生物质锅炉对流受热面积灰冷态模拟实验研究

燃用生物质的CFB锅炉的尾部受热面上容易出现严重的积灰问题,严重影响换热并可能导致停炉等问题。惯性碰撞是引起生物质锅炉积灰的主要机理,而温度通过影响灰中熔融质所占的比例,进而影响积灰程度。采用加热熔融的石蜡与循环灰的混合物来模拟真实的高黏性飞灰,并搭建了冷态积灰实验台。发现石蜡与循环灰的熔融物可以快速地黏附在受热面上,大大缩短了实验时间。通过图像处理得到沉积厚度随时间的变化情况,沉积过程的生长趋势与真实生物质积灰实验一致。在冷态下实验发现,随着熔融质比例、烟气速度、颗粒粒径的增加,积灰程度呈上升趋势,为生物质锅炉的设计和运行提供了一定的参考依据。     

生物质锅炉对流受热面积灰冷态模拟实验研究

燃用生物质的CFB锅炉的尾部受热面上容易出现严重的积灰问题,严重影响换热并可能导致停炉等问题。惯性碰撞是引起生物质锅炉积灰的主要机理,而温度通过影响灰中熔融质所占的比例,进而影响积灰程度。采用加热熔融的石蜡与循环灰的混合物来模拟真实的高黏性飞灰,并搭建了冷态积灰实验台。发现石蜡与循环灰的熔融物可以快速地黏附在受热面上,大大缩短了实验时间。通过图像处理得到沉积厚度随时间的变化情况,沉积过程的生长趋势与真实生物质积灰实验一致。在冷态下实验发现,随着熔融质比例、烟气速度、颗粒粒径的增加,积灰程度呈上升趋势,为生物质锅炉的设计和运行提供了一定的参考依据。     

烟气横掠管束外表面的积灰特性

针对石灰线生产中烟尘易沉积,烟气换热器表面积灰的问题,为开发具有自清灰功能和扩展受热面的高效传热元件,对粉尘物理、化学和外部工作过程特性进行研究,通过采用扫描电子显微镜及XRD等仪器,研究灰的粒径分布、外观形貌及化学成分等物理化学特性,并对管束外表面积灰特性进行实验研究,结果表明：石灰线粉尘粒径较大,颗粒结构紧密,表面有大小不一的孔,易产生物理沉积形成松散积灰;灰样浓度的增大会导致积灰量增加,相同时间内灰样浓度越高积灰量越大,顺风面更易产生积灰现象;烟气流速较大时,积灰量很快达到稳定,烟气流速的增加会导致迎风面积灰量减少,背风面积灰量增加,存在最佳的烟气流速使飞灰颗粒在管道表面的沉积量最小;增加横向节距、减少纵向节距有利于减少积灰量。     

烟气横掠管束外表面的积灰特性

针对石灰线生产中烟尘易沉积,烟气换热器表面积灰的问题,为开发具有自清灰功能和扩展受热面的高效传热元件,对粉尘物理、化学和外部工作过程特性进行研究,通过采用扫描电子显微镜及XRD等仪器,研究灰的粒径分布、外观形貌及化学成分等物理化学特性,并对管束外表面积灰特性进行实验研究,结果表明:石灰线粉尘粒径较大,颗粒结构紧密,表面有大小不一的孔,易产生物理沉积形成松散积灰;灰样浓度的增大会导致积灰量增加,相同时间内灰样浓度越高积灰量越大,顺风面更易产生积灰现象;烟气流速较大时,积灰量很快达到稳定,烟气流速的增加会导致迎风面积灰量减少,背风面积灰量增加,存在最佳的烟气流速使飞灰颗粒在管道表面的沉积量最小;增加横向节距、减少纵向节距有利于减少积灰量。     

超细飞灰对烟气酸露点与酸凝结的影响研究

准确预测燃煤锅炉尾部烟气的酸露点和酸凝结对深度降低排烟温度、保障尾部换热设备的安全高效运行十分重要。尾部烟气中存在的飞灰颗粒对酸露点和酸凝结液滴的发生有很大影响，不可忽略。考虑烟气中超细飞灰颗粒对酸露点和酸凝结的影响，提出了飞灰粒径对考虑局部凝结质量传输效果的酸露点和酸凝结迭代计算方法，实现了酸露点和壁面温度下酸凝结的准确预测。当飞灰粒径低于中肯半径（r_ash0）时，飞灰粒径对凝结率有显著影响；随着飞灰粒径的降低，硫酸蒸气、水蒸气以及酸液凝结率明显增加，尤其是硫酸蒸气凝结率；飞灰粒径越小，凝结越易发生。然而，过冷度超过30℃时，烟气中超细飞灰颗粒对低温壁面酸凝结的影响可以忽略不计。烟气携带而不被低温壁面捕获的凝结酸液量较少，烟气中超细飞灰颗粒对烟气酸蒸气的降低作用可以忽略不计。理论计算方法为分析现场酸-灰作用积灰层提供理论依据，对于优化燃煤锅炉尾部烟道的安全高效运行有重大指导意义。     

