+(g y ) ( c o ) 一1(12 ) 2 2 氮气 的体 积 计算 氮气的体积 由三部分组成 ： 燃料 中的氮 所 占体积 、 燃 烧气 量 所携 带 的氮 气 体 积 和 随漏 风 带入 的氮气 体积 。 循环开 始前燃 烧 气 中没 有 携 带氮 气 ， 随漏 风 带入 的 氮 气 体 积 为 0 79 V ， 其 中 一 口 ，由此可 得总 的氮气 体积 为 ： V N 一 08 +o79 A V (13) 式 中 ： AV 漏人炉膛 的总 的空 气体积 ， m 。 kg ； I2 a 炉膛漏 风 系数之 和 。 假设( ) 为第 次循环时 的燃烧产物 中 氮气 的体积 ， m 。 kg； (V ) 为第 次循 环烟气 所携 带 的氮 气 的 体 积 ， m 。 kg ； (V roc ) 为第 次 循环 时 一 次 循 环 烟 气 中 氮 气 的 体 积 ， m 。 kg； (V rc ) 为第 ”次循 环 时 二 次循 环 烟 气 中氮 气 的 体积 ， m 。 kg ； (V ) 为第 次循环时脱水前 的 一 次 循环 烟 气 体 积 ， m 。 kg ； ( ) 为第 次 循 环 时 脱 水 前 的 一 次 循 环 烟 气 体 积 ， m 。 kg ； ( ) 为第 ( 一1)次循 环 时锅 炉 出 口烟 气 中氮 气体 积所 占烟 气体积 的份额 。 循环 开始 后 第 次 循 环 时 的 燃 烧 产 物 中氮 气的体积 ： T (V N ) 一08 而l ar+ ( ：) + 0 79 A V(14 ) 其 中， 由燃烧气携带入的氮气体积 由一次循 环烟气和二次循环烟气 中的氮气的体积组成 ： (V ) 一(V OC ) + (V OC。 ) 一(V ； e ) (rN ) 一 1 4- ( ；e 。 ) (rN ) 一 1 (15 ) 2 3 氧气 体积 计 算 富氧 燃烧方 式下 的氧气 体积 。 跟 循 环次 数 没 有关 系 ， 只 由两 部 分 组 成 ： 漏 入 的 空 气 携 带 的 氧 气体积 0 21AV 和通 人 的过量氧 气体积 AV ： V o 一0 21V +A V o 一0 21 + ( 一1)V U。 (16) 式 中 ： a。 过 量氧气 系数 ； V U】 理 论氧气 体积 ， 定值 1 030 m 。 kg。 2 4 水蒸 气体 积 0 富氧 燃烧 方 式 下 的水 蒸 气 体 积 由 4 部 分组 成 ： 1 kg 燃料 中的氢 完全 燃 烧生 成 的水 蒸 气 体积 11 1 ，燃料 中的水 汽生成 的水蒸 气体 积 1 24 而IV-ar， 燃烧 气携 带 的水 蒸气 体 积 c 以及 漏 入 的空气 中所携 带 的水 蒸气 体积 0 016 1 ： 循环 开始前燃 烧 气 中没 有 携 带水 分 ， 水 蒸 气 的体 积为 ： V H2 o_1 1 1 扎24 +0_O l 6 1V ) 循环 开始后 第 次 循 环 时 的燃 烧 产 物 中 水 蒸气 体积 ： (V H2(3 11 1 +1_24 + (V h() +0 0 16 1A V (18) 假 R (r,) 为第 ( 一 )次 循环 时燃 烧气 中o 1 水蒸气 的份额 ； (V 。 ) 为第 次循 环 时燃 烧产 物 中水蒸气 的体 积 ， m 。 kg； (V h 。 ) 为 第 次 循 环 时燃烧气携带的水蒸气体积， m 。 kg ； (V r eel ) 为 第 次循环 时脱 水后 的一 次循环 烟气 中水 蒸气 体 积 ， m 。 kg ； (V r e c 2。 ) 为第 次 循 环 时二 次 循 环 烟 气 中水 蒸气 体 积 ， m 。 kg； ( ) 为第 次 循 环 时脱水 后 的二 次循 环 烟气 中水蒸 气体 积 ， m 。 kg； (V ro ) 为第 次循 环 时脱水 后 的一次 循 环烟 气 的体 积 ， m 。 kg； ( ) 为第 次循环 时二次循 环 烟气 的体积， m 。 kg； (V ) 为第 次循 环时脱 水后 的二次循环 烟气 的体 积 ， m 。 kg 。 燃烧 气携 带 的水 蒸 气 体 积 rH 由一 次 循 环 烟 气和二 次循 环烟 气 中水 蒸 气 的体 积 组成 ， 不 同 烟气循 环方 式 下 由 于二 次 循 环 烟 气 中水 蒸 气 的 份额不同使得相应 的体积不 同， 这部分体积不同 是造成 不 同烟气循 环方式 下 rH 不 同的原 因 ， 由 此可 以得 出 2 种 烟 气 循环 方 式 下 燃 烧气 所 携 带 的水 蒸气体 积 。 