高水分燃料的沸腾层烟气热平衡方程

热能动力工程第#E卷（总第#"!期）!""!年##月

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""

文章编号：（!""!）#""#)!"’""’)"’(%$"(

高水分燃料的沸腾层烟气热平衡方程

黄怡珉，于洪彬

（哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，黑龙江哈尔滨

#%"""#）

摘

要：以树皮、褐煤、分析了沸腾层内未燃!类烟煤为例，

高，进入沸腾层的燃料短时间内就可完成干燥过

烧燃料中的水分蒸发吸热对埋管吸热份额和沸腾层温度的影响，得到了高水分燃料的沸腾层烟气热平衡方程。计算和分析表明，对高水分燃料，沸腾层内未燃烧燃料中的水分蒸发吸热所需热量较大，在沸腾层烟气热平衡方程中应予考虑。关

键

词：高水分燃料；热平衡方程；流化床锅炉

中图分类号：+,!!&*’-’

文献标识码：.

#引言

沸腾层烟气侧热平衡方程是沸腾层传热计算所依据的基本方程之一，其形式为

［#］

：

!/"!#（0!1

（#""$%($%2）$%’34#""$%2

&34’"

#""$%5$234#""($%（#2

’34）

）式中：!/—埋管吸热量，56758；

!—保热系数；

#0—计算燃料消耗量，5879；!1—锅炉输入热量，56758；

"—沸腾层燃烧份额；

%(—气体未完全燃烧热损失，)；%2—固体未完全燃烧热损失，)；%(34—沸腾层气体未完全燃烧热损失，)；%234—沸腾层固体未完全燃烧热损失，)；%’34—沸腾层灰渣显热损失，)；

#34—沸腾层出口名义过量空气系数；’"5—空气焓，

56758；’(34—沸腾层出口烟气焓，56758；

在该方程的推导过程中，未考虑沸腾层未燃尽燃料所含水分的蒸发热和焓值，由于沸腾层温度较

收稿日期：!""#$##$#%

作者简介：黄怡珉（#&’()），女，四川成都人，哈尔滨工业大学工程师*

程［!］

，因此，即使在沸腾层中未燃烧的燃料，也会析

出水分，水分吸热汽化所需要的热量要由沸腾层提供。燃料水分较高时，汽化所需热量较大，在热平衡计算时必须考虑，本文将分析这一问题。

!高水分燃料的沸腾层烟气热平衡方程

在沸腾层中未燃烧的燃料，汽化水分所需要的

热量为：

!9"（#0$#!0［）*:$（34#$;<1+#""）&

’34=!

>&,）?;<1+#""］（!）

式中：#!0—沸腾层计算燃料消耗量，

5879；*:—灰的比热，56（758?）；$34—沸腾层温度，

?；;<1—燃料收到基水分，)；

@—=-.!

>沸腾层出口理论水蒸气焓，56758；,—水的汽化潜热，56758；

将该项热量计入沸腾层的输出热量中，得沸腾层埋管吸热量为：

!/"［"

（#""!#$%$%0!1

(2）$%’34#""$%2

&

#""$%34’"5

$/&

234

#""/$’($%（(）

2

34）］

/"*:$（34#$;<1+#""）&（’34

=!

>&,）0;<1+#""

（2）

由

!（#""%AB"!#

（!$1($%2$%’

#""

$

’CA$CA’"D5（）#""$%2）#""

）

（%）

得%"!/+!AB

"｛!［1"

（#""$%($%2）$%’34］&（#""$（#（

热能动力工程?*)*?;%%;年

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

%（（#"!&#$）｝!"）’!#$!&"#$（’%%"%"#$）

布置受热面。

图)为沸腾层温度与燃烧份额的关系，图"和

图9为沸腾层内未燃烧燃料中的水分蒸发吸热所需热量占燃料在锅炉中燃烧放热量的百分数与沸腾层温度和燃烧份额的关系，由图可更直观地看出水分的影响。燃料水分越高，燃烧份额越低，水分对沸腾层热平衡的影响越大。

〔(（（!+,"!+,!%(’%%"%)"%""%*）"-&）)

