动燃之水

水分对煤的燃烧及传热的影响

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7峨(∞01w8一OO2302文苴标识码:A中围分囊号:06432

水分对煤的燃烧及侉热的景乏晌

(湖南店轻工业高等专科学校,长沙410015)叶昌

摘要:分析了水分在煤中存在的形式,从燃烧动力学角度讨论了水分对煤的燃烧

及传热过程的影响,

关键词:水分;燃烧;停熟

1燃煤中水分存在的形式

煤可分为泥煤,褐煤,烟煤和无烟煤.燃煤

的水分主要包括游离水分和吸附水分两部分

游离水分主要是煤在开采,运输,贮存过程中

带人的,因此又称外在水分或机械水;吸附水

分是煤在形成过程中所固有的,又称内在水

分.一般情况下,同种燃煤的吸附水分变化不

大,而游离水分则可能由于煤在开采,运输.贮

存时条件不同,往往会有较大的波动;不同种类

的燃煤,泥煤,褐煤的吸附水分要比烟煤无烟

煤高.表1为我国部分燃煤水分组成情况….

表1我国部分燃煤水分组成情况(%)

种类产地收到基水分(M.,)空气干燥基水分(M.一)

2水分对煤燃烧的影响

煤中的水分不宜高.水分含量增加,会使

煤的热值相应降低,亦不利于着火,同时在燃

煤燃烧过程中,水分的蒸发需要消耗大量的热

量(Q^=2250kJ/kg),并增加烟气带走的热损

失,使炉温降低.但是,从燃烧动力学来讲,燃

煤中含有少量(5%～8%)的外在水分,对煤的

燃烧是有利的.

2.1适宜的水分能加快燃煤中固定碳的燃烧

煤的燃烧过程可以分为准备.燃烧和燃尽

三个阶段.燃烧阶段是煤燃烧过程最重要的阶

段,主要包括挥发物和固定碳的燃烧.挥发物

中主要是碳氢化合物,比较容易着火,且燃烧

速度快.固定碳是燃煤的主要燃质,其发热量

一

般占总发热量的一半以上,是煤燃烧过程中

放出热量的主要来源,而且固定碳的燃烧是多

相反应,完全燃烧比挥发物燃烧困难,燃烧所

需时闻也比挥发物燃烧时间长得多.因此,如

何保证固定碳的燃烧完全,迅速,是组织燃烧

过程的关键之一.

固定碳的燃烧是两相(气一固相)反应的

物理化学过程.氧气扩散至碳粒表面与其作

用,生成的CO及C02气体再从其表面扩散出

来,因此,固定碳的燃烧主要决定于化学反应

速度和扩散速度.当燃煤中存在适宜水分时,

在燃烧过程中水分蒸发,形成水蒸气,水蒸气

能与灼热的碳发生反应,具体如下:

C+H'o=CO+H'一Q

C+2H'o=CO,+珊广一0'

C+C0'=2Co—

CO+H'o=CO,+H'一

以上反应加速了固定碳的气化,同时生成

的水煤气中的CO使原来碳粒表面的CO浓度

大大增加,促进CO从其表面扩散出来,并与O,

迅速反应,放出大量的热,从而提高了固定碳

的燃烧速度.当然,水分的含量必须严格控制,

因为无论是水蒸气的形成,还是水蒸气与灼热

的碳反应,都要吸收大量的热量.过多的水分,

会降低燃烧温度,使固定碳化学反应速度减慢.

2.2适宜的水分能减少不完全燃烧热损失

目前,燃煤大部分还是采用层状正烧法燃

烧,即煤自上而下通过准备.燃烧,燃尽等三个

?

