我国是以煤为主要能源的国家,在煤长期开采过程中积累了大量的煤矸石,约占当年原煤产量的10%~15%。煤矸石是一种劣质廉价的燃料,含碳量较低,发热量偏低,热值一般为3000—12000kJ/kg。煤矸石通过与煤掺混燃烧,可实现资源合理利用,同时降低电厂燃料成本。本文采用数值模拟、优化计算与试验研究相结合的方法,对某440t/h循环流化床锅炉掺烧煤矸石进行了研究。侧重探讨了掺烧后炉内研究燃烧的稳定性、燃烧效率、脱硫效率等问题,这些研究工作为电厂更好的掺烧煤矸石提供参考依据。本文以某电厂440t/h循环流化床锅炉为研究对象,根据其结构、运行、燃料等特性,采用流体计算软件FLUENT,在改变掺烧比例的条件下对炉膛内部进行数值模拟。研究发现,掺烧煤矸石10%时,炉膛稀相区沿壁面回流区高度比纯煤工况下高出大约580mm,回流区内的速度变化比纯煤剧烈;当掺烧20%煤矸石时火焰明显贴向前墙,密相区前墙出现了高温区,易造成前墙结焦,炉膛前、后墙缩口部位产生旋流,且前墙旋流范围增高200mm,易造成该处流化不均。随着煤矸石量的增大,炉膛内最高温度、床层温度和烟气出口温度随之降低且下降平缓,说明掺矸率的变化不会引起炉内整体温度急剧变化的现象。结合计算与实际掺烧情况认为在掺矸率10%范围内,炉膛能达到较好的燃烧效果。循环流化床锅炉炉内直接加入脱硫剂即可实现高效脱硫。以5%的掺烧比为例,通过确定床温和钙硫比,以期获得较高的热效率和脱硫效率。选取不同的床温和钙硫比,采用二步法脱硫模型和热效率模型进行计算,发现掺烧5%煤矸石后不影响炉内脱硫规律,当温度在900℃~950℃范围内变化,选取钙硫比在2.2~2.4范围内脱硫效率可达到90%;由于煤矸石灰含量高,当床温高于920℃后灰渣物理热损失增大,热效率下降;当Ca/S值增大,锅炉热效率的增大值逐渐减小,因此随着钙硫比的增大,锅炉热效率逐渐减小。通过计算与实际工况验证,在掺矸率5%情况下最优工况为:Ca/S=2.3、床温t=920℃时,这时锅炉热效率η= 88.565%,脱硫效率2ηSO= 90%,二氧化硫排放浓度n = 329 mg/m~3。通过以上研究,得出某电厂掺混煤矸石的合适范围,并以5%的掺混率为例,探讨得出该工况下最优的床温和钙硫比,为指导电厂实际运行提供了可靠依据。