垃圾焚烧系统换热表面的积灰生长与控制研究进展

焚烧是我国处理城市生活垃圾的重要方式，能够实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化利用。由于城市生活垃圾水分高、盐分多、热值低，导致垃圾焚烧炉普遍面临严重的积灰问题，这不仅为垃圾焚烧炉的安全运行带来隐患，还严重影响垃圾焚烧发电厂的经济效益。本文综述了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的研究现状，介绍了垃圾焚烧炉受热面积灰生长的机理，分析了飞灰粒径、烟气流速、烟气温度、换热面温度等对垃圾焚烧炉受热面积灰生长特性产生影响的因素。在燃煤锅炉和生物质炉积灰结渣的现有积灰模型基础上，需要结合垃圾炉的积灰实验数据发展可以预测垃圾焚烧炉积灰结渣问题的模型。针对垃圾焚烧炉受热面积灰严重的现象，本文提出了设备改进、工艺优化、使用添加剂和涂层技术抑制积灰生长的一系列方法。最后总结了当前的重点研究内容，提出了建立能够准确预测垃圾焚烧炉积灰生长的模型，开发新的有效减轻垃圾焚烧炉换热面积灰的涂层等今后开展研究的方向，为垃圾焚烧电厂的合理运行提供了参考建议。     

基于K气体成分的积灰初始沉积层数学模型构建研究

对于一些碱金属物质来讲,其自身的K气体的成分含量比较高,因此,将碱金属物质应用于直燃发电的时候,锅炉的受热面极易产生积灰,从而不仅使得锅炉受热面产生的积灰沉积物还可能造成其受热面出现高温腐蚀的情况,进而对机组的可用率以及使其安全运行造成严重影响,还传将对锅炉的受热面的传热造成严重影响。或者采用煤共燃的方式来使碱金属物质进行燃烧发电时,虽然产生的煤灰对于碱金属物质的盐化以及捕集等均可产生相互的作用,可以使得产生的轻积灰减少以及降低腐蚀的程度,但是产生的积灰质量比较大的时候,反而会加重腐蚀的影响。对此类情况进行研究,利用积灰初始沉积层的热泳以及凝结的两种特性,来对一种基于K气体成分的积灰初始沉积层进行数学模型的构建,并且对构建的相关模型进行检验,从而通过对该数学模型中锅炉的受热面的表面温度与产生的积灰沉积层初始的厚度的位置以及时长进行改变,由此使得数学模型的预测更加合理。并且利用构建的模型来对含有气溶胶颗粒与K气体成分在锅炉的受热面的沉积以及产生的烟气中烟的温度、含K气体成分的含量以及烟气的速度进行研究,可以发现:在产生烟气中烟的温度、含K气体成分的含量以及烟气的速度在沉积的过程中产生的影响基本一致,当烟气的速度与温度都比较高的时候,进行沉积的时候,初始阶段的沉积率比较高,中后期阶段比较低,由此产生的积灰沉积层的厚度也就比较低;在产生的烟气当中气溶胶颗粒与K气体成分含量具有很大的不同,积灰初始沉积层的特性热泳以及凝结在进行沉积的时候不同时期对沉积层所起的作用不同,初始阶段时,都对于沉积层起到主导的作用,中后期阶段时,热泳在沉积的过程当中起到主导的作用。     

飞灰颗粒与平板表面撞击过程的实验研究

以煤粉锅炉积灰过程为研究背景,在常温常压环境下对飞灰颗粒与平板表面撞击过程进行实验研究,分析飞灰颗粒入射法向速度对颗粒法向反弹速度的影响,以及飞灰颗粒粒径对临界捕集速度的影响。实验结果表明,飞灰颗粒粒径相同时,法向恢复系数随入射法向速度的增大先增大后平缓最后减小,在增大区域具有相当陡的斜率,反映了不同形式的力在不同阶段所占的比重不同;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随着颗粒粒径的增大而增大;而临界捕集速度随颗粒粒径的增大而减小。     

