单颗粒煤焦燃烧反应动力学研究方法

采用热天平研究了福建龙岩和加福的两种煤焦的单颗粒燃烧过程。探讨其燃烧过程中的气体扩散、灰层以及反应阻力的影响,建立了单颗粒煤焦燃烧过程分析方法,并由此建立了单颗粒煤焦热天平测定化学反应本征动力学常数的新方法。研究发现,随着单颗粒煤焦燃烧的进行,燃烧总阻力逐渐减小,当反应趋于结束时,燃烧阻力不再随反应时间变化,而是趋于稳定,此时燃烧阻力即为化学反应本征动力学的阻力,由此测定化学反应本征动力学常数。通过对不同温度、不同粒径煤焦以及不同空气流量下的实验与分析,表明该测定方法稳定性好,且测得的煤焦燃烧本征动力学常数和活化能与文献报道一致。     

稻壳循环流化床燃烧特性研究

以稻壳为实验原料,在循环流化床内的燃烧过程进行了研究,分析了流化速度、颗粒度、炉膛布风对燃烧的影响以及生物质燃烧时容易出现的结焦现象.从而得出流化速度在2～6 m/s时,炉膛内温度分布均匀,燃烧工况较好.颗粒度小,达到稳定燃烧时间短,且燃烧温度高.二次风量占总风量的50%～70%为好.生物质在循环流化床内的燃烧容易出现高温结块,运行温度应控制在900℃以下,最好在850℃以下.     

恒温热重法单颗粒煤焦燃烧动力学

引言 煤焦燃烧动力学的研究对确定燃煤特性、燃烧效率、锅炉设计及环境排放等具有重要意义与应用价值.煤焦的燃烧为典型的多孔颗粒的气固反应过程,其主要受到外扩散控制、内扩散控制和化学反应控制的影响.要研究化学反应本身对燃烧过程的影响就需要在实验设计中消除内、外扩散对燃烧过程的影响,或者通过理论或实验的定量计算将内、外扩散的影响予以扣除[1-5];但是,进行理论或实验定量计算内、外扩散的影响实际是建立在经验公式的基础上,对不同体系及物料会引起难以预测的误差.一般说来,实验设计中消除内、外扩散的影响可通过减小煤粒大小和提高气流速度等方式实验确定[4,5].本研究拟采用热失重分析技术,基于煤焦颗粒在热天平中燃烧反应过程的分析,寻找确定燃烧过程中已消除内、外扩散影响的化学反应控制阶段的方法,以获得煤焦颗粒燃烧过程本征化学反应常数及其简便计算方法.     

用热分析技术研究陕西主要煤种的燃烧特性

利用国产LCT—差热天平测试、研究了陕西主要煤种的燃烧特性.提出反映不同煤种燃烧特性的四个温度参数。探讨分析了影响这些参数的因数以及这些参数与煤变质程度的关系。其结果能指导工业燃煤与民用型煤的研究与利用。     

生物质颗粒度对燃烧特性影响

以稻壳为例考察了不同稻壳粒径对热解及燃烧特性、传热系数、焦炭燃烧的影响,利用TG/DTG6200热重差热分析仪对不同颗粒度稻壳粉做了热解实验,得到了不同的TG、DTG、DTA曲线.结果表明,稻壳颗粒度越小,其挥发分析出温度越低,析出时间越短,传热系数增大,升温速率增大,有利于燃烧,但过小的颗粒度同时增大了散热损失,当粒径低于临界尺度时,易出现熄火现象.焦炭燃烧过程受粒径大小的影响,粒径减小,燃烧反应速率加快,燃烧时间缩短,有利于燃烧.     

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.     

流化床-输送床耦合装置中煤颗粒的气力分级

引言流化床内颗粒与流体混合激烈,传热与传质效果好,颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致,故流化床广泛应用于燃烧、气化及热解过程中。然而,不同粒径颗粒的流化特征有所差别,且所需要的转化时间及转化温度不同。目前的热解技术使得各粒     

油页岩半焦与煤混合燃烧特性研究

采用热重分析仪对油页岩半焦与不同煤化程度的煤混合燃烧特性进行动态分析,讨论了掺混煤种和比例对燃烧过程的影响.结果表明,燃烧特性好的煤种可以改善页岩半焦燃烧特性,额吉长焰煤是最佳掺混煤种,随着煤掺混比例的提高,混合物燃烧特性指数增大.     

