煤粉颗粒粒度对煤质分析特性与燃烧特性的影响

采用Ｍａｌｖｅｒｎ 公司的马尔文粒度仪测量煤粉颗粒的平均粒度和粒度分布、及Ｌｅｃｏ 公司的ＭＡＣ－ ５００ 型工业分析仪测量煤粉的工业分析成分, 对合山劣质烟煤、晋城贫煤的各４ 种不同粒径的细化和超细化煤样进行了试验研究, 应用库仑滴定法测定了煤粉颗粒粒度对煤质全硫元素分析的影响． 结果表明, 煤粉颗粒粒度对煤质分析特性有很大的影响, 并进一步影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性． 煤粉颗粒粒度是进行煤质分析与燃烧系统设计的重要物理参数．     

多通道逆喷旋流燃烧器不同负荷下煤粉燃烧特性研究

旋流燃烧器煤粉燃烧特性与其结构参数及运行工况密切相关，是工业煤粉锅炉的研究重点。为了研究煤粉在多通道逆喷旋流燃烧器不同负荷下的燃烧特性，以热态试验台架为基础，采用高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机3种手段对预燃室内的温度分布、组分浓度分布及预燃室外的火焰形态进行测量，分析不同负荷下煤粉在预燃室内、外的燃烧过程。试验结果表明：多通道逆喷旋流燃烧器在不同负荷下均可实现煤粉稳定燃烧，负荷最低可至35%;煤粉呈现“风包火、火包粉”的径向分级燃烧状态，其中低温空气层保证预燃室结构长期稳定运行，高温无氧强还原性气氛保证煤粉快速着火稳定燃烧同时抑制燃烧初期NO_x生成；低负荷运行时，煤粉燃烧过程集中在预燃室内且燃烧强度较高，温度较高其峰值均值为1 204℃,无氧区域较大时强还原性气氛中CO浓度较高，预燃室外无形态稳定火焰；中、高负荷运行时，预燃室内煤粉燃烧强度略低，温度较低时其峰值均值分别为1 087℃、1 090℃,无氧区域较小时强还原性气氛中CO浓度较低，燃烧过程延伸至预燃室外，形成稳定的旋流火焰，其直径和发散角度分别维持在750 mm和25°左右，而火焰长度则由2 627 ...     

煤粉颗粒粒度分形分析

采用英国Malvem公司的MAM5004型激光粒度分析仪测定了合山、晋城各4种不同粒径煤样的粒度分布．采用美国LECO公司的MAC-500型工业分析仪分别测得各煤样的固定碳及挥发分含量．根据实验数据研究了煤粉颗粒的分形特征及其煤粉粒度分布分形维数与其固定碳及挥发分含量的关系，提出了基于考虑能量、环境、安全的煤粉燃烧锅炉的煤粉经济细度新概念．煤粉的分形维数可以反映煤粉的物理结构特性，并提供反映煤粉燃烧特性与炉内的燃烧状况的信息．煤粉颗粒的分形维数愈大，细度愈小，愈均匀，煤粉燃烧性能愈好，超细化煤粉燃烧技术是一种极具潜力的煤粉洁净高效燃烧新技术．     

W火焰锅炉无烟煤煤粉气流着火特性

针对采用缝隙式燃烧器的600 MW超临界W火焰锅炉进行了热态试验研究,着重考察了不同工况下无烟煤煤粉气流的着火特性。试验结果表明,煤粉气流着火特性受燃烧器配风和煤粉浓度影响较为敏感。较低的一次风速可以显著缩短浓相煤粉气流着火距离,在1 m左右可以稳定的着火;二次风应在煤粉气流着火后补入,过大或过小的二次风均容易引起燃烧恶化;无烟煤煤粉气流的燃烧宜采用较高的煤粉浓度,煤粉浓度提高至1.0 kg/kg后浓相煤粉气流的着火更加稳定。控制合适的煤粉气流着火距离对W火焰锅炉运行非常重要,着火延迟距离过大后会引起火焰中心的下移从而容易造成冷灰斗区域的温度过高。     