24?节能2001年第8期

阶段完成燃烧过程.这种燃烧方法,燃煤从上

部投入,就不可避免地造成煤粉飞扬.由于加

煤时,燃烧炉膛温度较低,且固定碳燃烧速度

较慢,飞扬的煤粉就不可能完全燃烧,造成不

完全燃烧损失,同时产生大量的黑熠,污染环

境.当燃煤中含有一定量的水分,就可有效地

减少加煤时的煤粉飞扬而造成的不完全燃烧热

损失,同时也可减少黑烟对大气的污染.其

次,在固定碳燃尽阶段,固定碳的外壳包了一

层灰渣,使空气很难掺人里面参加燃烧,从而

使燃烧进行缓慢,特别是高灰分燃煤就更难燃

尽,造成不完全燃烧热损失.当燃煤中含有一

定量的水分,在燃烧阶段,由于水蒸气和灼热

碳的气化反应,固定碳燃烧迅速且完全,使燃

尽阶段的残碳大大减少,即使在燃尽阶段存在

一

定的残余固定碳,水蒸气仍可与之反应,使

残余固定碳燃烧完全.

2-3适宜的水分有利于稳定燃烧

在我国,煤的燃烧方法主要有层状燃烧法

和粉煤喷流燃烧法.层状燃烧法是将燃煤放

在炉算上铺成一定厚度的煤层进行燃烧,在燃

烧过程中一般要进行三项操作:加煤,拨火和

除渣.所谓拨火就是拨动炉算上的燃料层,其

目的在于平整和疏松煤层,消除风眼,使通

风均衡流畅.但在拨火操作过程中,由于炉门

敞开,而炉内一般为负压,炉外冷空气就会进

入炉内,引起炉内温度波动;另一方面,炉外冷

空气的进入会直接改变炉内气氛,影响产品质

量.如烧制陶瓷产品,在高温阶段一般都需要

保持还原气氛,额繁的拨火操作就无法保持炉

内的还原气氛,容易造成产品缺陷.当燃煤中

含有一定水分,使炉算上煤的堆积密度减小

(因为水的密度比煤小),这样当水分蒸发后,

能使煤层孔隙率增多(尤其是碎煤),从而改善

空气与煤粒接触混合,减少了风眼的产生,

达到拨火操作之目的,而炉内温度和气氛波动

小,燃烧稳定.

3水分对煤燃烧产物的传热影响

燃煤燃烧后,产生高温烟气.高温烟气作

为载热体主要是通过对流换热和气体辐射换热

来传递热量.在烟气温度较高,流动速度不大

的情况下,气体的传热主要是通过气体辐射换

热来传递热量,气体的辐射力可用下式表示:

=￡Bc4,100)4

式中￡一气体的黑度;

(一黑体辐射系数;

-气体的温度.

从上式可知,气体的黑度对气体的辐射力

影响很太,气体的黑度越大,其辐射力也就越

强.而气体的黑度与该气体的组成有关,单原

子气体和一些双原子气体,如氮(N),氧(O)

等在工业炉温度范围内,放射和吸收辐射能是

微不足道的,这类气体(也包括空气)可认为是

透明介质;只有三原子或三原子以上气体才具

有较强的放射和吸收辐射能,如二氧化碳和水

蒸气.因此,高温气体中的二氧化碳和水蒸气

含量越高,其黑度也就越大.当燃煤中含有适

宜的水分,在燃烧过程中,水分蒸发可使烟气

中三原子气体含量增加,从而提高了烟气的黑

度,有利于燃烧产物与物体之间的辐射换热.

另一方面,由于水蒸气与灼热的碳反应,生

成水煤气,而水煤气的燃烧速度不仅比固定碳

的燃烧速度快得多,且燃烧的火焰长度要比固

定碳燃烧的火焰长度长,这样,火焰能够更直接

地与物体进行对流和辐射换热,提高传热效率.

4工程实例分析

笔者对煤中加水燃烧情况在多家企业进行

了实地跟踪调查,并在湖南衡山某瓷厂对燃煤

加水燃烧情况进行了测试比较.该厂有一条

70m长的燃煤隧道窑,烧成带共有氧化炉l

对,还原炉3对,燃烧室采用倾斜式炉栅,燃煤

使用大同烟煤,最高烧成温度为1340℃.在

产量,烧成制度(包括温度,压力,气氛制度)不

变情况下,对还原炉进行燃煤加水燃烧测试,

结果见表2.