CFB锅炉煤着火特性试验研究

将5种不同试验煤样的热重分析实验结果和在1MWth循环流化床燃烧试验台上试验得到的着火特性参数进行比较,得到不同煤种的着火温度,并分析各煤种燃烧的难易程度。同时分析了煤的着火温度与其挥发分的关系。研究结果可用于指导大型CFB电站锅炉及燃烧装置的设计和运行。     

煤颗粒燃烧过程中的热解及焦燃烧行为模拟研究

为研究煤颗粒在燃烧过程中的热解与焦燃烧行为,给解耦燃烧装置的设计和优化提供参考,基于煤燃烧过程的不同阶段(干燥阶段、热解阶段、焦燃烧阶段),结合传热传质过程和反应动力学机理,建立了单颗粒煤燃烧模型。利用该模型,分析了煤在燃烧过程中颗粒内部温度、气体组分的演化过程,以及热解阶段和焦燃烧阶段的耦合关系。结果表明,在煤燃烧过程中,靠近颗粒表面处焦的燃烧提高了颗粒内部焦燃烧的初始反应温度,导致颗粒可达到的最高温度出现在颗粒中心处;随着颗粒尺寸的增加,热解时间和总燃烧时间的差值增加,该趋势对于粒径大于4 mm的煤颗粒更加明显,意味着在解耦燃烧实际应用中应选用粒径大于4 mm的煤颗粒。     

鼓泡流化床内高灰煤气化过程的颗粒尺度特性研究

基于多相流体质点网格方法(MP-PIC)对高灰煤在三维鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟研究。在欧拉-拉格朗日框架下将气相和固相分别视作连续介质和离散相处理。首先,将模拟得到的出口处气体组分结果与实验数据进行对比,实验数据与模拟结果具有良好的一致性。其次,研究了煤颗粒在气化炉内的温度、传热系数、速度和停留时间,从颗粒尺度揭示了鼓泡流化床气化炉内的颗粒分布特性和气固流动特征。结果表明:在气化炉入口附近煤颗粒与床层温差最大,传热系数最大;由于流化床内强非线性的气固流动,床中煤温度和传热系数的空间分布不均匀;煤颗粒和床料的瞬时速度具有稳定的波动幅度,其中垂直方向速度波动最明显,且煤颗粒的瞬时速度比床料的瞬时速度略大;由于颗粒间的剧烈碰撞,延长了煤颗粒停留时间。此外,对鼓泡流化床中煤气化过程颗粒尺度的研究,有助于深入了解固体颗粒的流动行为以及气固相相互作用特性,对鼓泡流化床反应器的设计优化具有重要意义。     

下行床煤拔头工艺的产品产率分布和液体组成

基于循环流化床锅炉燃烧技术和下行床技术相结合,在处理能力为8 kg/h的煤拔头工艺热态实验装置上,以内蒙古霍林河褐煤为原料,普通河砂为固体热载体,考察了反应温度和煤粉粒径对气液固产品产率分布和液体组成的影响规律. 结果表明,在实验温度范围内,随着温度的升高,气体和液体产品的产率增加;液体产率随粒径的增大而降低. 当反应温度为660℃、煤粉粒径小于0.28 mm、加料率为4.7 kg/h时,轻质焦油(焦油中的正己烷可溶物)的产率可达7.5%(干煤基,w),其中酚类占57.1%,粗汽油(脂肪烃类)占12.9%,芳香烃占21.4%,极性组分和其他组分占8.6%. 实验表明,下行床由于气固沿重力场并流向下流动的特点,是适合煤拔头工艺的比较理想的反应器.     

Ash Vaporization in Circulating Fluidized Bed Coal Combustion

ABSTRACT

In this work, the vaporization of the ash forming constituents in circulating fluidized bed combustion (CFBC) in a full-scale 80 MW_th unit was studied. Ash vaporization in CFBC was studied by measuring the fly ash aerosols in a full-scale boiler upstream of the electrostatic precipitator (ESP) at the flue gas temperature of 125°C. The fuel was a Venezuelan bituminous coal, and a limestone sorbent was used during the measurements. The fly ash number size distributions showed two distinct modes in the submicrometer size range, at particle diameters 0.02 and 0.3 μm. The concentration of the ultrafine 0.02-μm mode showed a large variation with time and it decreased as the measurements advanced. The concentration of the 0.02-μm mode was two orders of magnitude lower than in the submicrometer mode observed earlier in the bubbling FBC and up to three orders of magnitude lower than in the pulverized coal combustion. Scanning electron micrographs showed few ultrafine particles. The intermediate mode at 0.3 μm consisted of particles irregular in shape, and hence in this mode the particles had not been formed via a gas to particle route. We propose that the 0.3-μm mode had been formed from the partial melting of the very fine mineral particles in the coal. The mass size distribution in the size range 0.01–70 μm was unimodal with maximum at 20 μm. Less than 1% of the fly ash particles was found in the submicrometer size range. Ninety percent of Mg in coal was organically bound, and it was found to react with quartz and aluminosilicate minerals inside the coal particle. No Mg was found to be released to the gas phase and Mg mass fraction size distribution was size independent. A fraction of halogens CI, Br and I were found to be in the gas phase after the combustion.     