我国预燃室旋流煤粉燃烧器研究进展

随着煤炭资源逐渐向集中-分布式能源利用体系方向发展,小规模煤粉工业锅炉系统在能源分布利用中将扮演至关重要的角色,但启停频繁、负荷调节宽泛等实际现状对其快速着火、稳定燃烧提出较高要求,同时燃烧温度低、火焰行程短等特点导致不易实现煤粉高效清洁燃烧,预燃室旋流燃烧器作为其核心燃烧装置是组织煤粉气流着火、稳燃低氮的重要基础。对预燃室旋流燃烧器的早期和目前研究应用进行回顾和论述,总结其共性和异性,随后给出未来发展研究趋势,为预燃室旋流燃烧器的设计开发提供启发思路。研究进展汇总表明:早期预燃室旋流燃烧器以一次风、粉旋流为主,多用于电站锅炉,为我国电力事业初期发展做出重要贡献;目前预燃室旋流燃烧器以二次风旋流为主,多用于煤粉工业锅炉,主要分类有钝体、分级、逆喷等结构特点,分别从强化回流、分级燃烧、逆向射流燃烧方面进行研究,具备一定高效低氮燃烧效果,为煤粉工业锅炉快速发展奠定基础;最后针对预燃室旋流燃烧器未来研究趋势提出粗细颗粒分离燃烧、预燃室结构形状、颗粒预燃室内停留时间3个方面研究内容,以促进煤粉工业锅炉强化高效低氮燃烧、拓宽负荷调节范围与提升煤种适用性。     

分散剂影响煤粉采出效果的实验研究

为了研究井筒中煤粉在排采过程中的产出规律,促进地层产出煤粉的有效排出,利用自主研发的CBM-WS型高压煤储层井筒模拟装置进行了模拟实验来探索井筒中煤粉采出的影响因素。实验结果表明,井筒中煤粉颗粒受地层中煤粉产出、排采速度和煤粉分散情况等因素的影响。当排采速度较低时,井筒中采出煤粉颗粒粒度<20 μm,大部分粒度40～100 μm的煤粉颗粒没有采出;随着排采速度的增加,采出煤粉数量显著增加,粒度也明显增大;在流体速度达到临界流速,煤粉采出量趋于稳定。加入FYXF-30分散剂后,能够将进入井筒中的较大颗粒煤粉分散并采出。     

高炉喷吹用煤粉爆炸性影响因素分析

为评价所选煤种的爆炸性,采用长管式煤粉爆炸性能测定仪测定煤粉火焰长度,并探讨煤粉预热、富氧、粒度、挥发分等对煤粉爆炸性的影响。试验研究表明:煤粉未预热时属于中强爆炸性煤,预热300℃后爆炸性显著增强;当介质含氧量在2%~21%时,煤粉表现弱爆炸性,当介质氧含量达到25%以上后,煤粉燃烧产生返回火焰,煤粉表现为强爆炸性;粒度越细,煤粉爆炸性越强烈;挥发分含量越高,其煤粉爆炸性越强烈,以期为强化喷煤燃烧提供参考性的建议。     

颗粒间距对煤粉颗粒着火和燃烧行为影响的理论研究

为了探究复杂燃烧组织形式下煤粉颗粒间距变化所带来的颗粒着火和燃烧行为的差异，以典型烟煤为研究对象，开展了不同颗粒间距下煤粉颗粒着火与燃烧特性的理论模拟研究，主要考察着火延迟时间、着火模式及关键流场、组分场特性随颗粒间距D的演变规律。结果表明，当颗粒间距较大，煤粉颗粒群的燃烧行为与单颗粒燃烧行为相似；对于粒径为70μm的烟煤颗粒，在1 500 K-0.2O₂的条件下，均相着火滞后于非均相着火发生，且该现象对于气相反应机理的选取不敏感。当颗粒间距缩小（≤8d）,煤粉颗粒的气相燃烧行为与单个煤粉颗粒有较大的差异。由于颗粒之间的相互作用，挥发分在下游颗粒边界处发生富集，气相着火点在下游颗粒边界产生，并逐步发展至上游颗粒，促使气相连续火焰的形成。由于上述颗粒间的相互作用，上游和下游颗粒的挥发分着火均有所提前，使得颗粒的着火模式向均相着火倾斜，且下游颗粒着火模式倾斜程度较上游颗粒更为明显。当颗粒间距缩小，多颗粒燃烧形成火焰包络面，导致颗粒边界层富燃贫氧区域的扩大，这对燃烧过程中氮氧化物等的生成具有重要影响。     

