我国煤粉工业锅炉技术现状及发展趋势

为提高煤粉工业锅炉燃煤效率,降低污染物排放量,对我国煤粉工业锅炉六大核心技术:煤粉制备与运输、煤粉安定存储技术、浓相煤粉输送技术、煤粉燃烧器、锅炉本体和低排放烟气净化技术进行了详细介绍;指出当前煤粉工业锅炉存在供料不稳、燃尽率低、组织燃烧困难和污染物排放高的问题。最后对保障煤粉工业锅炉安全稳定运行提出了以下建议:为了达到迅速点火和火焰稳定传播的目的,煤粉工业锅炉组织燃烧应采用煤粉浓相着火、稳燃室半煤气化燃烧和炉膛温和燃烧的方式;对于污染物控制,宜采用机械力除尘器和过滤式除尘器联合除尘、分级低氮燃烧耦合SNCR脱硝以及半干法脱硫技术。     

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 ...     

高温空气煤粉点火的试验研究

分析了当今国内外电站煤粉锅炉的无油点火技术，提出了利用高温空气点燃煤粉气流的设想．通过大量的空气加热试验和煤粉气流着火试验，验证了高温空气煤粉点火技术的可行性，并取得了大量的试验数据，为高温空气点火燃烧器的开发和应用提供了依据．试验发现：大多数煤种普遍存在一个对应于最小着火温度的最佳煤粉浓度；一次风粉速度的提高对着火不利；高温空气速度的提高对着火有利．     

高速煤粉燃烧器大占比掺烧秸秆共燃烧试验研究

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NO_x排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研究掺混占比、锅炉负荷及空气分级对燃烧和NO_x的影响。研究结果表明:不对燃烧器做任何改动,不同占比的混合燃料均能够在燃烧器中着火和稳燃,工况4条件下锅炉从点火到额定负荷只需26 min,燃烧器观火孔处火焰橘红色,炉尾火焰亮红色,锅炉运行氧含量与炉膛压力波动平稳;当深度空气分级时,三次风达到总风量的质量浓度50%,秸秆占比为0时的NO_x最低排放质量浓度为420 mg/m~3左右,飞灰热值5 525 kJ/kg;秸秆占比分别为50%和70%时NO_x最低排放质量浓度为110～120 mg/m~3,飞灰热值2 511～2 930 kJ;秸秆占比为100%时NO_x最低排放质量浓度为200 mg/m~3,飞灰热值为0,表明大占比掺混生物质有利于提高深度空气分级时的燃烧效率和低氮效果;当锅炉负荷从4 t/h提高到6 t/h,掺混秸秆占比为50%和70%的混合燃料燃烧和低氮效果变优,燃用纯秸秆粉体NO_x排放质量浓度从135 mg/m~3增加到218 mg/m~3;二次风是影响NO_x排放的决定性因素,以50%掺混占比的混合燃料为例,使用空气分级技术,100%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为27%和100%,NO_x初始排放质量浓度从417 mg/m~3降低到182 mg/m~3,80%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为20%和70%,NO_x初始排放质量浓度从711 mg/m~3降低到205 mg/m~3。     

散煤资源清洁利用工程示范——现代煤粉工业锅炉

煤粉工业锅炉以煤粉浓相室式燃烧为技术基础,耦合先进成熟的烟气污染物联合脱除工艺,锅炉系统可实现高能效及超低排放运行。文章主要阐述了锅炉烟风系统的工艺原理,总结了煤粉安定储罐(塔)、无脉动浓相供料器、煤粉浓相着火及中心逆喷双锥燃烧器、锅炉本体、高倍率灰钙循环脱硫除尘一体化、低温炭基选择性催化还原脱硝等核心与关键单元技术(装置)的特征、技术指标。并以神东煤粉工业锅炉项目及天津津能集团示范项目为典型实例,介绍了示范工程的应用效果。     

