一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法與流程

2023-05-19 14:10:30 1

1.本發明涉及煤粉鍋爐燃燒技術領域，尤其涉及一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法。


背景技術：

2.燃煤電站的制粉系統運行時，高溫一次風和原煤共同進入磨煤機，其中一次風起到烘乾原煤及攜帶煤粉的作用。煤粉氣流從磨煤機出來後，經過粉管進入鍋爐爐膛，在爐膛內通過卷吸周圍高溫煙氣並接受火焰的輻射獲得熱量而升溫，使煤粉滿足著火條件。煤粉氣流初始溫度越高，就越容易著火燃燒，對提升鍋爐的煤種適應性和燃燒穩定性就越有利；但煤粉氣流初始溫度升高，也容易引起制粉系統爆燃及燃燒器噴口的燒損。
3.目前，為保證磨煤機的安全運行，磨煤機出口煤粉氣流溫度受到嚴格限制，如對於常用的煙煤，磨煤機出口溫度通常控制在90℃以內。近年來，隨著煤質惡化及低負荷運行成為常態，對燃煤鍋爐煤種適應性和燃燒穩定性提出了更高的要求，為提升煤粉氣流初始溫度，出現了在粉管上對煤粉氣流進行直接加熱的技術，避免了磨煤機安全運行的限制，可以顯著提升煤粉氣流初始溫度，但煤粉氣流溫度最高可以加熱到什麼程度，尚無明確規定。