内铺煤粉方管内瓦斯预混火焰传播特性

为了研究煤粉对管内瓦斯预混火焰传播过程的影响,选用典型煤粉试样将其均匀铺于截面100 mm×100 mm、长1.5 m的有机玻璃方管底部,采用高速摄像机/光电传感器、微细热电偶、压力传感器等测试得到了管内瓦斯火焰传播过程中火焰传播速度、火焰瞬态温度、燃烧压力等参数,并初步分析了煤粉影响瓦斯火焰传播的机制。结果表明：有煤粉时火焰传播速度有所增加,但燃烧反应持续时间明显增长;内铺煤粉时管内火焰温度的半峰宽度增加,测点处瞬态温度曲线呈现出较为明显的“双峰”结构,说明活性的煤粉与瓦斯火焰形成瓦斯-煤粉复合火焰;有无煤粉时燃烧压力峰值差别不大,但有煤粉时压力波脉冲宽度增加。     

煤粉燃烧时富氧部分气化对NO_x生成的影响研究

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_x)初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_x,提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还原性气体,并通过炉膛分级配风实现控制煤粉燃烧初始NO_x排放的目的。数值模拟,气相反应模型采用有限速率/涡耗散(FR/ED)模型,考虑了煤粉在气化反应中涉及的反应动力学机理,更适合于煤粉富氧部分气化反应模拟。结果表明:采用氧体积分数为25.9%的富氧气氛时,燃烧器内反应进行程度明显提升,燃烧器内温度由897℃升至1 007℃,燃烧器出口温度由1 255℃升至1 356℃,CO体积分数由5.48%升至7.17%,碳转化率由61.54%升至86.27%。7 MW双锥燃烧器的富氧试验结果验证了数值模拟的结论,燃烧器内采用合适的氧浓度和过量空气系数,可形成强还原性气氛;燃烧器内过量空气系数越低,燃烧器出口CO和CH_4等还原性气体的浓度越高,燃烧器内空气中氧体积分数由21.0%升至28.3%时,燃烧器出口中心处CO体积分数由9.540%提高至20.258%,燃烧器出口NO_x生成量为0。工业现场试验结果表明,富氧部分气化和空气分级均能起到降低锅炉NO_x初始排放的作用,两者结合低氮效果更好,在富氧比例为28.3%、分级配风比例为41.2%时,锅炉NO_x初始排放质量浓度可由546 mg/m~3降至159 mg/m~3。     

混烧准东煤660 MW煤粉炉分离燃尽风位置优化研究

以某混烧准东煤与北塔山煤的660 MW超超临界四角切圆锅炉为研究对象,使用ANSYS FLUENT软件,模拟当准东煤与北塔山煤的混烧质量比分别为8∶2、9∶1和10∶0时,分离燃尽风喷口投用位置对炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率的影响,确定分离燃尽风的最佳位置。研究表明,各混烧比下,还原区高度为4 m时,炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率达到最佳值,NOx浓度分别为2270、2403、2605 mg/m3,煤粉燃尽率分别为9877%、9867%、9775%。保持还原区高度4 m不变,改变高低位燃尽风间距,当高低位燃尽风之间的距离为25 m时,炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率达到最佳值,NOx浓度分别为227010、240300、260525 mg/m3,煤粉燃尽率分别为9877%、9867%、9775%。研究结果可为类似炉型混烧或全烧准东煤提供参考。     