粒径对福建无烟煤在CFB锅炉中燃尽的影响

建立了福建无烟煤细颗粒燃烧模型,计算了其在容量35 t/h循环流化床锅炉炉膛内的燃尽时间和一次通过炉膛的停留时间,分析了不同粒径煤颗粒在不同燃烧温度和不同烟气流速时在CFB锅炉内的燃尽时间和停留时间的变化差异. 实验研究了福建无烟煤粒径对飞灰碳含量的影响及燃尽的影响. 结果表明,细煤颗粒的燃尽时间与停留时间均随粒径增大而增长,但燃尽时间增幅更明显,颗粒一次通过炉膛完全燃尽的临界粒径约为0.15 mm;粒径越大的颗粒其停留时间和燃尽时间对烟气流速和燃烧温度变化越敏感;无烟煤入炉粒径明显影响CFB锅炉飞灰含碳量,选用粒度为3~8 mm的偏粗颗粒为宜.     

富氧燃烧颗粒物生成和灰沉积特性研究进展

近年来,世界经济不断发展,人口不断增加,能源消耗随之持续增加,其中化石能源的使用使得全球二氧化碳排放总量居高不下。为了缓解全球碳排放上升趋势,中国承诺在2030年二氧化碳排放达峰并在2050年实现净零排放。为了实现这一目标,需要发展化石能源的清洁高效利用,其中富氧燃烧技术是最有前景的燃煤电厂碳减排技术之一,系统综述了富氧燃烧中的颗粒物生成和灰沉积现象,介绍了氧气浓度、压力及燃料特性对颗粒物生成和灰沉积特性的影响机理。富氧燃烧中生成的颗粒物主要可分为亚微米和微米颗粒,其中亚微米颗粒主要由灰分经气化、冷凝和凝聚过程形成,微米颗粒则主要伴随焦炭破碎过程形成。氧气浓度升高导致火焰温度升高,一方面更多的灰分在高温下气化,促进了亚微米颗粒的生成,另一方面高温加剧了碱金属蒸气和硅铝酸盐粗颗粒的交互反应,导致亚微米颗粒中碱金属含量降低。而压力的上升可能会抑制亚微米颗粒的生成。但氧气浓度和压力对微米颗粒的产率和成分影响均不显著。积灰主要通过惯性碰撞、热泳力、冷凝和化学反应形成。富氧燃烧中氧气浓度上升会促进积灰的生成,一方面因为烟气温度升高,颗粒物黏度降低而在碰撞到壁面后更易黏结形成积灰;另一方面因为亚微米颗粒增多,更多细颗粒可以通过热泳力迁移到换热器表面形成积灰。虽然氧气浓度对外层积灰的成分没有明显影响,但紧贴壁面的内层积灰由于含有较多亚微米颗粒,其成分变化与亚微米颗粒趋势相似。压力升高时,积灰中的硫含量增高而氯含量降低,但对积灰生成速率的影响暂不明确。     

一种新型受热面飞灰颗粒的沉积特性

以一种余热锅炉中新型的受热面为研究对象,采用实验研究和数值模拟的方法研究其飞灰沉积特性。建立了菱形受热面飞灰颗粒的沉积模型,对飞灰颗粒的反弹、黏附及脱落过程进行预测,并与叉排管束和顺排管束的含灰烟气流的速度场、温度场和飞灰颗粒沉积率进行比较。结果表明,菱形受热面在换热和飞灰沉积方面优势明显。沉积主要集中于受热面左上部,颗粒由于惯性碰撞在迎风侧沉积。相同速度下,随颗粒粒径增加沉积率先增大后减小,在3 m·s^-1的烟气流速下颗粒直径为5 μm时飞灰颗粒沉积率最高,为9.49%。保持粒径不变,随速度增大沉积率逐渐降低。     

烟气轮机动叶流道内颗粒运动的流动显示实验

烟气轮机是催化裂化装置能量回收系统中的关键设备,但内部烟气介质含有催化剂颗粒,易在内壁面沉积、结垢且对叶片造成冲蚀、磨损,影响机组正常运行。为研究烟气轮机内部复杂的两相运动规律,以实际烟气轮机为基准设计了模型烟气轮机,利用高速摄像机拍摄模型烟气轮机动叶流道内的颗粒运动形态,捕捉颗粒与壁面的作用过程。结果表明,动叶前缘是颗粒碰撞的高频区,且颗粒碰撞后速度方向变化量较大。颗粒与动叶压力面发生多次碰撞的位置集中在压力面后缘,小粒径颗粒较易紧贴动叶压力面运动。实验结果为进一步探索催化剂颗粒在烟气轮机内部的沉积结垢机理提供了重要依据。     