技術實現要素：

4.本發明的目的在於提供一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法，解決現有技術中存在的問題。
5.為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
6.本發明提供了一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法，包括以下步驟：
7.(1)確定粉管安全運行溫度t
粉管
8.採用熱重分析方法，得到煤粉樣品的重量隨溫度的變化曲線-tg曲線，對tg曲線進行求導，得到煤粉樣品的重量變化率隨溫度的變化曲線-dtg曲線，根據dtg曲線上煤粉樣品重量變化率的最大值確定tg曲線的拐點，tg曲線的拐點的切線與初始基線的交點為煤粉著火溫度t
ignition
；粉管安全運行溫度t
粉管
與煤粉著火溫度t
ignition
的關係為：
9.t
粉管
＝t
ignition-100；
10.所述初始基線為重量為100％的水平基準線；
11.(2)確定燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
12.採用實地測量方法，選擇煤粉氣流的著火距離為0.5m時對應的煤粉氣流的初始溫度為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
；
13.(3)確定煤粉氣流加熱溫度t
煤粉
14.將粉管安全運行溫度t
粉管
與燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
進行比較，t
粉管
與t
燃燒器
中數值小的作為煤粉氣流加熱溫度，即：
15.t
煤粉
＝min(t
粉管
，t
燃燒器
)。
16.優選的，在上述一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法中，所述步驟(1)中熱重分析方
法中的升溫速率為1～10℃/min。
17.優選的，在上述一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法中，所述步驟(2)中確定燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
的具體過程為：一定初始溫度的煤粉氣流從燃燒器噴口進入爐膛後，將熱電偶通過燃燒器伸入爐膛中，以燃燒器噴口為零點，每向前10cm作為一個溫度測點，測量燃燒器噴口不同距離處的煤粉氣流的溫度，然後繪製曲線，曲線的斜率為1時對應的點表示的距離為煤粉氣流的著火距離；然後改變煤粉氣流的初始溫度，重複上述過程，選擇煤粉氣流的著火距離為0.5m時對應的煤粉氣流的初始溫度為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
。
18.本發明中涉及的原理：
19.(1)煤粉氣流初始溫度升高，對粉管和燃燒器安全運行產生影響，會引起粉管內積粉的爆燃及燃燒器噴口燒損，因此，從粉管和燃燒器運行安全角度，分別確定粉管安全運行溫度t
粉管
及燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
，將兩個溫度進行比較，選取低者作為煤粉氣流初始溫度的上限。
20.(2)煤粉在一次風氣流的攜帶下，通過粉管進入鍋爐爐膛。氣流對煤粉的攜帶能力與氣流速度密切相關，當粉管內部存在彎頭、死角等會引起風速降低的角落，或煤粉氣流速度整體偏低時，煤粉就會脫離氣流的攜帶，發生沉積，形成積粉。積粉發生緩慢氧化，釋放熱量及揮發分氣體，達到一定溫度後即可能發生著火及爆炸，該溫度與煤質密切相關，通常，煤化程度較低、揮發分含量較高的煤種著火溫度較低，煤化程度較高、揮發分含量較低的煤種著火溫度較高。此外，積粉因發生氧化釋放熱量，使煤粉溫度逐漸高於煤粉氣流溫度，為了防止煤粉在粉管內發生燃燒，粉管安全運行溫度t
粉管
應與煤粉著火溫度t
ignition
間存在一定安全裕量，根據運行經驗，本方法中將該安全裕量定為100℃，當安全裕量小於100℃，會引發煤粉在粉管中發生自燃。
21.(3)熱重分析中根據升溫速率的不同，可以分為快速熱重分析和慢速熱重分析，快速熱重分析的升溫速率可達10～1000℃/min，慢速熱重分析的升溫速率為1～10℃/min，由於煤粉在送粉管道內發生爆燃通常是由於積粉緩慢氧化、自燃引起的，故本方法中確定粉管安全運行溫度應採用慢速熱重測得的煤粉著火溫度。
22.(4)煤粉氣流從粉管進入爐膛需經過燃燒器，煤粉氣流從燃燒器噴口進入爐膛後，被周圍高溫煙氣及火焰加熱，達到著火溫度後著火燃燒。若煤粉著火過快，著火的點距離噴口過近，會引起燃燒器噴口燒損；若煤粉著火過慢，著火的點距離噴口過遠，則會引起燃燒不穩，發生滅火；通常認為著火距離在0.5～1.5m範圍內，可以保持燃燒器噴口的安全及著火的穩定性。本發明提出採用實地測量的方法，確定煤粉氣流的著火距離，測量不同煤粉氣流初始溫度對應的煤粉氣流著火距離，選擇煤粉氣流著火距離為0.5m時的煤粉氣流初始溫度，將其確定為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
。
23.經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
24.本發明為解決燃煤鍋爐運行中煤粉氣流初始溫度限值不確定的問題，提出一種方法，從粉管和燃燒器運行安全角度對煤粉氣流最高加熱溫度進行設計；本發明介紹了粉管安全運行溫度和燃燒器安全運行溫度的獲得方法，煤粉氣流初始溫度上限值為粉管安全運行溫度和燃燒器安全運行溫度的最小值。本方法給出了煤粉氣流初始溫度的確定方法，對煤粉氣流加熱溫度選取具有很強的指導意義。
附圖說明
25.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。
26.圖1為煤粉著火溫度t
ignition
確定圖；
27.圖2為煤粉氣流的著火距離測試曲線圖。
具體實施方式
28.本發明提供了一種煤粉氣流加熱溫度的設計方法，包括以下步驟：
29.(1)確定粉管安全運行溫度t
粉管
30.採用熱重分析方法，得到煤粉樣品的重量隨溫度的變化曲線-tg曲線，對tg曲線進行求導，得到煤粉樣品的重量變化率隨溫度的變化曲線-dtg曲線，根據dtg曲線上煤粉樣品重量變化率的最大值確定tg曲線的拐點，tg曲線的拐點的切線與初始基線的交點為煤粉著火溫度t
ignition
；粉管安全運行溫度t粉管與煤粉著火溫度t
ignition
的關係為：
31.t
粉管
＝t
ignition-100；
32.所述初始基線為重量為100％的水平基準線；
33.(2)確定燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
34.採用實地測量方法，選擇煤粉氣流的著火距離為0.5m時對應的煤粉氣流的初始溫度為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
；
35.所述煤粉氣流的初始溫度為煤粉氣流在粉管中的溫度；
36.(3)確定煤粉氣流加熱溫度t
煤粉
37.將粉管安全運行溫度t
粉管
與燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
進行比較，t
粉管
與t
燃燒器
中數值小的作為煤粉氣流加熱溫度，即：
38.t
煤粉
＝min(t
粉管
，t
燃燒器
)。
39.在本發明中，所述步驟(1)中熱重分析方法中的升溫速率優選為1～10℃/min，進一步優選為1、2、3、4、5、6、7、8、9或10℃/min，更優選為1℃/min。
40.在本發明中，所述步驟(2)中確定燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
的具體過程為：一定初始溫度的煤粉氣流從燃燒器噴口進入爐膛後，將熱電偶通過燃燒器伸入爐膛中，以燃燒器噴口為零點，每向前10cm作為一個溫度測點，測量燃燒器噴口不同距離處的煤粉氣流的溫度，然後繪製曲線，曲線的斜率為1時對應的點表示的距離為煤粉氣流的著火距離；然後改變煤粉氣流的初始溫度，重複上述過程，選擇煤粉氣流的著火距離為0.5m時對應的煤粉氣流的初始溫度為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
。
41.下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
42.實施例1
43.(1)確定粉管安全運行溫度t
粉管
44.將煤粉樣品放入熱重分析儀，以1℃/min的升溫速率對煤粉樣品進行加熱，同時測量煤粉樣品的重量變化，得到煤粉樣品的重量隨溫度的變化曲線-tg曲線，對tg曲線進行求
導，得到煤粉樣品的重量變化率隨溫度的變化曲線-dtg曲線，根據dtg曲線上煤粉樣品重量變化率的最大值確定tg曲線的拐點，tg曲線的拐點的切線與初始基線的交點為煤粉著火溫度t
ignition
，如圖1所示；粉管安全運行溫度t
粉管
與煤粉著火溫度t
ignition
的關係為：
45.t
粉管
＝t
ignition-100；
46.(2)確定燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
47.一定初始溫度的煤粉氣流從燃燒器噴口進入爐膛後，將熱電偶通過燃燒器伸入爐膛中，以燃燒器噴口為零點，每向前10cm作為一個溫度測點，測量燃燒器噴口不同距離處的煤粉氣流的溫度，然後繪製曲線，如圖2所示，曲線的斜率為1時對應的點-d點表示的距離為煤粉氣流的著火距離；然後改變煤粉氣流的初始溫度，重複上述過程，選擇煤粉氣流的著火距離為0.5m時對應的煤粉氣流的初始溫度為燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
。
48.(3)確定煤粉氣流加熱溫度t
煤粉
49.將粉管安全運行溫度t
粉管
與燃燒器安全運行溫度t
燃燒器
進行比較，t
粉管
與t
燃燒器
中數值小的作為煤粉氣流加熱溫度，即：
50.t
煤粉
＝min(t
粉管
，t
燃燒器
)。
51.以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。