沥青搅拌站煤粉旋流燃烧室的数值模拟研究

燃煤加热节约沥青搅拌站的运行成本。设计了出力为4 t/h的煤粉旋流燃烧室及其加热系统,并对燃烧室开展数值模拟研究。结果表明,煤粉颗粒燃烧室内迅速着火燃烧,燃烧室内速度场和温度场分布较为对称;旋流燃烧室内流场由旋流燃烧器和切向喷入燃烧室的二次风共同主导,当燃烧室切向进入的二次风与中心射线的偏置角不小于60°,一次风率在0.15~0.20,旋流燃烧室内流场合理,煤粉的燃烧效率可达97%~99%,NO_x排放浓度在650 mg/Nm~3左右,具有较高的负荷调节能力。模拟结果论证了在沥青搅拌站上使用煤粉旋流燃烧的可行性并提供了一定设计指导。     

内外二次风量比对逆喷旋流燃烧器特性的影响

逆喷旋流燃烧器是一种同时将逆向射流稳燃技术和旋流稳燃技术耦合的适用于烟煤的低氮燃烧器,具有良好的节能减排效果,但是,目前该燃烧器的稳燃机理研究不深入限制了其进一步推广应用。其中内外二次风量比、逆向一次风率、旋流强度等是影响逆喷旋流燃烧器基本性能的关键因素。为了探究不同内外二次风量比对该燃烧器流场特性和燃烧特性的影响,通过等温模化原理,建立与原14 MW逆喷旋流燃烧器比例为1∶2的燃烧器模型,使用飘带网格方法测量了耦合回流区边界,使用Dantec Multichannel热线风速仪测量了平均速度分布和RMS(Root-Mean-Square)速度分布,根据耦合回流区边界和平均速度计算得出相对回流率,然后在燃用神府东胜烟煤的14MW逆喷旋流燃烧器上使用Testo 340烟气分析仪测量了预燃锥内沿程气体中NOx质量浓度和O₂体积分数分布。试验结果表明:随着内外二次风量比增加,耦合回流区的面积增大,长度不变,最大直径从0.67 D增加到0.87 D,相对回流率峰值从0.83增加到1.23,测量截面b的O₂体积分数增大,靠近预燃锥壁面附近NO_x质量浓度降低;在0.3≤X/D≤0.8的耦合回流区内平均速度较低但是湍动强烈,内外二次风量比2∶5在截面X/D=0.8附近脉动速度峰值达到最大,内外二次风量比10∶23和内外二次风量比10∶28均在截面X/D=0.75附近火焰稳定且强度较高,因此从流场特性和燃烧特性2个角度均表明,耦合回流区内0.3≤X/D≤0.8的区域起到稳定火焰的作用;靠近预燃锥壁面附近形成一个高速低湍流的空气保护层,且该区域O₂体积分数均大于7%,有利于防止壁面出现高温腐蚀现象。     

细煤粉燃烧特性的热分析研究

 采用热天平研究了细化鹤岗煤样的燃烧特性,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对细化煤粉燃烧特性的影响。结果表明：在氧气充足,较慢的升温速率,粒度低于60μm的条件下,小粒度煤粉的燃尽性能优于大粒度煤粉,并且粒度的增加可使细煤粉的综合燃烧特性变差;升温速率的提高可使细煤粉的最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高,有利于改善细煤粉的燃尽性能和综合燃烧特性;氧气浓度低于20％时,氧气浓度的增大可以改善细煤粉的燃尽特性和综合燃烧特性。     