我国预燃室旋流煤粉燃烧器研究进展

随着煤炭资源逐渐向集中-分布式能源利用体系方向发展,小规模煤粉工业锅炉系统在能源分布利用中将扮演至关重要的角色,但启停频繁、负荷调节宽泛等实际现状对其快速着火、稳定燃烧提出较高要求,同时燃烧温度低、火焰行程短等特点导致不易实现煤粉高效清洁燃烧,预燃室旋流燃烧器作为其核心燃烧装置是组织煤粉气流着火、稳燃低氮的重要基础。对预燃室旋流燃烧器的早期和目前研究应用进行回顾和论述,总结其共性和异性,随后给出未来发展研究趋势,为预燃室旋流燃烧器的设计开发提供启发思路。研究进展汇总表明:早期预燃室旋流燃烧器以一次风、粉旋流为主,多用于电站锅炉,为我国电力事业初期发展做出重要贡献;目前预燃室旋流燃烧器以二次风旋流为主,多用于煤粉工业锅炉,主要分类有钝体、分级、逆喷等结构特点,分别从强化回流、分级燃烧、逆向射流燃烧方面进行研究,具备一定高效低氮燃烧效果,为煤粉工业锅炉快速发展奠定基础;最后针对预燃室旋流燃烧器未来研究趋势提出粗细颗粒分离燃烧、预燃室结构形状、颗粒预燃室内停留时间3个方面研究内容,以促进煤粉工业锅炉强化高效低氮燃烧、拓宽负荷调节范围与提升煤种适用性。     

超临界锅炉劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的数值模拟

针对600 MW超临界W火焰锅炉,通过数值模拟的方法研究了煤粉浓度和燃烬风对劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的影响。结果表明,NO x 主要在煤粉燃烧前期距一次风喷口2~4 m处大量生成,选择合适的煤粉浓度,炉内NO x 最大值可下降16.5%;与常规浓度相比,高浓度煤粉燃烧可有效降低炉膛出口NO x 排放;燃烬风对炉内各物质含量及NO x 的生成影响显著,燃烬风率由6%增加到15%,炉膛出口NO x 排放量由756.0 mg/m 3 下降到502.9 mg/m 3。     

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...     

600 MW超临界W火焰锅炉无烟煤燃烧NOx释放规律研究

针对600 MW超临界W火焰锅炉,对炉内劣质无烟煤燃烧和NO x 释放规律进行数值模拟,研究了煤粉浓度、一次风速及前后墙配风方式对炉内NO x 释放规律的影响。结果表明：提高煤粉浓度可显著降低炉膛出口NO x 排放,在锅炉负荷允许范围内,与常规浓度相比,NO x 排放量可降低42%;合理选择前后拱一次风速可有效控制炉内NO x 生成,存在最佳一次风速;炉膛前后墙配风方式对炉内火焰对称性影响较大,而对NO x 生成量影响不大。     

20t/h卧式煤粉工业锅炉钝体燃烧器改造试验研究

为了解决20t/h卧式煤粉工业锅炉飞灰残碳高、炉膛压力波动剧烈等问题以提高锅炉燃烧效率和运行稳定性,通过在燃烧室中加装钝体并进行燃烧试验,研究加装钝体后对飞灰残碳和炉膛负压波动的影响。试验结果表明:燃烧器加装钝体后可稳定煤粉的着火过程及提高煤粉的燃尽率,改造后飞灰残碳下降约20%,炉膛负压波动范围缩小,可提升锅炉运行的稳定性。     

不同煤种在一维火焰燃烧过程中硫污染物排放特性研究

试验研究了不同煤种在一维火焰燃烧过程中硫污染物的排放特性，发现不同煤种在相同工况下燃烧硫污染物排放特性差别很大、燃烧温度、二次风温度、煤粉细度和过量空气系数对硫析出产物形式、浓度有较大影响．对锅炉燃烧调整，控制硫污染物排放，防止水冷壁高温腐蚀有一定的指导意义．     

