煤粉粒径对骨料烘干煤粉燃烧器排放特性的影响

构建骨料烘干煤粉燃烧器内煤粉燃烧行为的控制模型,以污染物含量为评价标准,研究了骨料烘干煤粉燃烧过程中煤粉粒径对排放特性的影响规律. 结果表明,随煤粉粒径增大,煤粉在燃烧器内燃烧不充分,CO排放量增加,CO2排放量逐渐减少,SO2排放量增加,NO排放量在煤粉粒径为100 um时最小.     

一次风速对高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器性能影响的数值模拟

高浓度煤粉燃烧器能稳定燃烧和显著降低NO_x排放,是一种经济环保的燃烧技术,其一次风速对炉内着火延迟、煤粉燃烧稳定性以及NO_x排放量都有重要的影响。为了确定适合新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器的一次风速,为燃烧器的现场试验和实际运行提供指导依据,采用ANSYS Fluent软件模拟计算了一次风速对煤粉燃烧稳定性和NO_x排放的影响。先进行网格无关性检验,并用一台25 t/h全尺寸煤粉工业锅炉进行试验,验证了模型的准确性。数值模拟计算结果表明:新型高浓度煤粉预燃式低氮燃烧器可在预燃室和炉膛内形成2个回流区,预燃室内的回流区保证煤粉稳定燃烧,炉膛内的回流区降低NO_x。一次风速过低时,一、二次风的后期混合减弱,煤粉燃烧不稳定,NO_x排放量略微升高;一次风速过高时,二次风与煤粉的混合被削弱,煤粉燃烧同样不稳定,且焦炭转化率明显下降,NO_x排放大幅增加;一次风速从17 m/s增加到20 m/s,出口截面NO_x浓度提高约10%;适当的一次风速不仅能稳定煤粉着火和燃烧,还能实现NO_x低排放。试验研究燃烧器的最佳一次风速在14～17 m/s。     

高速煤粉燃烧器内燃烧特性数值模拟及结构优化

高速煤粉燃烧器火焰喷射速度高达60~200 m/s,炉膛内火焰较长,对流换热比例提高,使得炉膛内温度分布均匀,没有传统低速煤粉燃烧器火焰短,炉膛内局部过热和结焦等缺点。笔者以14 MW高速煤粉燃烧器为研究对象,采用数值模拟的方法,研究旋流强度、二次风温度等关键参数对燃烧器内煤粉燃烧的影响,针对燃烧器内煤粉燃烧特点进行结构优化设计。对旋流强度研究结果表明,当旋流强度S=2.2、2.8、3.2及3.7时,燃烧器内回流区形状变化不大,从一次风喷口开始到旋流叶片位置结束,回流区环绕一次风管;最大回流量在一次风喷口附近,距离一次风喷口越远,回流量越小;旋流强度对一次风喷口附近最大回流量影响不大,喷口附近最大回流量均在0.45 kg/s左右,当距喷口超过一定距离(L/H<0.35)时,旋流强度对回流量的影响开始变得明显,表现为旋流强度越大,回流区末端回流量越大,回流区末端回流量最大为0.30 kg/s,最小为0.17 kg/s。研究燃烧器喷口处燃烧状态表明,喷口处火焰旋流强度为0.10~0.28,与入口旋流强度正相关,火焰喷射速度150 m/s,为中等旋流强度的高速旋流火焰;喷口中心区可燃性组分富集,缺氧,燃料和氧气分层分布。当旋流强度提高,喷口中心区可燃性组分浓度降低,CO浓度从11%降低到10%,H2浓度从1.65%降低到1.40%,焦炭浓度从0. 14%降低到0. 11%,喷口边缘O2浓度从13%降低到10%。旋流强度S=3.2和S=3.7时可燃组分和氧气浓度分布变化较小,说明旋流强度提高对燃烧的影响减弱。考察0、100和200℃下二次风温度对燃烧的影响,结果表明,当二次风温度提高,煤粉在燃烧器内的反应时间有所降低,从0.15 s降低到0.11 s,但燃烧器内的煤粉碳转化率提高20%,达到65%。对燃烧器结构进行优化,加入中心风,对比中心风直流和旋流与不加中心风3种状态,结果表明,加入旋流中心风和直流中心风后喷口中心区半径r≤75 mm范围内可燃组分浓度降低,采用直流时由于气流刚性较强,喷口中心区氧气浓度升高,采用旋流中心风对中心区氧浓度影响弱,对可燃组分浓度降低效果优于直流中心风。     