（’%%"%"）〕（*）

式中："—埋管吸热量占锅炉有效利用热量的份额；

(,.—锅炉有效利用热量，&/；%*—灰渣显热损失，*；!+,—排烟焓，&01&2；!%-&—冷空气焓，

&01&2；!+,—排烟处过量空气系数；

沸腾层内未燃烧燃料中的水分蒸发吸热所需热量占锅炉中燃料燃烧放热量的百分数为

+,

’%%(3（%"#$"%"）-4((,’%%#’%%"%"(（5）

(

)计算结果及分析

以水分较高的树皮、中等水分的褐煤和水分较

低的!类烟煤为例进行计算，燃料特性见表’。计

算时，取排烟处过量空气系数为’6*，排烟温度为’7%8，

热空气温度为’9%8，其它参数取文献［)］推荐数据中的平均值。计算结果见图’:图9。

图’和图;为埋管吸热份额与沸腾层温度和沸腾层燃烧份额的关系，每种燃料的下面一条曲线为考虑沸腾层内未燃烧燃料水分蒸发吸热的情况。由图可见，燃烧份额相同时，沸腾层温度增加，埋管吸热份额减少；而沸腾层温度一定时，燃烧份额增加，埋管吸热份额增加。在相同条件下，由于水分蒸发吸热，使考虑沸腾层内未燃烧燃料水分蒸发吸热时的埋管吸热份额比不考虑该项热量时要低，燃料水分越高，差别越大；但随着燃烧份额的增加，水分蒸发吸热的影响越来越小，燃烧份额为’时，所有燃料在沸腾层中燃烧，水分蒸发所需的热量已计入烟气焓中，图中曲线交于一点。

表’

燃料特性（收到基）

（<）

碳

氢

氧

氮

硫

水分

灰分

低位发热值

1&0?&2=’树皮’7679;6;>’"67%6’"%6’"*;6%%’657*’>*6"褐煤

)"6*9;6)"’%6"7%695%6)’)"6*)’56%;

’;;776)!

类烟煤)76"*;6’*"6*9%69;%6*’’%69%")6’%

’)9)96>

由图’、图;还可看出，当燃烧份额较低时，如

果仍要维持较高的沸腾层温度，

埋管吸热份额出现了负值，该情况在实际中并不会出现，它说明了燃料热值较低时，在沸腾层中应布置较少的受热面或不

图’

埋管吸热份额与沸腾层温度的关系（#?%67）

图;埋管吸热份额与燃烧份额的关系（$#$?79%8）

图)沸腾层温度与燃烧份额的关系（树皮"?%，褐煤"?%6"）

内容需要下载文档才能查看

第4期黄怡珉，等：高水分燃料的沸腾层烟气热平衡方程?4*P?###############################################################

图!（!值与沸腾层温度的关系!"#$%

）图&（!值与燃烧份额的关系"’("

%&#)）

［+］赵明泉$锅炉结构与设计［,］哈尔滨工业大学出版$哈尔滨：

!结论

对高水分燃料，沸腾层内未燃烧燃料中的水分社，+--.$［.］田子平$沸腾燃烧的理论与实践［,］煤炭工业出版社，$北京：+-%&$

［*］/0123+#4#5%.，层状燃烧及沸腾燃烧工业锅炉热力计算方法

［6］$蒸发吸热所需热量较大，在烟气热平衡方程中应予

考虑，此时的沸腾层烟气热平衡方程为文中式（*）。

参考文献：（何静芳编辑）!"!!!!!!"

!!!!!"新技术

据《789:;<=>?@AB<CD》（美国能源部）新计划的研究表明，.##+年&E4月号报道，2FGHIJ:装置在*#E

（输出功率和效率）将优于联合循环，而其价格却与简单循环相当。+&#,A功率范围的性能

在“先进涡轮系统”计划下，“下一代燃气轮机”计划，为*#E+&#,A功率应用提2FG把其注意力转移到

供高效的设计。

“H89K8D@DI;L>D>’>@DJDM8?K@D:;<=>?@（级联加湿先进涡轮）”使燃气轮机和工业部件的设计相结HIJ:—

合，其特点是利用中间冷却、热量回收、加湿和再热。下面列出三型HIJ:装置设计的性能。

基于NBCC95NBOK@JMB?核心发动机，效率为!&Q#R，对应的JMB?燃机HIJ:装置额定功率为*PQ#,A，

的功率为+!Q4,A，效率为.%Q.R。

基于7GS<40核心发动机，效率为&.Q*R，对应的T74&%+0燃机的功率HIJ:装置额定功率为-!Q*,A，

为!.Q+,A，效率为*.R。

基于7GS<4SJ核心发动机，效率为&!Q-R，对应的T74+#+SJ燃机的HIJ:装置额定功率为+!*Q&,A，

功率为P#Q+,A，效率为*!Q.R。"下一代燃气轮机计划

（思娟供稿）