鍋爐燃料燃燒對空氣量和煙氣量的影響

彭　宇，曹偉男，任雨峰，王若男，焦鍵行，王春華

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

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鍋爐燃料燃燒對空氣量和煙氣量的影響

彭宇，曹偉男，任雨峰，王若男，焦鍵行，王春華

（遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

在燃料燃燒計算及相關(guān)原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用Visual Basic 6.0對常規(guī)燃燒、富氧燃燒、完全燃燒及不完全燃燒情況進行了程序設(shè)計，以簡化繁瑣的計算過程。同時對不同燃燒環(huán)境下，分析了燃料種類、空氣過剩系數(shù)、完全燃燒程度、氧氣濃度等對空氣量和煙氣量的影響。結(jié)果顯示，理論煙氣量及理論空氣量隨燃料發(fā)熱量的增加而增加，隨空氣富氧程度的增加而減少；完全燃燒時，煙氣量隨過?？諝庀禂?shù)的增加而增加；一般，在有過?？諝獯嬖诘那闆r下，發(fā)生不完全燃燒時，煙氣量將比完全燃燒時增加。當(dāng)空氣供給不足發(fā)生不完全燃燒時，煙氣量比完全燃燒時有所減少。

鍋爐；燃料燃燒；空氣量；煙氣量；VB程序

隨著計算機的廣泛應(yīng)用和 Visual Basic for Windows（簡稱VB）高級程序設(shè)計語言的蓬勃發(fā)展，使用計算機進行熱工計算已成為現(xiàn)代熱工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，而燃料燃燒、熱平衡及平衡的計算又是鍋爐熱力計算的基礎(chǔ)。

隨著研究者的研究，大部分燃料燃燒軟件都是針對完全燃燒進行計算的［1-3］，而對于不完全燃燒幾乎沒有相關(guān)的計算軟件。在實際生產(chǎn)過程中，不完全燃燒的應(yīng)用場合也較多，比如各種還原爐等，所以有必要開發(fā)出適合于不完全燃燒條件下的燃料燃燒計算軟件。另外兩種節(jié)能燃燒技術(shù)——富氧燃燒和蓄熱燃燒應(yīng)用逐漸增多，但對于這兩種條件下的燃燒計算、熱平衡計算和平衡計算方法研究很少，相應(yīng)的計算軟件更是欠缺。對于富氧燃燒，主要集中在富氧燃燒條件下爐膛含高濃度CO2和H2O等輻射氣體的輻射換熱特性，利用新的輻射特性計算方法來對富氧燃燒鍋爐整體進行熱力計算和分析［4-5］。但并沒有形成一個系統(tǒng)的完整的計算過程，仍處于探索性認識階段。對于蓄熱燃燒，著重于熱平衡計算，而對于平衡計算的研究很少。因此開發(fā)出一套使用范圍廣泛的通用性鍋爐燃料燃燒計算與能量分析軟件具有重要的實際意義。筆者借助VB程序開發(fā)出一套既有完全燃燒、又有不完全燃燒，既有常規(guī)燃燒、又有富氧燃燒與蓄熱燃燒，既有氣體燃料與液體燃料，又有固體燃料的通用性鍋爐燃料燃燒計算，同時對影響鍋爐燃料燃燒空氣量和煙氣量的眾多因素進行了分析。

1　鍋爐燃料燃燒計算與能量分析模型

鍋爐燃料燃燒計算以《工程燃燒學(xué)》［6］為依據(jù)，能量分析以《鍋爐原理》［7］為依據(jù)。鍋爐燃料燃燒計算程序流程如圖1所示。

圖1　程序計算流程圖

2　影響鍋爐燃料燃燒的空氣量和煙氣量分析

燃料燃燒所需要的空氣量和煙氣量與燃料種類、不完全燃燒程度、過?？諝庀禂?shù)、富氧程度、鍋爐負荷、排煙溫度、鍋爐蒸汽干度、燃料空氣預(yù)熱溫度等有關(guān)，這里重點分析了燃料種類、不完全燃燒程度、過剩空氣系數(shù)、富氧程度等對空氣量、煙氣量的影響。

2.1燃料種類對空氣量、煙氣量的影響

從圖2可以看出，隨著燃料種類的不同，其在燃燒過程中產(chǎn)生的空氣量和煙氣量也會隨之發(fā)生變化，其變化趨勢為，理論空氣量及理論煙氣量隨其發(fā)熱量的增大而增大。由理論空氣量的計算可以看出，理論空氣量只取決于燃料的可燃成分，理論空氣量隨燃料中的可燃物含量增加而增加。同樣，燃料完全燃燒的理論煙氣量也主要取決于燃料的可燃成分。燃料的可燃成分越多，發(fā)熱量越高，燃料燃燒生成的煙氣量也越多。

