风粉混合器内气固两相流动的模拟及试验研究

煤粉工业锅炉系统中风粉混合器是实现煤粉与一次风快速均匀混合的关键设备,测量及计算风粉混合器内煤粉、一次风气固两相流流场,对于优化风粉混合器结构,强化风粉混合效率及提高一次风粉的均匀稳定供给具有重要意义。笔者针对竖直结构及倾斜结构的2种风粉混合器,开展了数值计算及现场工程试验研究。基于几何拓扑学知识,采用ICEM软件针对2种风粉混合器划分了合适的三维网格;多相流理论模型中,多相连续介质模型中的双流体模型各相视为相互渗透、耦合但又保持各自运动特征的连续介质,相比于单流体模型,双流体模型考虑了固相的湍流输运以及气固两相间相互滑移引起的阻力,使得计算结果更接近实际情况;冷态双流体模型基本方程由守恒方程、相间耦合方程以及封闭方程构成,其中相间耦合方程用于表征气固相动量之间的耦合;为了探究不同停留时间下风粉混合器内气固两相的流场特征,采用非稳态数值计算方法,利用Fluent软件开展数值计算。基于两相流模型及Schilller-Naumann曵力系数模型研究了不同结构下风粉混合器内煤粉浓度分布随停留时间变化特征,采用德图testo425热敏风速仪测量了不同煤粉落料量下风粉混合器内负压变化规律。结果表明,竖直结构的风粉混合器内停留时间由0.25 s增至1 s时,混合器底部颗粒沉积的现象一直存在,即存在较长时间的颗粒流动死角区域;而对于倾斜结构的风粉混合器,当停留时间大于0.3 s,混合器内颗粒浓度基本降为0,较好避免了颗粒在混合器底部的沉积,该结构对于强化混合器内风粉混合及降低供料波动具有重要意义。不同落料量下的现场工程试验结果表明,高落料量下竖直结构的风粉混合器内平均负压偏小,几乎接近正压,且存在间断正压喷粉的现象,故该风粉混合器在高落料量下负压不足,易造成供料波动较大;高落料量下倾斜风粉混合器负压平均值仍大于-1 000 Pa,且无喷粉现象。相比于竖直结构,倾斜风粉混合器具有稳定且较宽的负压变化范围,能较好地克服供料波动大的现象。     

煤粉燃烧热态试验研究方法综述

燃烧器是煤粉锅炉的核心部件,燃烧器的性能关系到煤粉燃烧程度和污染物排放水平。采用热态试验方法研究燃烧器的性能,获得的数据对于开发高效低氮煤粉燃烧器更具有指导意义。笔者从基本原理出发论述了煤粉燃烧各热态试验方法的优缺点以及适用场所,对于火焰温度测量,热电偶测温操作简易、便捷,但精确度不高,且只能同时单点测温,对火焰扰动较大;抽气式高温测温准确度较热电偶高,但操作复杂,对气流易造成干扰;光谱法有足够的精确度,对火焰扰动较小,可同时多点测量,能进行三维温度场重建,但相较于热电偶测温法和抽气式高温测温法,光谱法操作复杂、造价高。对于气固相采集,冷却取样法是准确采集燃烧器内煤粉燃烧烟气实时成分的常用手段,由于水的比热容较大,因而水冷式取样法是应用最广的取样方法;XPS和灰示踪法均为煤粉燃烧过程中测量煤焦样品化学组成的常用方法,均可定量分析固体煤焦样品,但两者检测重点不同,XPS主要分析化学官能团组成,灰示踪法着重分析其元素组成、计算煤转化率等;XPS操作较繁琐,灰示踪法操作简单。对于气体样品的检测和分析,电化学检测法和红外检测法均可测量多种气体,具有较强的适用性,但红外检测法检测范围更广;溶液吸收法适用于检测NH3和HCN浓度,但由于测量中不易捕捉、较为繁琐,且易受其他因素干扰,工程应用较少。在现场测量时,尽可能采用多种测量方法或多次测量,以规避可能导致误差的因素。通过多种测量方法可建立煤粉燃烧器热态下三维温度场、三维气氛场等,多维度研究煤粉的燃烧过程及污染物生成过程,从而采取有效手段治理污染,对于新型高效低氮燃烧器的开发以及煤粉工业锅炉污染物的综合治理具有重要意义。     

