不同一次风浓淡比下半焦与烟煤混燃热态实验研究

在350 kW热态中试炉上开展一次风浓淡比(煤粉质量流量比)对一次风着火特性影响的热态实验研究。通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向位置、径向位置处的炉膛温度、O_2体积分数、CO体积分数以及NO_x质量浓度等参数,研究浓淡比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时(掺混比为50%)着火特性和NO_x质量浓度的影响。结果表明:除了浓淡比为1.0,混合燃料浓侧射流着火燃烧均优于淡侧,焦炭稳定燃烧位置向炉膛上游移动,O_2消耗及燃烧产物生成也主要集中在浓侧;随着浓淡比的增加,着火距离减小,高温区燃烧稳定性增强,NO_x质量浓度大幅降低,但浓淡比为3.8和5.0时,主燃区出口中心NO_x质量浓度差值仅为20.27 mg/m~3,差距较小,推荐半焦混合燃烧的合适浓淡比为3.8～5.0。     

浓淡偏差射流稳定煤粉火焰的燃烧试验研究

利用一种新型煤粉浓淡偏差射流燃烧器,在单火嘴燃烧试验台上对浓淡偏差射流燃烧性能进行的热态模拟试验及其结果。试验结果分析表明：采用局部浓缩的方法提高煤粉浓度,以改变一次风射流中的煤粉浓度分布实现浓淡偏差燃烧,可以有效地强化和稳定燃烧,并具有良好的低负荷稳燃性能。     

煤粉射流火焰的典型形态及其转捩规律

利用Hencken型燃烧器研究了一次风速度、给粉浓度和二次风氧浓度等参数变化对煤粉射流火焰形态的影响规律,得到了煤粉射流火焰形态转捩图谱.实验表明,煤粉射流火焰形态主要分为煤粉群燃火焰(亮黄色,均相燃烧主导)和单颗粒稀释火焰(暗红色,异相稀释的煤颗粒燃烧主导).挥发分含量和煤粉浓度的增大均可促使稀释火焰向群燃火焰的转捩;在二次风氧浓度较高(15.3%,)时,提高一次风速度对火焰形态的影响有限,但同时降低氧浓度到10%,,则可实现群燃火焰向稀释火焰的转捩.     

水平与垂直浓淡煤粉燃烧方式气固混合理论及实验分析

针对切向燃烧锅炉燃用劣质煤时的稳燃及水冷壁高温腐蚀等问题,采用PDA测量系统,对水平浓淡及垂直浓淡两种煤粉燃烧方式下的气固两相混合规律,进行了实验研究与数值模拟分析。结果表明：与垂直浓淡煤粉燃烧方式相比,水平浓淡煤粉燃烧方式在稳燃、低NOx排放、防结渣、防高温腐蚀等方面具有更优良的性能。图12表1参5     

一次风速度对煤颗粒群着火特性影响的实验研究

利用Hencken型平面携带流反应器,研究了一次风速度对两种高挥发分褐煤和一种贫煤射流着火特性的影响.实验结果表明,低雷诺数(Re=878)条件下,贫煤煤粉气流先后发生外层单颗粒着火燃烧和内层颗粒群着火燃烧,煤粉颗粒着火和燃烧轨迹十分规则.但在高雷诺数(Re=4,392)条件下,贫煤煤粉气流更难形成群燃火焰,呈现出暗红色火焰.随着一次风速度的增加,尽管煤粉颗粒的停留时间减小,但湍流强度的增加使颗粒加热速率以及挥发分析出的强化作用占主导,使得煤粉气流的着火距离减小.此外,群燃火焰在挥发分聚集到一定程度后产生,是颗粒群燃烧的特有现象,而煤种挥发分含量的增加和有效聚集有利于群燃火焰的出现.     

煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究

对冷水江和斗笠山两种煤粉,采用热天平进行了热重分析实验,分析了煤粉样在不同细度下的着火特性、燃烧特性、燃尽性能及动力学参数,给出了反映煤粉燃尽性能的综合判别指数Hj并进行了对比.结果表明:在相同的升温速度下,随着煤粉粒径的减小,挥发分析出量及DTG峰值增大,出现最大燃烧速率的时间提前;煤粉粒径减小,活化能降低,着火温度降低,着火提前,煤粉的燃烧特性也随之变好.     

