煤粉工业锅炉燃烧的数值模拟

为了更好地把握锅炉的性能,应用Fluent软件对某新型高效煤粉工业锅炉内的燃烧过程进行了三维数值模拟.采用非预混燃烧模型模拟化学反应过程,用P-1辐射模型计算辐射传热,用Realizable κ-ε湍流模型模拟气相运动,对固体颗粒相的求解采用随机轨道模型.模拟所得到的炉内温度场、离散相和连续相轨迹分布合理,温度场和实测值较为吻合.模拟结果表明,通过适当降低锅炉的负荷,能够进一步改善煤粉燃烧温度场分布.     

煤粉颗粒团燃烧过程的数值模拟

煤粉的燃烧在工程实际中很多情况下都是聚团燃烧,颗粒内部传热传质机理复杂。本文根据多孔介质的传热传质学理论,引入对流项,建立了气流场中煤粉团燃烧的三维数学模型,并对不同孔隙率的煤粉团的燃烧过程进行了对比计算,计算结果合理,揭示了孔隙率对煤粉团着火燃烧的影响,为深入研究煤粉团燃烧特性打下基础。     

基于ANSYS CFX的旋转炉内煤粉燃烧数值模拟

采用Auto CAD软件建立反应炉的物理模型,将其导入ANSYS Workbench后对几何模型进行网格划分,再采用CFX模块的K-Epsilon模型模拟湍流流动、涡耗散模型模拟燃烧反应过程、离散传输模型模拟辐射传热等数值模拟技术,得到了炉内煤粉燃烧后的CO2、H20、NO等产物浓度场及温度场和燃烧辐射强度。模拟结果表明:炉内完全燃烧火焰形状为沿中心轴线方向传播且轮廓明显、炉内流动在两侧呈现较强的回流、中心形成射流,该技术为研究炉内流动与反应过程提供了新方法。     

旋流浮选机流场数值模拟研究

以旋流浮选机为模型,使用FLUENT数值模拟软件,运用RSM湍流模型和MIXTURE多相流模型,对旋流浮选机内部流场进行了数值模拟,并结合理论和工业试验,分析了旋流浮选机的速度场、压力场对浮选的影响。数值计算结果表明,旋流浮选机能有效地提高分离效率并减少运行能耗,双层入口结构能增强二次矿化能力。     

旋流-静态微泡浮选柱旋流力场的数值模拟研究

文章介绍了旋流-静态微泡浮选柱的结构和工作原理,通过旋流力场的数值模拟,分析了旋流-静态微泡浮选柱利用微泡浮选、逆流浮选及旋流离心力场强化分选的机理。     

基于FLUENT的浮选柱旋流分选结构数值模拟

为了保障大型工业应用旋流-静态微泡浮选柱的旋流分选效果,设计了多旋流分选结构来代替原先的单旋流分选结构,利用FLUENT软件对这2种旋流分选结构进行的数值模拟和对比分析表明,多旋流分选结构入料横截面与中心纵剖面的速度都明显高于单旋流结构,因而其中的旋流力场和矿物浮选速度也大于单旋流结构;多旋流分选结构浮选柱内部的湍流强度明显高于单旋流结构浮选柱,所以多旋流结构更有利于强化气泡矿化效果,提高微细矿物的分选指标。     

涡轮旋流分选机速度场分布数值模拟研究

通过FLUENT软件对自行设计开发的新型涡轮旋流分选机内部流场进行了数值模拟。通过数值模拟得到了该涡轮旋流分选机内部的三维速度场在不同转速条件下的分布规律,从而对分选机的分选机理和结构优化有了进一步的认识,为设备的开发奠定了理论基础。     

预燃室旋流煤粉燃烧器低负荷运行燃烧特性试验研究

预燃室旋流燃烧器的燃烧特性与运行条件和操作参数密切相关,直接影响煤粉燃尽度和污染物排放,一直是工业锅炉系统关注研发的重点。为了探讨预燃室旋流燃烧器在低负荷运行下的燃烧特性及合理操作参数,以14 MW煤粉燃烧试验台架为基础,通过高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机对预燃室内的温度分布、组分体积分数分布及预燃室外的火焰形态进行测量,分析煤粉在预燃室内、外的燃烧过程,同时对其关键操作参数内外二次风量比进行优化。试验结果表明：低负荷运行下预燃室旋流燃烧器可实现煤粉稳定燃烧,同时预燃室内形成中心高温无氧强还原性气氛区域和边壁低温空气层,沿径向出现“风包火、火包粉”的燃烧状态,有利于抑制燃烧初期NO_x生成和保障燃烧器低负荷长期稳定运行;预燃室外形成稳定性较高的湍流扩散火焰,较长火焰行程及火焰锋面强烈热质交换有利于煤粉后续在炉膛内燃尽,且预燃室出口可避免高温腐蚀;同时在内外二次风量比为1∶2的工况下无氧区域半径最大R=171 mm与其他工况差异较小,而平均温度峰值为1 122℃,强还原性气氛中平均CO体积分数峰值为13.713%,明显优于其他工况,以及火焰行程中火焰长度为4 47...     