仓泵流态化浓相输灰数值模拟

为了研究某煤粉工业锅炉房布袋除尘器仓泵充气输灰阶段内部粉煤灰的流化情况,合理设置仓泵的输灰时间,节约压缩空气用量,利用Fluent软件,采取数值模拟的方法,依据工业生产实际加入边界条件,进行非稳态计算,比较0.4、1.0、1.6、2.2、2.8和3.4 s等6个时刻仓泵内部的气固两相状态。研究发现:仓泵出灰量在很短的时间内即可达到最大,时间约为1.0 s,此段时间内仓泵气相回流较多,出灰管的入口速度矢量分布无规律;此后仓泵出灰量持续减少,在3.4 s基本结束。最后,推荐仓泵合适的加压输灰流化时间为4~5 s。     

不同镁铝比LDHs对苯甲醚合成反应催化效果的研究

采用共沉淀法合成了一系列不同镁铝比的类水滑型层状金属氢氧化物(LDHs)，通过XRD、SEM、FT-IR、NH₃-TPD、CO₂-TPD、TG和ICP-OES方法对MgAl-LDHs和焙烧产物进行表征，并用于催化苯酚与碳酸二甲酯(DMC)气相合成苯甲醚。结果表明，共沉淀法合成的MgAl-LDHs在Mg/Al比为2~4时具有良好的类水滑石结构，主要以球形层片聚集体的形态存在，其层间距、平均孔径和碱酸比在Mg/Al比为2~4之间逐渐增加；所制备的MgAl-LDHs样品均显示出良好的反应活性，并发现苯甲醚的选择性随催化剂酸碱比先增加后减小，当镁铝比为4时，其酸碱比为0.32，此时苯甲醚选择性最高为88.93 %。此外，还考察了反应温度和质量空速对苯甲醚催化效果的影响。     

煤粉工业锅炉技术发展及应用

中国煤粉工业锅炉借鉴油气锅炉和德国煤粉工业锅炉技术理念,经历立项研发、中试验证和工业示范,系统技术逐步成熟,自2010年起,实现规模化工业应用。煤粉工业锅炉系统具有高热效率、低烟气污染物排放等优点,有效带动了燃煤工业锅炉产业发展。笔者论述了煤粉工业锅炉技术与发展,重点介绍了煤粉工业锅炉的关键技术,并对主要技术进行对比,分析了煤粉工业锅炉的工业应用情况,最后提出了煤粉工业锅炉技术发展方向。煤粉工业锅炉系统由燃料煤粉生产、储供、油气点火、燃烧、锅炉本体、烟气净化以及自动化控制等系统构成。锅炉热效率大于91%,烟气污染物达到国家超低排放标准,系统技术符合国家煤炭清洁利用方向。燃料煤粉生产采用一步法工艺,通过强化流动性和安全措施,现可实现最大为1 000 m^3安全存储量。锅炉供粉采用气动活化、无脉动给料及高速引射流浓相输送技术,已实现输送阻力低于20 kPa,粉风固气比大于2.5 kg/m^3,供料精度在±3.0%以内,最大供料量为5 t/h的浓相供料技术与装备,广泛应用于锅炉供料系统。供料量在2.5 t/h,供料精度在±2.0%和±1.0%以内的第三代和第四代供料器也分别开展了工业验证和样机的试制工作,并取得了阶段性的成果。煤粉燃烧器采用逆喷式回流式结构,设计工作依据其结构特征,通过模拟气流扩展角、回流区域范围、回流量、旋流强度以及温度和速度场等研究开展,再经过实际工程应用,进一步验证优化设计参数,最终实现燃烧器的逐级放大。天然气/煤粉双燃料燃烧器具有便捷切换和快速着火功能。风冷燃烧器采用内外双级旋流供风燃烧技术,具有点火迅速、燃烧稳定、燃烧效率高和初始NOx排放低等优点。随着煤粉锅炉系统测控技术向智能化、网络化和集成化方向发展。锅炉烟气脱硫除尘采用NGD高倍率灰钙循环脱硫技术,具有占地小,运行成本低等特点,在低钙硫摩尔比下,系统脱硫和除尘效率分别达到90%和99.95%以上。低温炭基预氧化脱硝耦合NGD协同烟气净化技术具有工艺简单,耗水少,废物资源再利用,无二次污染产生等优点,更加适合于煤粉工业锅炉的烟气净化。煤粉工业锅炉在发展历程中通过关键技术和装备优化升级,在大型化、模块化和系列化方向已取得成效,在节能性、环保性和经济性等方面较常规工业锅炉具有显著优势,技术已达到世界先进水平。未来随着国家能源结构优化,天然气/煤粉锅炉、低氮燃烧、生物质复合半焦粉及协同化烟气净化等技术的开发与成熟,煤粉工业锅炉技术将成为煤炭清洁燃烧利用主要技术之一。     