双平行平面射流输运特性研究

平行射流输运特性研究具有较重要的理论意义和工程价值,对水平浓淡煤粉燃烧也有较重要的意义。本文实验研究了双平行平面射流动量、能量和质量输运,结果表明：速度分布表现为双射流相互吸引并最终汇合成单一射流;温度分布反映了冷射流为加热射流所卷吸;浓度分布反映了惯性力的占优作用。三种变量分布反映了动量、能量和质量输运性质的根本性区别。     

防水冷壁高温腐蚀的煤粉燃烧技术及工业性试验研究

通过对大型电站四角切圆煤粉燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀原因的分析,从燃烧的角度提出了水平浓淡分离、单喷嘴分级燃烧,以及通过一次风射流生而改善炉内燃烧两相流场,从而解决高温腐蚀的煤粉燃烧技术。结合在大型煤粉炉上的工业性试验研究,证明了水平浓淡工粉燃烧器具有较强的防水冷壁高温腐蚀及高效、低负荷稳燃、防结渣和低ＮＯｘ排放的性能。     

一次氧化剂O2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40 kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40％和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9％时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6％、10.0％和5.5％时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.     

基于OH-PLIF测量技术的煤粉射流火焰着火燃烧特性

在光学诊断型煤粉燃烧器系统上研究煤粉着火燃烧特性,利用ICMOS相机捕捉射流火焰总光强信号、自发辐射信号以及PLIF荧光信号,根据获得信号的品质,判断各种测试手段的优缺点.计算射流火焰总光强和PLIF荧光信号的着火延迟时间,分析PLIF测量手段的可靠性,结合OH-PLIF技术的瞬态图像,以及着火延迟时间的变化规律,分析射流火焰挥发分着火及燃烧特性.研究结果表明,颗粒群着火是挥发分先析出着火燃烧,然后加热焦炭颗粒燃烧的过程.     

一次氧化剂O_2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40%和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9%时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6%、10.0%和5.5%时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.     

调峰型低NO_x浓淡燃烧技术的研究与应用

根据作者提出的“充分发挥向火侧一次风着火优势,形成稳定着火源”的燃烧稳定性原理,研制了一种适用于四角燃烧煤粉锅炉的新型燃烧器──调峰型低NOx可调水平浓淡燃烧器。该燃烧器的煤粉浓缩机构及煤粉浓度调节机构简单、可靠。向火侧与背火侧浓度比在1～4的大范围内可调节,保证了锅炉在变负荷工况下实现最佳浓淡比燃烧。工业应用证明：该燃烧器在燃用陕西贫煤时,机组负荷≥50％时不需投油助燃而能稳定燃烧。     

浓淡双喷口燃烧器低负荷稳燃技术的研究

针对燃煤机组深度调峰低负荷情况下着火困难、燃烧不稳定的问题,提出了一种对最上层燃烧器进行浓淡双喷口结构优化改造以达到30%负荷以下稳燃目的的方法。以1台300MW锅炉为模型,将最上层单喷口燃烧器改为总热功率与原燃烧器相同并带有浓淡分离装置的2个小型燃烧器。通过理论计算,分析了改造后燃烧器在低负荷下的着火性能,同时通过数值模拟对其燃烧情况进行分析。结果表明:改造后双喷口燃烧器更有利于低负荷下煤粉气流的着火;同时改造后炉内流场、温度场均更加稳定,炉膛内平均温度也有所上升;通过O_2、CO_2摩尔浓度分析可知燃烧更为彻底、稳定,改造后的浓淡双喷口煤粉燃烧器能满足低负荷下的着火及稳燃需求。     

常温空气非对称射流MILD燃烧特性实验研究

比较了不同的燃烧器结构后设计了非对称射流燃烧器,并通过实验研究了非对称射流燃烧器的射流速度、喷嘴角度对常温空气MILD燃烧的影响。结果表明:丙烷流量在0.4~0.8m3/h、空气流量在11~22m3/h都可以达到MILD燃烧状态;增大射流速度,减小喷嘴角度可以使温度峰值降低,温度分布更均匀,MILD燃烧更稳定,效果更好,NOx排放量大大减小,达到了"近零排放"。     