煤粉工业锅炉空气深度分级数值模拟研究

为了研究空气分级低氮燃烧技术对煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度的影响规律,针对煤科院40 t/h煤粉工业锅炉采用数值模拟的方法探讨了空气分级深度对锅炉燃烧及NO_x初始排放浓度的影响规律,并通过工程试验验证了模拟结果的准确性。研究结果表明:随着三次风比例由0增至50%,双锥燃烧器出口平均温度由980 K上升至1 530 K,且温度分布更加均匀;双锥燃烧器出口气流流速降低约10 m/s;锅炉NO_x初始排放浓度由空气不分级工况下的697 mg/m~3降至三次风30%工况下的424 mg/m~3,降幅约39%。工程试验表明,三次风比例为30%时,NO_x初始排放浓度为409 mg/m~3,与数值模拟结果相差小于5%,数值模拟较好地预测了锅炉燃烧及NO_x排放情况。空气深度分级低氮燃烧技术可有效降低煤粉工业锅炉NO_x初始排放浓度。     

分解炉内混煤燃烧最佳三次风速的模拟研究

针对某公司5500 t/d三喷腾分解炉内混煤燃烧效果不佳的问题,利用FLUENT软件,采用二步竞争反应模型及二混合分数方法,对炉内不同三次风速下的速度场、温度场及组分场进行模拟研究,得到了三次风对混煤燃烧的影响规律,并对模拟结果进行了验证. 结果表明,二混合分数方法模拟结果符合混煤在分解炉内的实际燃烧情况;三次风速为26 m/s时,混煤的主要燃烧区域占分解炉的2/3,煤粉燃烧的最高温度为1940 K,煤粉的燃烬率为95.45%,分解炉内的温度分布满足生料分解的要求,避免了结渣.     

420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造。针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果。应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案。随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低。浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低。随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少。随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20%SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30%增加到40%时,NOx浓度基本保持不变。随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2。此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少。随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升。随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成。根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4∶1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30%,SOFA射流角度上扬15°。改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65%～70%),而飞灰含碳量保持在3%～4%,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果。     

低流量煤粉稳燃燃烧器的研究与应用

结合煤粉工业锅炉煤粉流量低和炉膛容积小的特点,运用内二次旋转风、锥形钝体和有限预燃室空间相结合的稳燃技术,开发出一种低流量煤粉稳燃燃烧器。运用CFD技术研究了一次风速、内二次风速、内二次风旋流强度和钝体阻塞率等参量变化对回流区大小和回流速度的影响。提高内二次风速,回流区长度和平均回流速度皆呈现缓慢增加趋势;增加内二次风旋流强度,回流区长度和平均回流速度能较快增加,能明显提高回流区卷吸高温烟气热量;钝体阻塞率为1.070是比较合适的。该燃烧器应用到蒸发量4 t/h煤粉工业锅炉上,能够稳定燃烧,提高锅炉热效率10%～18%。     