湿烟气 循 环 方 式 下 燃 烧 气 携 带 的 水 蒸 气 体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 夏璐 ， 等 ： 富氧燃烧烟气循环过程建模及燃烧产物体积变化特性研究 45 积 rH ： (V h。 o ) 一 ( rHe。c l( ) + V rec 2o ) 一4 28 (V ； e ) + (rH o) 一 (V ； e ) (19) 干烟气循环方式下燃 烧气携带 的水 蒸气体 积 V rH(】 ： (V rHo) 一(V rHee loI) + (yTrHec 2 ) 一4 28 (V ) +4 28 (V ) (20 ) 2 5 锅 炉 出 口烟 气体 积 将 上面计算 得 到的二 氧化碳 体积 、 氮 气体 积 、 氧气体积以及水蒸气体积相加得到锅炉出 口 燃 烧产 物 的体积 。 V yV c o ， + V N 。 + V o +V H o (2 1) 由计算所得 的循环 开始前烟气 体积 以及各 组分 的体 积 可得 到 各 组 分 的体 积 分 数 如 表 2 所示 。 表 2 30O 2 70 C 0 2 燃 烧方 式 下 ， 循环 开始 前燃 烧产 物 中各 组分 的体 积分数 在 富 氧燃烧 方 式 下 ， 锅 炉 出 口烟 气 与 常 规 空 气 燃烧 相 比体积 会 减小 24 左 右 ， 循 环 过程 中炉 膛 内烟气中水蒸气和氮气份额会增加 ， 而二氧化 碳 和 氧气 份 额 会 减 少 。 由 于尾 部 烟 气 中水 蒸 气 和氮气 份 额 的变化 ， 使 得 循 环 烟气 中各 组 分 体 积 份 额也 逐 渐变化 ， 经 过 几 次循 环后 才 达 到 一 个 稳 定 值 。锅 炉 出 口燃 烧 产 物 中 氮 气 、 水 蒸 气 份 额 、 二氧化 碳 及 氧 气 体 积 份 额 随 循 环 次 数 的变 化 规 律 如 图 (47)所示 。 一 湿烟气循环无漏风 一 千烟气循环漏风0Ol 。 一 千烟气循环无漏风 湿烟气循环漏风0 02 一 湿烟气循环漏风0 Ol 一 千烟气循环漏风0 02 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 l 12 循环次数 图 4锅 炉出 口燃 烧产物中 氮气份额随循环次数 变化规律 2 2 6 8 姜 1 1 4 6 12 图 5 锅炉 出口燃烧产物 中 水蒸气份额随循环次数变化规律 由图 (4 5)可 以看 出 ， 氮气 和水 蒸 气 的体 积 份额 随着 循环 次数 的增 加 而不 断 增 大 ， 但 当循 环 到第 l 0 次 时 开始趋 于稳 定 。 如 图 4 所 示 ， 当漏 风 系数一 定 时 ， 2 种 不 同烟 气循 环方 式 下 氮气 的体 积 份 额 数 值 接 近 且 变 化 趋势基本一致 ， 干烟气循环方式下的氮气份额略 大 于湿 烟气循 环方 式 下 的 氮气 份 额 ； 而在 相 同 的 烟气循环方式下 ， 氮气的份额随着漏风系数 的增 大 而增大 。 由图 5 可 以看 出 ， 当 烟 气 循 环 方 式 确 定 时 ， 相同漏风系数下 水蒸气的体积份额数值接近且 变化 趋势 基本 一致 ， 且 随着 漏风 系数 的增 大 而减 小 ， 干烟气循环方式下水蒸气份额基本稳定。 90 堡 86 鞲 82 羹 杆 62 一 湿烟气循环无漏风 湿烟气循环漏风0 02 - 干烟气循环漏风0O 1 一 湿烟气循环漏风0 01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 l 1 l 2 循环次数 图 6锅炉 出口燃烧产物 中 二氧化碳份额随循环次数变化规律 循环次数 图 7锅炉 出口燃烧产物 中 氧气份额随循环次数变化规律 如图 6 所示 ， 二 氧化碳的份额随着循环次数 的增加而呈现递减趋势 ， 当循 环到第 10 次时趋 于稳定状态 ； 相 同的烟气循 环方式下， 漏风 系数 6 4 2 0 8 6 4 2 0 、 驿 窨 嫌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 46 锅 炉 技术 第 44 卷 越大二氧化碳的份额越小； 干烟气循环方式 下， 当漏 风系数 为 0 时 ， 二 氧 化 碳 的 份 额 最 大 ， 可 达 到 82 92 ， 二 氧化 碳 份 额 的增 加 是 受 水 蒸 气 份 额增 大 的影 响 。 