中心大速差射流降低NOx排放量的实验研究

在实验室的卧式煤粉炉中，对中心大速差射流是否能降低ＮＯｘ排放量进行了实验研究。实验表明：中心大速差射流不仅能明显降低ＮＯＸ排放量，而且可使煤粉提前着火，从而提高了煤粉燃烧的稳定性。该方法若用于煤粉锅炉的最上一层的燃烧器，则可望在降低ＮＯＸ排放量的同时不影响锅炉的燃烧效率。     

高速煤粉射流火焰形态特征的实验研究

利用Hencken型平焰燃烧系统开展了高速煤粉射流燃烧实验,并结合煤粉射流火焰形态图谱对其火焰形态及主要影响因素进行分析.结果表明,射流速度提高促使煤粉火焰形态从群燃火焰向分散燃烧转变,在高速下呈现出较短、较暗的煤粉火焰,其中煤粉质量浓度下降和流场卷吸掺混增强均有影响.高Re数受限射流会引发强烈壁面回流,并裹挟边壁落粉...     

一种可调节自适应煤粉燃烧器的数值模拟

提出一种可调节自适应煤粉燃烧器.该燃烧器将一次风分为内外两部分,外一次风为旋流射流,具有能够产生回流区,增加煤粉颗粒在着火区停留时间以及卷吸高温烟气强化着火和稳燃特性;内一次风为直流射流,具有刚性较强,气流穿透度大的特性.采用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对该燃烧器在一定的二次风旋流强度、不同外一次风旋流强度下的燃烧特性如速度场、温度场、氧浓度场、碳浓度分布以及着火特性进行了数值模拟,结果表明外一次风旋流强度对燃烧器燃烧特性有重要影响.当外旋流一次风的旋流强度在0.56～0.88之间时,其燃烧特性变化剧烈.     

垂直浓淡煤粉燃烧方式下炉内拟序结构研究

采用ＰＤＡ测量系统，对四角切圆锅炉中垂直浓淡煤粉燃烧方式下影响一次风与主流场混合和扩散的炉内拟序结构进行了实验研究和湍流特性分析。结果表明，一次风射流由于与上游横向射流的相互作用，在背火侧形成尾迹涡，在向火侧形成剪切涡，其中尾迹涡和剪切涡中有较高的湍动能和剪切应力，对颗粒的扩散起着主控作用。并从理论上分析了垂直浓淡煤粉燃烧技术可能不利于煤粉颗粒的燃尽，而且是容易导致水冷壁结渣的原因。     

湍流射流火焰抬举高度的实验研究

湍流射流燃烧作为工业燃烧室中普遍存在的燃烧方式,研究湍流射流火焰不仅能促进实际燃烧室的设计改造,更能增强对湍流燃烧理论的理解。在轴对称伴流射流燃烧器实验平台上,研究了湍流自由射流火焰抬举高度随射流速度的变化及氮气稀释和伴流速度对火焰抬举高度的影响。实验结果表明湍流自由射流燃烧火焰抬举高度随射流速度呈线性增长;随氮气稀释摩尔分数的增加其抬举高度的线性斜率增大,射流火焰吹出喷嘴的雷诺数降低,火焰更易发生抬举;同时,氮气稀释摩尔分数的增加也导致射流火焰发生吹熄时雷诺数减小,射流火焰在射流速度完全进入湍流之前发生吹熄;伴流速度小于0.3 m/s时对火焰抬举高度的影响不大,当伴流速度大于0.3 m/s时抬举高度随伴流速度的增加呈线性增长,当射流速度大于20 m/s时,伴流速度的影响降低;对比伴流与稀释对抬举高度的影响可知射流速度大于30 m/s时对伴流的敏感性大于稀释,而在射流速度小于30 m/s时对稀释更敏感。     

高炉氧煤燃烧器中煤粉燃烧过程的数值模拟

本文采用颗粒相连续介质－轨道模型对同轴射流渐扩式高炉氧煤燃烧器内煤粉燃烧过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明，同轴射流渐扩式氧煤燃烧器在适当的射流速度比条件下，可在氧煤枪出口后方诱导出回流区及低速区，有利于延长煤粉在直吹管内的停留时间，改善煤粉在热风管中加热、挥发和挥发份的着火条件，改善氧气和煤粉的混合，提高煤粉燃烧区的氧气浓度。