OCUS燃烧器的应用

使用传统单通道燃烧器或老式三通道燃烧器,即使燃煤品质很好,燃烧情况也往往并不理想。主要表现为煤耗高,产量低,熟料强度偏低。燃烧器结构设计及空气动力参数选择不合理,一次风量过大,气流喷射速度过低是主要原因。煤与液体、气体燃料的燃烧性能相比,最大的差别就在于其着火能高、燃烧速度慢。欲使燃烧器喷出的煤粉气流在回转窑中迅速着火并稳定燃烧,首先要求一次风煤粉气流与二次热风的质量、热量变换速率足够快,使一次风煤粉气流能获得相应的升温速率并及时补充燃烧所需氧量。其次,要求二次热风温度和热焓量足够高,使煤粉以及一次风气流迅速获得达到其燃点所需的能量。故当二次风温为确定值时,一次风量越大,喷射速度越低,对着火和燃烧越不利。 武汉理工大学推出的OCUS系列新型四通道燃烧器以计算机仿真技术为基础,运用大速差和强旋流理论,依据上述理论采取工有效的强化燃烧措施;降低了一次风量,使煤粉气流的着火能下降;提高了射流的出口速度,增加了燃烧推力,强化了一次风与二次热风的混合;增加了中心风通道,改进了火焰的调控手段,使煤粉火焰燃烧迅速,调节灵活。其使用效果受到用户普遍好评。     

湿磨干烧掺部分无烟煤的煅烧技术探讨(二)

（续2002年第3期）2 燃烧器 我厂选用 SWIRLAX三通道喷煤管（见图1）,喷煤管中心是用于气体和液体燃料的通道。其中径向和轴向风这两股气流在通过锥形空气喷嘴前混合后喷出,有利于保证煤粉（尤其是低挥发分燃烧煤）燃烧完全,且通过轴向风和径向风的灵活调整,可有效控制火焰的长短。 燃低挥发分燃煤选用SWIRLAX喷煤管时,推力大小决定于单位时间内喷煤管的风速（推力=一次风相对动量％×风速m/s）。风速越高推力越大,火焰就越短。短火焰可以形成高温区,这将有     

基于EDM、PDF和FR/ED模型的煤粉燃烧过程适应性研究

还原气氛下煤粉反应过程兼具燃烧和气化的特点,是煤粉实现低氮燃烧的关键因素,合适的化学反应模型是准确模拟该过程的基础。笔者基于煤粉双锥燃烧器,对比了EDM模型、PDF模型和FR/ED模型在氧化气氛和还原气氛的模拟结果,通过与试验结果的对比验证,确定了不同反应气氛适合的化学反应模型。研究结果表明,3种模型在煤粉着火位置和逆喷传播距离的预测上存在差别,PDF模型起火点更靠近燃烧器逆喷喷口,EDM模型一次风和煤粉喷出经过一段升温过程后逐渐燃烧,FR/ED模型的升温过程更长,壁面低温区域接近前锥长度一半;使用FR/ED模型模拟时燃烧器内平均温度最高,EDM模型次之,PDF模型最低;EDM模型中未考虑CO反应,燃烧器内基本无CO存在,PDF模型高CO浓度区域集中在煤粉燃烧初期,燃烧器出口CO含量较低,FR/ED模型化学反应动力学参数在煤粉燃烧整个区域内均有较高CO浓度存在。由于考虑了焦炭与氧气气化反应的影响,FR/ED模型模拟燃烧器内氧含量明显低于EDM和PDF模型,当过量空气系数为1.2时,燃烧器出口处氧含量为7.0%,明显低于EDM模型的11.1%和PDF模型的12.0%,燃烧器出口处CO含量为3.5%,明显高于EDM(0)和PDF模型(0.8%);过量空气系数为0.5时,EDM模型对CO成分的预测结果偏差较大,燃烧器出口CO浓度为0.05%,采用PDF和FR/ED模型时燃烧器出口CO含量分别为5.73%和10.7%。从模拟结果与试验结果的对比来看,在氧化气氛下,主要发生煤粉的燃烧反应,EDM模型和PDF模型在温度、CO含量上的预测较为准确,与试验数据偏差较小,FR/ED模型偏差较大;在还原性气氛下,EDM模型模拟的结果几乎不生成CO和H2,并不适合还原性气氛,PDF模型和FR/ED模型有较合理的还原气氛模拟结果,两者的差别在于还原性气体的生成位置,PDF模型喷口位置CO浓度较高,出口浓度偏低,FR/ED模型随着煤粉反应流程的进行,CO浓度逐渐升高,出口浓度更接近试验结果。综合考虑,氧化气氛下双锥燃烧器适合采用EDM模型和PDF模型进行模拟,还原气氛下适合采用FR/ED模型进行模拟。     

掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

为了降低CO2排放，缓解天然气供应压力，促进氢能规模消纳，掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前，掺氢天然气的研究主要集中在工业上，本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性，利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件，建立燃烧器二维轴对称模型，对比数值模拟结果与实验结果，验证了数值模型的合理性；分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明，随着预混量(一次空气系数)增大，峰值温度大幅度升高，NO峰值质量分数先增大后降低，CO峰值质量分数逐渐增大；随着二次风流速(过量空气系数)增大，温度与污染物含量变化很小，与预混量的影响相比，二次风流速的影响几乎可以忽略不计。     

二次风温度对回转窑内煤粉燃烧特性影响的研究

回转窑内煤粉燃烧为产品煅烧提供了热源,研究二次风温度对火焰形状、烟气流场及温度分布的影响,可为优化燃烧器的操作参数与结构参数提供依据.本文以一四风道煤粉燃烧器及φ4 m×60 m的回转窑为对象,应用Fluent软件,研究了以煤粉为燃料,二次风温度分别为1000 K、1250 K、1373 K、1550 K时,回转窑内火焰性能、烟气流场及温度分布情况.结果表明:对给定的四风道煤粉燃烧器,二次风温度为1373 K时,火焰最高温度达到2000K,回转窑内火焰形状成良好的棒槌状,火焰温度分布符合水泥生产的要求.     

预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性作用研究

煤粉高效低氮燃烧技术是煤炭高效利用领域持续关注的热点。煤粉燃烧器作为煤粉锅炉的核心设备,研究适合多煤种、宽负荷条件的煤粉燃烧器设计原理及技术至关重要。逆喷射流稳燃机理大都应用在航空发动机和燃气轮机领域,在煤粉燃烧领域应用极少。前人大量研究了预燃室对旋流燃烧器流场特性的影响,但鲜见预燃室对逆喷旋流燃烧器流场影响的相关研究。为了探究预燃室对逆喷旋流煤粉燃烧器流场特性的影响规律,笔者针对一款20 t/h逆喷旋流燃烧器,基于等温模化原理建立冷态燃烧器模型,利用热线风速仪和飘带法进行了流场测试和分析,结果表明:预燃室的存在不改变逆喷旋流煤粉燃烧器回流区环形的形状,但在逆喷旋流煤粉燃烧器内形成一个有利于煤粉着火的轴向速度低和湍流强度大的回流区。在X/D<1.3区域内,由于圆锥形预燃室对气流的挤压作用,预燃室的存在对回流区的面积起到抑制作用;在1.32.3区域内,预燃室对燃烧器内部流场的作用减弱,可忽略不计。在预燃室的作用下,回流区最宽处的直径从0.97D降至0.86D,最大相对回流率位置从截面X/D=1后移到截面X/D=1.6处,相对回流率从1.17减小至0.99。预燃室的存在对二次风区域内的轴向平均速度和湍流度分布规律影响较大。无预燃室工况下,在X/D<0.6区域内,速度和湍流度均出现峰值,在X/D>1.6区域内峰值消失,内外二次风完全混合;有预燃室工况下,在X/D<0.6区域速度沿着径向方向逐渐增大,湍流度沿着径向方向逐渐减小,在X/D>1.6区域,速度和湍流度沿着径向方向分布均匀。预燃室的存在有利于回流区煤粉的稳定燃烧,工程应用中起到煤粉迅速着火以及难燃煤稳定燃烧的作用。另外预燃室壁面气流速度较大,刚性强,避免预燃室壁面超温或结焦现象的发生,延长了煤粉燃烧器无故障运行时间和整体的使用寿命。     