由图 7 可知 ， 湿烟 气循 环方 式 下 的氧 气 份额 随着循 环次 数 的增加 有 一个 减 少 的过 程 ， 且 循 环 到第 5 次 时已经 趋 于稳 定状 态 了 ， 这 与循 环 过程 中氮气 份额 增加 有着 密 切 的联 系 ； 当漏 风 系数 确 定时 ， 不 同循 环 方 式 的 氧 气 份 额 数 值 接 近 ， 干 烟 气循环 方式 下氧 气份 额 基本 不 变 ， 比湿 烟 气 循 环 方式下的数值略大； 在相 同的烟气循环方式下 ， 氧气份 额 随着漏 风系数 的增 大而增 大 。 2 6 循 环 烟气 体 积 占炉 膛 出 口烟 气 体 积 的 比 例 随循环 次数 变化 规律 图 8 为 炉 膛 出 口烟气 体 积 循 环 过 程 中 的 变 化趋势 。当漏 风 系数 确定 时 ， 在 湿 烟气 循 环 方式 下 ， 炉膛 出 口烟气 体 积 随着循 环 次 数 的增 加 呈增 加趋势 且循 环到第 9 次 时 已基 本稳 定 ， 干 烟 气循 环方式下炉膛 出口烟气体积呈稳定状态 ， 且湿烟 气循环 方 式 下 的炉 膛 出 口烟气 体 积 比 干烟 气 循 环方式 下 大 ； 相 同 的 烟 气 循 环 方 式 下 ， 漏 风 系数 越大炉膛 出口烟气体积越大。在相 同的漏 风系 数下 ， 富氧燃 烧方 式下 炉膛 出 口的 烟气 在 循 环稳 定后 的体 积 会 比常规 空气 燃 烧 方 式 下 的 烟气 体 积减小 23 34 左 右 (如 表 3 所 示)。 一 湿烟气循环无漏风 一湿烟气循环漏风0 02 图 8 炉膛 出 口烟气体积随循环次数变化规律 表 3 富氧燃 烧方 式与 常规空气燃烧方式烟气体积变化 比较 循环方式 漏风 系数 漏风 系数 漏风 系数 漏风系数 为 0 为 0 01为 0 02 根据前面计算所得的总循环烟气体积和炉膛 出 口烟气体积 ， 可 以得到 两者 的 比例 ， 具体 计算 结 果见表 4。由表 4 可 以看 出相 同循环 方 式下 抽 取 的循环烟气 比例是 相同的 ， 这个 比例只跟漏风 系数 有关 ， 漏风系数越大 ， 抽取 的 比例反而减小 。 表 4循 环烟 气体积 占炉膛 出口烟 气 的份额 3 结 语 (1) 当漏 风 系数 确 定 ， 干 烟气 循 环 方 式下 的 总循 环 烟 气体 积 在 第 2 次 循 环 开 始后 呈 现 稳 定 状态 ， 而湿 烟气循 环方 式 下 的总 循 环烟 气 体 积 随 着循环 次数 的增 大呈 增 加趋 势 ， 循 环 到第 8 次 时 开始趋 于 稳定 ； 而 在 相 同 的 烟 气 循 环 方 式 下 ， 总 循环 烟气体积 随着 漏风 系数 的增大 而增大 。 (2) 当漏风 系 数 一定 时 ， 脱 水 后 的一 次循 环 烟气在 2 种不同循环烟气方式下体积很接近， 湿 烟气循 环 方 式下 比 干 烟气 循 环 方 式 下 的体 积 只 大 了 0 03 m 。 kg 左右 ， 在循 环 过程 中 ， 湿 烟 气循 环方式 下 的一 次循 环 烟气 体 积 基本 保 持 稳定 ， 干 烟气 循 环 方 式 下 的体 积 也 在循 环 到第 4 次 时 就 趋 于稳 定状态 ； 2 种 烟 气循 环 方 式 下 脱 水后 的 一 次循 环烟气体 积都 随着 漏风 系数 的增 大 而增大 。 (3) 二 次循 环烟 气体积 的变化 规律 跟 总循 环 烟气 体积 的变化 规律 一 样 ， 由于 二 次循 环 烟 气 要 在湿 烟气循 环方 式下 不 需要 脱 除水 份 ， 所 以变 化 规律 与总循 环烟 气一 样 ， 烟气 循 环 过程 中有 一个 上升 过程 且循 环 到 第 10 次 时 趋 于 稳 定 ； 干 烟 气 循环 方式下 ， 二次 循 环烟 气需 要 脱 除 相 同份 额 的 水份 所 以体 积保 持不 变 ， 且 2 种 烟 气循 环 方 式 下 二次循环烟气体积都随着系数的增大而增大。 (4) 对 于锅 炉 出 口 的燃烧 产 物 ， 氮气 的份 额 和氧气 的份额 都随 着漏 风 系数 的增 大 而增 大 ， 相 同漏 风 系数 的条件 下 ， 干 烟气 循环 方 式 下 的 2 种 气 体 的份额 比湿烟 气循 环 方 式下 的大 ； 二 氧化 碳 气 体 的份额 和水 蒸 气 的份 额 随 着 漏 风 系 数 的增 大而减小 ； 二氧化碳气体的份额最高可达到干烟 气循环方式下无漏风的 82 92， 水蒸气份额最 高可 达到湿 烟气循 环方 式下无 漏风 的 23 06 。 2 O 8 6 4 2 O 8 5 5 4 4 4 4 4 3 一 n 蛙 骚 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 夏璐 ， 等 ： 富氧燃烧 烟气 循环过程建模及燃烧产物体积变化特性研究 47 (5) 由于三原子气体(二氧化碳气体和水蒸 气 )的份 额 是 影 响 炉 内传 热 特 性 的主 要 因素 ， 为 了强化炉内传 热， 减少能量损耗 ， 建议 富氧燃 烧 方式 下 的燃 煤 锅 炉 在 运 行 中尽 量 减 少 漏 风 并 采 用 干烟 气循 环方 式 。 参 考 文献 ： 1 Basu PCheng LCen K H eat transfer i n a pressuri zed c i r c ul ati ng fl u i di zed bed J In ternatio nal Journal of H eat and M as s T ra n sfe r ， 1 9 9 6 ， 3 9 ( 1 3 ) ： 2 7 1 1 2 7 2 2 2 阎维平 ， 董静兰 ， 马凯 富氧燃煤锅炉再 循环方式选择 与水 分平衡计算EJ动力工程学报 ， 2011 ， 31(12)： 893 8 94 3 H u Y uku n ， Y an Ji nyue，H ai l on g Li E ffec ts of fl ue gas re c yc l e on 。 xy c oal pow er generati on system s EJA ppl i ed E n erg y ，2 0 1 2 ， 9 7 ： 2 5 5 2 6 3 4 H u Y uku n ， Y an Ji nyueC harac teri zati on of fl ue gas i n o xy c oal c om busti on proc esses for C O 2 c apture J A ppl i ed E n e rg y ，2 0 1 2 ， 9 0 ： 1 1 3 1 2 1 4 E53 董静 兰， 阎维平 ， 马凯 不 同烟气 再循环方式下 富氧燃 煤锅 炉的经济性分析IJ动力工程学报 ， 2012， 32(3)： 177 186 6 阎维平 温室气 体的排放 以及烟气再循 环煤粉燃 烧技 术的 研究EJ中国电力 ， 1997， 30(6)：59 62 E73 樊泉桂 ， 阎维平 锅炉原理M 2 版 北京 ： 中国电力出版 社 ， 2004 F l ue G a s C i rcu l a ti ng M o d e l i ng o f O x y -fu e l C o m b u s ti o n B o i l e r an d th e V o l u m e C h an g e C h a ra c te ri s t i c s o f th e F l u e G as C o m po n e n ts X IA L u ， WA N G E n l u ， WA N G L i fen ， S O N G Z hi -l u ( Insti tute o f T h em al E n erg y E ng i neeri ng ，S h an gh ai Ji ao ton g U n i v ersi ty ，S h ang h ai 20 02 40 ，C h i na ) A bs t ract ： B ased on th e pu l veri zed c o al b oi l er of th e 300 MW un i t， th e vol um e c han gi n g trend s of th e fl