流化床煤燃烧过程不同气氛下的气态氮释放特征

利用微型流化床反应装置,结合快速过程质谱仪,在850~940℃操作温度下,研究了三种不同粒度分布烟煤和无烟煤在热解、气化和燃烧反应条件下四种主要气态氮产物HCN、NH₃、NO和NO₂的释放规律。结果表明,微型流化床可以实时检测挥发分氮和焦炭氮的动态释放序和类型,热解、气化和燃烧反应气氛的改变主要影响HCN和NH₃的释放量。热解产物的气态氮主要是来自于挥发分,燃烧反应的HCN和NH₃的释放量与温度有明显关系,而气化反应的各类气态氮释放量随温度变化波动不大。煤颗粒尺寸和温度变化对烟煤和无烟煤中各类气态氮释放量产生影响比较复杂,其中NH₃的释放特性是区分挥发分N释放和半焦N释放的重要特征。     

流化床气化炉内煤颗粒的升温过程及影响

根据热传递理论,对夹套高温烟气加热的流化床气化炉内煤颗粒的升温过程进行了分析与计算,结果表明,颗粒的总体升温速率越高,颗粒升至床温所需的时间就越少;提高流化速度,有利于颗粒的升温,但是影响较小;颗粒粒径对颗粒的升温影响很大,随着颗粒粒径的减小,煤颗粒达到床温所需时间急剧下降。当粒径小于1mm,床温为700～1100℃时,颗粒内部能够在1s左右达到等温,3～5s后颗粒温度能升至99%床温。     

Coal devolatilization studies in support of the Westinghouse fluidized-bed coal gasification process

Coal devolatilization studies were carried out with a pressurized laboratory fluidized-bed reactor. The tests showed the behaviour of caking and noncaking coals during rapid heating in a fluidized bed. Small samples of coal were injected into a hot bed of char; the off-gas was sampled and analysed; and the char and agglomerates produced were examined and characterized. Data obtained on the variation of gas evolution rates with time were used to predict the duration of the plastic or sticky phase during transition of the coal to char. All tests were conducted at 1.013 MPa (10 atm) pressure; bed temperature and coal particle size were varied.     

Coal combustion characteristics in a circulating fast fluidized bed

The effect of coal size (0.73–1.03 mm), excess air ratio (1.0–1.4), operating bed temperature (750–900‡C), coal feeding rate (1–3 kg/h), and coal recycle rate (20–40 kg/h) on combustion efficiency, temperature profiles along the bed height and flue gas composition have been determined in a bubbling and circulating fluidized bed combustor (7.8 cm-ID x 2.6 m-high). Combustion efficiency increases with increasing excess air ratio and operating bed temperature and it decreases with increasing particle size in the bubbling and circulating fluidzing beds. In general, temperature profiles and combustion efficiency are more uniform and higher in a circulating bed than those in bubbling bed. Combustion efficiency also increases with increasing recycle rate of unburned coal in the circulating bed. The ratio of CO/CO₂ of flue gas decreases with increasing bed temperature and excess air ratio, whereas the ratio of O₂(CO + CO₂) decreases with bed temperature in both bubbling and circulating fluidized beds.     

Modelling and simulation of a coal gasification process in pressurized fluidized bed

A coal gasification mathematical model that can predict temperature, converted fraction and particle size distribution for solids have been developed for a high pressure fluidized bed. For gases in both emulsion and bubble phase, it can predict temperature profiles, gas composition, velocities and other fluid-dynamic parameters. In the feed zone, it could be considered a Gaussian distribution or any other distribution for the solid particle size. Experimental data from literature have been used to validate the model. Finally, the model can be used to optimize the gasification process changing several parameters, such as excess of air, particle size distribution, coal type and reactor geometry.     

燃气燃烧器在灰融聚流化床粉煤气化炉上的创新设计及应用

针对燃气燃烧器在灰融聚流化床粉煤气化炉上首次应用时需进行配套技术设计的问题,介绍了灰融聚流化床粉煤气化的技术特点、工艺流程以及配套技术创新设计方案;论述了燃气燃烧器配套灰融聚流化床粉煤气化炉的工艺流程特点、点火程序要求以及气化炉的结构布置和安装要领;总结了采用创新设计后燃烧器的应用效果.     

循环流化床锅炉燃料的优选

结合某厂200 MW循环流化床锅炉设计煤种及周边煤源情况进行了取样分析。将发热量、挥发分、灰分、硫分、水分、燃料粒径分布等技术指标作为主要燃料优选标准,并根据分析结果提出了燃料选用建议。研究可为循环流化床锅炉开展同类型研究提供参考。