2.2不完全燃燒程度對煙氣量的影響

由表1可以看出，在空氣消耗系數(shù)小于1時，不完全燃燒的煙氣量少于完全燃燒的煙氣量?？諝庀南禂?shù)大于1發(fā)生不完全燃燒時，不完全燃燒的煙氣量多于完全燃燒的煙氣量。由此可以看出在不完全燃燒的條件下，煙氣量隨著過量空氣系數(shù)的增加呈現(xiàn)增加的趨勢。

圖2　燃料種類對空氣量和煙氣量的影響

表1　不完全燃燒程度對煙氣量的影響

2.3過?？諝庀禂?shù)對煙氣量的影響

由圖3可看出，當(dāng)空氣消耗系數(shù)大于1時，隨著過?？諝庀禂?shù)的增大，其煙氣量也會隨之增大。與此同時當(dāng)過量空氣系數(shù)值過小時也會造成固體及氣體的不完全燃燒熱損失過大，以及污染物的排放濃度過大等問題。

圖3　空氣系數(shù)對煙氣量的影響

2.4氧氣濃度對煙氣量的影響

在燃料燃燒過程中，增加助燃劑的濃度，即氧氣或空氣的濃度可以顯著地減少燃料在燃燒過程中的理論空氣量，這是因為在富氧氣氛下進行燃燒時，相應(yīng)地增加了氧氣的濃度，此時帶入的N2量比采用正?？諝鈺r少，而N2在燃燒過程中基本上只是起到稀釋燃燒產(chǎn)物的作用。由圖4得到，隨著氧氣濃度的增大，理論空氣量和煙氣量逐漸降低。

3　結(jié)論

圖4　氧氣濃度對煙氣量和空氣量的影響

運用VB開發(fā)了鍋爐燃料燃燒計算程序。通過應(yīng)用該程序可進行固、液體燃料和氣體燃料的燃燒計算，也可進行完全燃燒與不完全燃燒計算，常規(guī)燃燒與富氧燃燒計算。同時借助VB程序分析了燃料種類、不完全燃燒程度、過剩空氣系數(shù)、富氧程度等對空氣量、煙氣量的影響。結(jié)果顯示，理論空氣量及理論煙氣量隨燃料發(fā)熱量的增大而增大，隨空氣富氧程度的增加而減少；隨著過剩空氣系數(shù)的增大，煙氣量增加；在有過?？諝獯嬖诘那闆r下，發(fā)生不完全燃燒時，煙氣量將比完全燃燒時增加。當(dāng)空氣供給不足發(fā)生不完全燃燒時，煙氣量比完全燃燒時有所減少。

［1］吳明全，韓潤．鍋爐熱平衡及熱效率計算VB程序開發(fā)［J］．重慶科技學(xué)院學(xué)報，2005，12，7（4）：37-38．

［2］趙晨陽．Visual Basic語言程序設(shè)計基礎(chǔ)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2000.

［3］馬人驕，趙雪峰，曠開淼，等.基于VB鍋爐熱平衡計算及分析程序開發(fā)［J］.長春工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，9（4）：32-34.

［4］閻維平，米翠麗，李皓宇.初始氧濃度對鍋爐富氧燃燒和NOx排放的影響［J］．熱能動力工程，2010，25（2）：94-98，124-125.

［5］宋圓圓.富氧燃燒方式下燃油鍋爐燃燒特性的研究 ［D］.濟南，山東大學(xué)，2015.

［6］汪軍，馬其良，張振東，等．工程燃燒學(xué)［M］．北京：中國電力出版社，2008.

［7］周泰強．鍋爐原理［M］.3版．北京：中國電力出版社，2013.

［8］韓昭滄．燃料及燃燒［M］.2版．北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

［9］嚴家祿．工程熱力學(xué)［M］．北京：高等教育出版社，2006.

［10］易大賢，楊子明．鍋爐課程設(shè)計指導(dǎo)書［M］．北京：水利電力出版社，1991.

Influence of Boiler Fuel Combustion on Air Amount and Gas Amount

PENG Yu，CAO Weinan，REN Yufeng，WANG Ruonan，JIAO Jianxing，WANG Chunhua
（College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

In order to simplify the complicated calculating process，application programs of conventional combustion，oxygen-enriched combustion，complete combustion and incomplete combustion are designed by using Visual Basic 6.0 based on the combustion calculation theory.At the same time，the effect of fuel type，excess air coefficient，degree of complete combustion，oxygen concentration on the air quantity and smoke volume are analyzed under different combustion environments.The results show that the smoke gas and air quantity increase with the increase of calorific value of fuel and reduce with the increase of the degree of oxygen-enriched air.As in case of complete combustion，theoretical smoke volume increases with the increase of excess air coefficient；as in case of incomplete combustion，smoke volume is more than that in case of complete combustion under the condition of the presence of excess air.When the air is in short supply and incomplete combustion occurs，the smoke volume is less than which in case of complete combustion.

boiler；fuel combustion；air quantity；smoke volume；VB program

TK224

A

1001-6988（2016）02-0058-03

2015-12-14

遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目（201510148060）

彭宇（1993—），男，本科生，現(xiàn)就讀于遼寧石油化工大學(xué)能源與動力工程專業(yè).