颗粒撞击单颗粒覆层的数值计算

颗粒与壁面的惯性碰撞机制是换热管壁积灰的主要原因之一,且国内外对微米级颗粒撞击壁面过程的研究较少。本文对单颗粒撞击颗粒覆层的碰撞过程进行了数值计算。首先通过建立颗粒与壁面法向碰撞的动力学模型,对颗粒与壁面（或颗粒）之间的碰撞过程进行研究。对于颗粒与壁面（或颗粒）的碰撞过程,无阻尼耗散下,理论计算结果与数值计算结果一致。相对于仅考虑黏附剥离功的情况,阻尼耗散的存在使得临界捕集速度增加。在此基础上,研究了颗粒与颗粒覆层撞击后的颗粒运动情况。颗粒-颗粒（黏附）-壁面的法向碰撞过程由于黏附颗粒的加入变得更加复杂。计算发现,对于二氧化硅颗粒-二氧化硅颗粒（黏附）-不锈钢表面的碰撞过程,当入射速度大于0.7m/s时,黏附颗粒将从壁面脱离。     

流化床垃圾焚烧炉飞灰沉积实验

在自行搭建的小型流化床积灰试验台上选用流化床垃圾焚烧炉对流管束浮灰，模拟焚烧炉烟气环境下开展飞灰沉积实验。首先分析浮灰理化特性，结果表明：随着粒径增大，浮灰中CaO和SO₃含量逐渐降低，而SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐增加；碱金属Na和K以及卤素Cl的含量在粒径较小的浮灰中含量最高。其次重点研究了浮灰粒径、烟气温度和换热管表面温度对飞灰沉积特性的影响规律，结果表明：积灰中主要富含Ca、S、Si和Al等元素，积灰中CaO和SO₃含量比浮灰高，而Al₂O₃和SiO₂含量比浮灰低；积灰量随着烟气温度升高而增加；粒径对灰沉积影响作用显著，大粒径灰颗粒难沉积而小粒径灰粒易沉积；管壁温度在600℃时，积灰量最小。积灰中CaO和SO₃的含量随着管壁温度升高而减少，而难熔Al₂O₃和SiO₂的含量随着管壁温度升高而增加。     

Effect of microbubbles and particle size on the particle collection in the column flotation

Particle-bubble collection characteristics from microbubble behavior in column flotation have been studied theoretically and experimentally. A flotation model taking into account particle collection has been developed by particle-bubble collision followed by the particle sliding over the bubble during which attachment may occur. Bubble size and bubble swarm velocity were measured as a function of frother dosage and superficial gas velocity to estimate the collision and collection efficiency. Separation tests were carried out to compare with theoretical particle recovery. Fly ash particles in the size range of <38, 38-75, 75-125, >125 mm were used as separation test particles. Theoretical collision and collection efficiencies were estimated by experimental data on the bubble behavior such as bubble size, gas holdup and bubble swarm velocity. Collection efficiency improved with an increase of the bubble size and particle size but decreased in the particle size up to 52 mm. Also, flotation rate constants were estimated to predict the optimum separation condition. From the theoretical results on the flotation rate constant, optimum separation condition was estimated as bubble size of 0.3-0.4 mm and superficial gas velocity of 1.5-2.0 cm/s. A decrease of bubble size improved the collection efficiency but did not improve particle recovery.     

Experimental and numerical analysis of a lab-scale fluid energy mill

This study investigates the grinding performance of Fluid Energy Mill (FEM) through experimental studying and numerical simulation. The experimental parametric study shows that the mean product particle size decreases with grinding pressure (GP) and increases with the solid feed rate (SFR). In comparison, the influence of the feed pressure (FP) on the product size is much less significant. Visualization study indicates the existence of a particle-concentrated layer near the peripheral wall region, named the grinding region in this article since most of the collision-induced size reduction occurred in this region. The grinding air streams re-orient the particles, facilitating particle-particle and particle-wall collisions downstream in the grinding region. To understand the influence of the particle-wall collision, the peripheral wall of FEM was coated with a foam film in some experiments. The particle-wall collision was found to play a significant role in size reduction, especially under low air pressure.The gas flow inside the grinding chamber was simulated as the initial step to the ongoing 2-phase flow simulation of the milling process in the FEM. The simulation results show that eddies are formed at the feed air entrance, which explains the tendency of fine particle deposition in this region. The simulation results also suggest a strong relationship between the GP and the mean gas velocity in the grinding region.