涡轮旋流分选机内部流场数值模拟研究

利用FLUENT软件对新型涡轮旋流分选机内部流场进行了数值模拟。通过数值模拟得到了该涡轮旋流分选机内部的三维速度场(轴向、切向和径向)、压力场(静压和动压)的分布规律,从而对该分选机的分选原理有了进一步的认识。     

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 ...     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

煤粉在分解炉内燃烧机理的数值模拟研究

针对华新宜都水泥厂的分解炉建立数学模型，采用简化的PDF反应模型，对煤在分解炉内的燃烧过程进行了数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与燃烧的过程，剖析了焦炭的燃烧机理，为煤粉在分解炉内的优化燃烧提供了重要的理论参考依据。     

露天煤堆群自燃特性的数值模拟

为了研究露天煤堆群中各煤堆之间自燃趋势的差异,采用数值模拟方法分析了先低后高、等高、先高后低3种排列方式下煤堆群整体的温度及CO分布情况,结果表明：迎风向首座煤堆的形状规模会影响后方煤堆的漏风强度,首座煤堆越高,掠过的风流越不易直接进入第二座煤堆;在堆放18 d时先高后低排列方式的煤堆群高温区面积较其他2种排列方式的显著缩小;CO最易集聚的地点在2座煤堆之间区域,煤堆高度不均易使风流绕过煤堆后形成大面积低速涡流,产生CO富集区;煤堆间距从2 m增大至8 m后,煤堆间CO质量分数从2.3×10^-5降低至1.2×10^-5以下。煤堆群中每座煤堆体现出不同的自燃危险性,日常安全管理应考虑煤场中每座煤堆的自燃特性,合理制订防火技术方案,及时采取防火措施。     

高炉喷吹用煤燃烧过程中氯的析出特性

高炉喷吹用煤在低温燃烧和风口条件下高温快速燃烧过程中氯元素的析出特性差别很大。为对比其差别,对煤燃烧过程中氯的析出机理进行了热力学分析,并试验研究了高炉喷吹用煤低温燃烧过程中氯的析出特性,分析了温度、时间和空气流量对其影响规律。结果表明,低温燃烧条件下,高炉喷吹用煤氯的析出率受温度影响显著。在300～600 ℃内随温度上升,氯的析出率迅速增加,600 ℃时,氯析出率高达90%。继续升温至800 ℃以上时,氯析出率有所减缓;随燃烧时间的延长,煤中氯析出率增大;在500~700 ℃固定温度下,煤粉燃烧过程中氯的析出属于零级反应,其析出的表观活化能Ea为6 691.1 kJ/mol、频率因子k0=3.562;氯的析出率随空气流量的增加缓慢增加。高炉喷吹用煤粉在风口高温快速燃烧时氯的析出率仅在50%左右,远低于其在低温燃烧时氯的析出率。煤粉在高炉中燃烧时部分氯元素滞留在未燃煤粉中,故高炉生产建立煤粉中氯元素检测制度,并使用低氯煤进行喷吹。     

支撑煤柱合理尺寸的数值模拟

采用数值模拟方法对天隆集团公司三不拉采区支撑煤柱的变形规律进行分析,得出了该采区的合理支撑煤柱尺寸以及巷道锚杆支护参数,对设计和施工有参考作用。     

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。     

MnO2对粉煤燃烧特性的影响

以义马粉煤为研究对象,采用热分析技术研究了MnO2对粉煤燃烧特性的影响.研究结果表明,添加MnO2对粉煤的燃烧特性有显著的影响,影响程度与MnO2的用量有关.在实验条件下,MnO2的加入量对燃点没有明显的影响,但对燃烧完全程度及达到最大燃烧速率时的温度具有明显的改进效果.     

燃烧煤粉颗粒的粒度速度测量方法

基于煤粉火焰辐射特性,提出了蓝色背光照明成像的方法,可以避免或减少火焰自发光的影响,直接获得单个固体煤颗粒的静态或动态影像。采用单帧长曝光的测量方法,从煤粉颗粒的运动轨迹中同时获得燃烧中煤颗粒的粒度和速度。在基于Mc Kenna燃烧器的平面火焰携带流燃烧器系统中,用工业相机对煤粉燃烧进行实验研究,并获得了燃烧器出口不同距离处燃煤颗粒的粒度和速度信息。紧邻出口的粒径测量结果与送入给料器前的煤样筛分粒度范围相符,粒度和速度随高度变化的趋势也证明了该方法的可行性。该方法的提出为煤粉燃烧过程的可视化测量研究奠定了基础。     

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．