O2/CO2气氛下煤燃烧SO2/NO析出特性

在水平管式炉上研究了O₂浓度、CO₂浓度、温度及石灰石添加等各参数对O₂/CO₂气氛下徐州烟煤和龙岩无烟煤燃烧过程中SO₂/NO排放特性的影响。结果发现,O₂/CO₂气氛下,烟煤和无烟煤燃烧SO₂/NO的析出规律与空气气氛下不同,同等O₂浓度下析出量比空气气氛下小。O₂/CO₂气氛下,随着O₂浓度的提高,烟煤和无烟煤SO₂/NO排放量均增大;随着CO₂浓度的升高, SO₂/NO排放量均减小。O₂/CO₂气氛下,石灰石添加对SO₂排放的抑制作用低于空气气氛下;石灰石添加对NO的排放有一定减排作用。对煤灰的元素分析显示O₂/CO₂燃烧对SO₂的抑制主要是由于煤灰的自固硫能力增强,而对NO的减排作用则是促进燃料N向其他含N气体的转换。     

Numerical simulation on optimization of structure and operating parameters of a novel lean coal decoupling burner

Due to its low volatile characteristics of lean coal, it is difficult to catch fire and burn out. Therefore, high temperature is needed to maintain combustion efficiency, while, this leads to high nitrogen oxide emission. For power plant boilers burning lean coal, stable combustion with lower nitrogen oxide emission is a challenging task. This study applied the 3D numerical simulation on the analysis of a novel de-coupling burner for low-volatile coal and its structure and operation parameters optimization. Results indicate that although it was more difficult for lean coal decoupling burner to ignite lean coal than high volatile coal, the burner formed a stepwise ignition trend, which promoted the rapid ignition of lean coal. Comparison of three central partition plate structure shows that in terms of characteristics of the flow field distribution, rich and lean separation and combustion, the structure with an inclination of 0° showed good performance, with its rich-lean air ratio being 0.85 and concentration ratio being 22.94, and there was an apparent decoupling combustion characteristic. Finally, the structure of the selected burner was optimized for its operational conditions. The optimal operating parameters was determined as the primary air velocity of 24.9 m·s^-1 and the mass flow rate of pulverized coal of 2.5 kg·s^-1, in which the pyrolysis products were utilized as reductive agent more fully. Eventually, the nitrogen oxide was efficiently reduced to nitrogen, which emission concentration was 61.88% lower than that in the design condition.     

外二次旋流风对旋流煤粉燃烧及NO生成的影响

对旋流煤粉火焰在两种分级进风的情况下用PIV（particle image velocimetry）测量了燃烧室内的速度分布,研究了湍流拟序结构对旋流火焰的燃烧特性及NO排放的影响。燃烧室进口附近,当外二次风率较大时,其拟序结构沿横向的扩散较早,大量小颗粒被裹入涡结构中参加反应,因此中心区域温度较高;外二次风率较小时,一次风外侧的涡结构使得更多的大颗粒在惯性离心力作用下运动到了近壁区域,因此近壁区温度更高。在本文的实验范围内,保持其他条件不变,增加外二次旋流风,有利于剪切层纵向涡结构的形成,也有利于横向涡的形成,促进了小颗粒煤粒燃烧和大颗粒煤粒挥发分析出,从而促进NO的提前生成以及燃烧中间产物对NO的还原,最终减少NO的生成。     

调节同层二次风以缓解双切圆锅炉高温腐蚀的数值模拟

针对某双切圆锅炉热角区域高温腐蚀问题,本文提出调节同层二次风流量的方法来改善热角上游的还原性氛围。基于Fluent软件模拟了不同冷角二次风流量工况下的炉内燃烧情况,结果表明：增加冷角二次风量可以基本消除双切圆锅炉水冷壁附近CO体积分数过高（>8%）的区域,大大缓解水冷壁高温腐蚀的问题。5%工况和10%工况下,炉膛近壁面安全区域面积占比分别上升了1.20%和1.35%,出口NO _x 平均质量浓度分别升高2.99%和8.89%;而15%工况的炉膛防腐效果最佳,近壁面安全区域面积占比上升了3.60%,同时腐蚀严重区域占比下降了4.99%,出口NO _x 平均质量浓度升高较明显,上升18.91%。在一般电厂实际调整过程中,冷角二次风增量应设置在5%～10%,对于燃用高硫煤且NO _x 排放较低的电厂,建议将冷角二次风增量设置为15%左右,以最大限度缓解高温腐蚀。