对燃烧后的煤灰分析,在未加水煤燃烧的

灰渣中含有一定量的未能燃尽的焦炭,而外加

水后燃煤燃烧后灰渣中残留的焦炭就明显较

少.从表2还可得出当燃料外加5%水分时,燃

煤消耗量为442kg/h,折算成未加水燃煤消耗量

文童簟号:1004—7948(:~001)08一O025一o3文献标识码:B中圈分龚号:TU97

高层建筑供水模式的选择与系统能耗分析

(湖北纺织建筑设计院二所,武汉430077)戎左峻

摘要:结合工程设计实例,对具有代表性的高层建筑供水模式及其能耗砟了详尽

的技术经济比较和理论分析.

关键词:高届建筑;供水系统;能耗

高层建筑室内给水不可能由外网直供,必

须通过建筑物的室内给水系统增压后分别送至

建筑物内各用户.其室内给水系统有多种模式

可供选择:(1)屋顶设水箱,分区减压配水;

(2)分区设水箱配水;(3)变频供水,分区减压,

(41分区变频供水;(5)其它无塔供水方式.

对于高层建筑而言,第5种方式较少见,本

文不加论述.

给水模式的选择,涉及供水安全.可靠.水

质稳定,二次污染,用户的健康意识与心理需

求等工程的,技术经济的,社会的诸种因素,也

牵涉到给水系统的能耗性能这样的概念.本文

拟从系统的能耗这个角度对几种具有代表

性的供水模式做些分析,以供参考及借鉴.

1工程实例及各方案的技术经济比较

某高层住宅楼,建筑高度99m.除裙房及

转换层外,共有住房264套(含复式住宅),措竖

向分为高中,低3个给水分区.

方案比选中作了以下4个方案:

方案A:地下室设泵房,水池,屋顶设100m~

水箱l座,中区,低区设减压阎.水泵将全部用

水提升至屋顶水箱,然后再配送到各用户;

方案B:地下室设水池及l套恒压变量变

频调速供水装置,中区,低区设减压阎,由变频

装置直接向用户配水;

方案c:在高,中,低等3个分区分别设各

自的高位水箱(每座容积34m~'),地下室设水池

及各分区专用的供水泵.水由分区供水泵分别

提升至分区水箱,再配给用户;

方案D:地下室设水池以及各分区专用的

恒压变量供水装置共3套,直接配水.

本次比选遵循以下原则:

裹2燃煤加水燃烧情况分析

剖|加木情况来^采井加井加1o%

燃盛消耗量啦7445堋E

(kE)

加盛时烟囱有堆加盛时烟囱的黑蝈加爆时蝈囱的捧l

蝈.卷娆室内卷烧大为减少.燃烧室内蝈理象减少.卷烧

甚娆.操作尊定.窑遭还气甚烧稳定.窑遭落^室911曩度牟低,

慨氛艳费,妁】5rain好.还原气氛饱璃.使加煤,挂^摊作

拄^一嵌,21mirtI8miD拄^一.嵌鼓增加,】2

加爆一嵌.^一.投^一友.22rain加

盛一嵌.

为420kg/h,因此当燃料外加5%水分时,每小

时可节约原煤4.25kg;而当外加10%水分时,

则每小时要多耗原煤12.2(488×090—427=

12.2)kg.

5结论

(1)燃煤中,水分含量过高,不利于煤的燃

烧;在燃煤层状燃烧时,适宜的水分(5%～

8%)有利于煤的燃烧.(2)在燃煤层状燃烧过程

中,煤中含有适宜的水分能减少煤的化学不完

全燃烧热损失,同时能减少燃烧黑烟的产生,

有利于环境保护.(3)燃煤含有适宜的水分,能

够提高烟气的辐射力,提高传热效率.

参考文献

【1】孙晋并.硅醴盐工业热工基础【M】.武投:武投工业大学出麓

牡,1992.(收稿日船:2001一∞一2田