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。     

沥青搅拌站煤粉旋流燃烧室的数值模拟研究

燃煤加热节约沥青搅拌站的运行成本。设计了出力为4 t/h的煤粉旋流燃烧室及其加热系统,并对燃烧室开展数值模拟研究。结果表明,煤粉颗粒燃烧室内迅速着火燃烧,燃烧室内速度场和温度场分布较为对称;旋流燃烧室内流场由旋流燃烧器和切向喷入燃烧室的二次风共同主导,当燃烧室切向进入的二次风与中心射线的偏置角不小于60°,一次风率在0.15~0.20,旋流燃烧室内流场合理,煤粉的燃烧效率可达97%~99%,NO_x排放浓度在650 mg/Nm~3左右,具有较高的负荷调节能力。模拟结果论证了在沥青搅拌站上使用煤粉旋流燃烧的可行性并提供了一定设计指导。     

燃烧无烟煤的W火焰锅炉热流密度分布的数值模拟

对600 MW超临界W火焰锅炉的流动,燃烧和传热过程,以及水冷壁热流密度的分布特征进行了数值计算,并研究了不同拱上风倾角,不同拱上二次风比例及不同OFA倾角对水冷壁热流密度分布的影响规律。结果表明,在炉膛燃烧器区域,炉膛中部的前拱气流对于后拱气流存在挤压作用,而在侧墙附近后拱气流对前拱气流存在挤压作用。炉膛前后墙水冷壁的热流密度在水平方向呈M型双峰分布,而侧墙水冷壁的热流密度则呈中间高两边高的单峰分布。拱上风倾角对于炉内热流密度分布的影响最为敏感,OFA倾角影响次之,拱上二次风比例的影响相对较小。     

最低点火温度条件下煤粉自燃特性试验研究

火电厂及煤化工行业中需要将原煤加工成煤粉,煤粉在制备及输送过程中具有粒度小、环境温度高和供氧条件充分等特点,易发生自燃现象。最低点火温度Tm指在一定条件下煤粉能够发生自燃的最低环境温度,是衡量煤粉自燃危险性的重要参数。因此,研究煤粉在最低点火温度下的自燃特性参数及热动力学行为,对了解在最低点火温度时煤粉自燃行为、建立相应的预警机制具有重要意义。以3种不同变质程度的煤粉(张家卯弱黏煤ZJM、兖州气煤YZ和长治贫瘦煤CZ)为研究对象,采用油浴程序控温试验装置对煤样自燃特性进行测试,确定了3种煤粉的Tm和延迟点火时间ti;得出最低点火温度下各煤样耗氧速率、CO及C2H4产生量的变化规律;采用热动力学分析方法计算了3种煤粉的表观活化能。试验结果表明:①ZJM、YZ和CZ煤粉的最低点火温度分别为120、130、164℃,随变质程度的增加而增加;煤的变质程度越高,内部活性基团数量越少,自燃需要热量更多,导致高变质程度煤的最低点火温度较高;3种煤粉在最低点火温度处的延迟点火时间均约为20 min。②耗氧速率呈现出先增加后缓慢减少的趋势,在试验后期由于氧气浓度较低,引起煤粉氧化反应强度降低,最终导致耗氧速率出现缓慢下降;最低点火温度处的CO产生量随时间呈现出先升高后降低趋势,当煤粉温度约120℃时,产生C2H4。③最低点火温度处ZJM、YZ和CZ煤粉的表观活化能分别为24.33、29.50和18.67 kJ/mol,其中变质程度最高的CZ煤粉的表观活化能低于另外2个煤样,这表明高变质程度煤样的最低点火温度高,初期氧化反应速率较高。     

典型直吹式制粉系统风粉分配特性研究分析

采用单因素试验方法,通过实际测量和计算得出了典型直吹式制粉系统运行中各一次风管煤粉浓度和气流速度分配特性。结果表明,提高磨煤机动态分离器转速或关小静态分离器挡板,适当提高风煤比均可有效降低各煤粉管道间煤粉浓度和含煤粉气流速度离散程度,确保对应各燃烧器热负荷更加均衡,而磨煤机出力影响甚微。     

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。