两类锅炉中兰炭粉和生物质混燃特性数值模拟

清洁能源兰炭粉价格低且污染物排放量小,但其着火和燃尽困难。可再生能源生物质清洁低碳、易于获取且利于着火,但其能量密度低。二者混燃可有效改善兰炭粉的着火和燃烧特性,解决生物质能量密度低的问题,有利于提高燃料适用性。针对煤科院自主研发的水冷式和风冷式锅炉,研究了不同掺混比例对兰炭粉和生物质混燃特性的影响,分析了不同型式的锅炉中不同混燃特性产生的原因。采用数值模拟方法建立了三维等比例模型,综合考虑了湍流、传热、挥发分析出和燃烧、固定碳燃烧、颗粒流动等实际燃烧过程。模型计算结果与文献试验结果的相对误差不超过5%,从而验证了模型的准确性。分析对比了不同掺混比例下,两类锅炉燃烧器出口温度分布、燃烧区域温度分布、炉膛出口温度分布及氧含量分布等。结果表明:水冷式锅炉中,掺混比例为2/8时燃烧器出口平均温度和最高温度、燃烧区域平均温度以及炉膛出口平均温度均最高,炉膛出口平均氧含量为最低值6%,燃烧性能最好,4/6和10/0时最差。风冷式锅炉中,掺混比例为4/6时燃烧器出口平均温度和最高温度达到最高,氧含量最低,为4. 8%,因此燃烧性能最好,8/2和10/0时最差。随掺混比例增大,两类锅炉燃烧器内的着火位置逐渐向前锥推移并在前锥最前端出现最高温度;水冷式锅炉着火位置偏向前锥时对炉膛内燃烧性能下降的影响较大。两类锅炉相比,风冷式锅炉的各温度参数明显较高,氧含量较低;水冷式锅炉在最佳工况2/8时,除燃烧区域最高温度外,各温度参数均低于风冷式,氧含量高1%,燃烧性能低于风冷式锅炉;风冷式锅炉处于最差工况8/2时,温度比水冷式锅炉高300～700K,氧含量是其1/2,故燃烧性能高于水冷式锅炉;在相同掺混比例下,风冷式锅炉燃烧性能明显优于水冷式锅炉。     

基于PLC的煤粉工业锅炉除氧系统研究与改造

为了解决神东哈拉沟煤矿、寸二煤矿、补连塔煤矿工业煤粉锅炉系统除氧器存在的除氧效果不稳定问题,利用PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)来控制除氧系统的电气设备,实现全自动控制,提升除氧器性能,为锅炉系统稳定高效运行打下良好基础。结果表明,改造完成后,除氧水箱的水温始终维持在102℃,液位保持在水箱液位的4/5处,从而为锅炉系统提供稳定且达标的水质,减少锅炉设备损耗,提高锅炉热效率,实现节能减排。     

中间相沥青的制备与研究

介绍了以3种煤的沥青为原料并在不同的工艺条件下制备中间相沥青的实验方法,分析了中间相沥青的偏光显微结构,从而得出制备中间相沥青的适宜工艺条件,即以北京焦化厂的沥青为原料,终温360℃～400℃,压力不宜过高,恒温时间一般控制在6h～10h。     

电站锅炉分级燃烧技术在工业煤粉锅炉上应用的理论探讨

分析燃料分级和空气分级2种降低NOx燃烧工艺,根据其理论和实际应用效果,为工业煤粉锅炉的NOx排放解决理论问题和给予技术指导.