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1、第1期锅炉制造No.12010年1月BOILERMANUFACTURINGJan.2010文章编号:CN23-1249(2010)01-0001-04基于富氧燃烧的回转式加热器优化设计孙冬雷(华北电力大学能源与动力工程学院,河北保定071003)摘要:富氧燃烧技术是控制电站锅炉大气污染物排放的新型方法。针对采用该系统的燃煤电站锅炉CO2预热问题,建立了加热CO2的回转式预热器的数学模型,以换热器的直径、蓄热部分的高度、烟气以及CO2的流通面积比、转子的转速5个特征值为设计变量,年运行费用最低为目标函数,应用MATLAB实现了四种工况下CO2预热器的优化设计。结果
2、表明,对于1025t/h燃煤锅炉,烟气中CO2浓度为84%~88%时预热器能经济运行,且偏离最优点时对年运行费用影响较小,因此要求锅炉运行中再循环烟气量应该控制在一定的范围内。关键词:O2/CO2燃烧,电站锅炉,回转式,优化设计中图分类号:TK264文献标识码:AOptimumDesignofRotaryHeaterforO2/CO2CombustionUtilityBoilerSunDonglei(NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)Abstract:O2/CO2combustiontec
3、hnologyisanewoneforcontroltheemissionfromutilityboiler.AmathematicalmodelforrotaryheatertopreheatingCO2withthistechnologywassetup,thediameterofheatexchanger,theheightofheatstoragepar,tfluegasandtheCO2flowarearatio,rotorspeedwereselectedasthedesignvariables,thelowestannualoperatingcos
4、tswastheobjectivefunction.TheoptimumdesignonfourfluegasconditionswascarriedoutbyMATLAB.Theresultsshowedthat,fora1025t/hboiler,theCO2heateroperateeconomicallywithCO2concentrationisat84%~88%influegas,andiftheconditiondeviated,theinfluenceofannualoperatingcostsissma-ller,therecycledflue
5、gasshouldbecontrolledinacertainrangewithboileroperation.Keywords:O2/CO2combustion;utilityboiler;rotaryheater;optimumdesign燃烧的排烟中CO2的浓度只有13%~15%,这给0引言CO2的分离与捕捉带来很大的技术和经济难[1]以煤为主要能源的电力生产中CO2的排放题。富氧燃烧技术,也称作O2/CO2燃烧技术,占所有人类活动中CO2排放总量的25%左右,是为组织煤粉在O2和CO2的混合气中燃烧,可以CO2最大的单点排放源。常规煤粉锅炉空气助燃大幅度
6、的提高排烟中CO2的浓度(脱水后CO2的收稿日期:2009-06-24作者简介:孙冬雷(1975-),男,河北保定人,工程师,硕士,主要从事热能工程方面科研及教学工作。#2#锅炉制造总第219期[11]浓度能达到95%以上),大大简化了CO2的回收的转速5个特征值为设计变量。[2]成本和难度。因此越来越多的人研究煤粉富TTX=(x1,x2,x3,x4,x5)=(D,L,by,bk,n)(1)氧燃烧下的相关特性。其中D)再生式换热器的直径,m;国内外研究者进行了煤/焦在O2/CO2气氛L)再生式换热器的装有蓄热元件部分的下的污染物排放、燃烧动力学等方面的研究。[3
7、][4]高度,m;Okawa和Okazaki证明O2/CO2气氛下NOx的by)烟气流通部分的面积比;排放明显低于常规煤粉燃烧,O2/CO2气氛下NOx[5,6]bk)空气流通部分的面积比;排放是常规空气燃烧的25%。Croiset等在n)转子(或风罩)的转速,转/小时。CANMETCETC的试验系统上发现随着送风中氧[7,8]不考虑结露问题时,由设计结构、制造工艺、量的增大,炉内火焰温度会提高。王宏等人稳定性等条件确定的各约束条件为:在卧式管式电炉上,对O2/CO2气氛和空气下堆积状态煤粉在700~1000e时NOx和SO2的释xi ,i=1,2,,,5(2
8、)放特性进行了研究。关于