中等挥发分烟煤回燃逆喷式燃烧数值模拟

为扩展逆喷室燃煤粉工业锅炉对中等挥发分烟煤的适用性,以大同烟煤为研究对象,利用数值模拟技术,对14 MW旋流逆喷式燃烧器三维建模,模拟了燃烧器内的燃烧组织过程。通过对比挥发分较高的神华煤模拟结果发现:着火位置、供料量和燃烧室温度均是影响中挥发分烟煤燃烧稳定的关键因素,延长高温区域、增加回流区域面积、强化燃烧器燃烧过程组织可有效提高燃烧器对中等挥发分煤种的燃烧效果,根据煤质特性,选择相应的运行条件可起到良好的稳定燃烧作用。结合现场运行,同时对现有燃烧器进行了优化研究,最终确定了14 MW燃烧器燃用大同煤的最佳运行工况,即一次风速为24 m/s、二次风速为10 m/s和进料量为0.35 kg/s的优化运行条件,经对运行过程检测,燃烧器出口和炉膛温度由原来的926.5℃和856.7℃分别升高至1 055.6℃和938.8℃,燃烧效率达到98%以上,燃烧更加稳定。     

不同粒径煤粉煤质变化及燃烧特性研究

采用哈氏可磨测试仪对阳泉无烟煤、印尼褐煤进行研磨,测出其哈氏可磨性指数HGI,同时用马尔文激光细度仪对可磨仪研磨后的煤样进行细度测量。利用振筛机对研磨后的煤样进行筛分,区分出4种不同粒径的煤粉,然后用工业分析仪测出其工业分析成分,研究其工业分析成分之间的区别;采用热重分析仪进行燃烧试验,研究粒径及工业分析成分变化对燃烧特性的影响。结果表明：研磨后煤粉中的不同粒径煤粉在研磨过程中产生工业分析成分的偏离,影响煤粉的热解、着火、燃烧等特性;研磨后煤粉中的细粉相对粗粉增大了比表面积并改变了孔隙结构,对煤粉的着火、燃烧稳定性、燃烬性等都有积极的影响;由于两种煤种煤质的不同,导致其燃烧机理及燃烧特性的不同。     

近距离煤层群开采自燃危险区域划分及自燃预测

通过数值方法求解复合煤层采空区渗流、扩散和化学反应耦合的三维稳态数学模型，得到常温下采空区氧浓度及渗流速度场的分布.结合大型煤自然发火实验得到的煤自燃的下限氧浓度、上限漏风强度、极限浮煤厚度等参数及煤的实验自然发火期，划分出开采下部煤层时上部煤层煤柱及采空区自燃危险区域，再结合工作面推进速度，预测自然发火期.采用这种方法对东荣二矿采煤工作面顶部煤层煤柱进行自燃预测，得到进风侧的煤柱氧化升温区在距离工作面50~140 m处，回风侧在距离工作面50~85 m处，工作面推进速度大于1.6 m/d时，煤柱无自燃危险，工作面停止推进但正常通风38 d后，煤柱进风侧将首先发生自燃.     

煤炭地下气化火焰工作面移动速度的研究

在煤炭地下气化试验中,火焰工作面的移动速度是影响其产气过程连续稳定进行的关键因素之一,鉴于此,在模型试验的基础上,对火焰工作面的移动速度进行了定量研究,建立并推导出了火焰工作面移动匠数学模型表达式,并进行了计算和分析,分别讨论了火 焰工作面的移动速度与供氧量和煤粒粒径的关系,计算值和模型测定值、现场试验探测值的一致性,表明对地下气化炉中火焰工作面移动速度的模拟是正确的,从而,可进一步实现对现场试验燃烧带移动状态的预测,并为煤炭地下气化过程工艺技术方案的实施与控制,提供了必要的理论依据。     

600 MW超临界W火焰锅炉无烟煤燃烧NOx释放规律研究

针对600 MW超临界W火焰锅炉,对炉内劣质无烟煤燃烧和NO x 释放规律进行数值模拟,研究了煤粉浓度、一次风速及前后墙配风方式对炉内NO x 释放规律的影响。结果表明：提高煤粉浓度可显著降低炉膛出口NO x 排放,在锅炉负荷允许范围内,与常规浓度相比,NO x 排放量可降低42%;合理选择前后拱一次风速可有效控制炉内NO x 生成,存在最佳一次风速;炉膛前后墙配风方式对炉内火焰对称性影响较大,而对NO x 生成量影响不大。