颗粒间距对煤粉颗粒着火和燃烧行为影响的理论研究

为了探究复杂燃烧组织形式下煤粉颗粒间距变化所带来的颗粒着火和燃烧行为的差异，以典型烟煤为研究对象，开展了不同颗粒间距下煤粉颗粒着火与燃烧特性的理论模拟研究，主要考察着火延迟时间、着火模式及关键流场、组分场特性随颗粒间距D的演变规律。结果表明，当颗粒间距较大，煤粉颗粒群的燃烧行为与单颗粒燃烧行为相似；对于粒径为70μm的烟煤颗粒，在1 500 K-0.2O₂的条件下，均相着火滞后于非均相着火发生，且该现象对于气相反应机理的选取不敏感。当颗粒间距缩小（≤8d）,煤粉颗粒的气相燃烧行为与单个煤粉颗粒有较大的差异。由于颗粒之间的相互作用，挥发分在下游颗粒边界处发生富集，气相着火点在下游颗粒边界产生，并逐步发展至上游颗粒，促使气相连续火焰的形成。由于上述颗粒间的相互作用，上游和下游颗粒的挥发分着火均有所提前，使得颗粒的着火模式向均相着火倾斜，且下游颗粒着火模式倾斜程度较上游颗粒更为明显。当颗粒间距缩小，多颗粒燃烧形成火焰包络面，导致颗粒边界层富燃贫氧区域的扩大，这对燃烧过程中氮氧化物等的生成具有重要影响。     

细煤粉燃烧特性的热分析研究

 采用热天平研究了细化鹤岗煤样的燃烧特性,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对细化煤粉燃烧特性的影响。结果表明：在氧气充足,较慢的升温速率,粒度低于60μm的条件下,小粒度煤粉的燃尽性能优于大粒度煤粉,并且粒度的增加可使细煤粉的综合燃烧特性变差;升温速率的提高可使细煤粉的最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高,有利于改善细煤粉的燃尽性能和综合燃烧特性;氧气浓度低于20％时,氧气浓度的增大可以改善细煤粉的燃尽特性和综合燃烧特性。     

风粉流动特性对煤粉燃烧影响的试验研究

为了研究风粉流动特性对煤粉燃烧的影响,以带预燃室的逆喷旋流燃烧器为对象,利用14 MW煤粉燃烧试验台架对逆向射流和直流2类进入方式进行热态台架研究。基于高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机3种测量手段,获取温度、组分体积分数、火焰形态尺寸数据,结合煤粉燃烧基础理论分析不同区域的燃烧过程,揭示了不同风粉流动特性下煤粉燃烧的差异。研究结果表明:风粉逆向射流和直流进入时,煤粉在预燃室内实现稳燃低氮,且避免高温腐蚀结渣现象,其差异为预燃室内煤粉燃烧份额及预燃室外火焰行程。在预燃室内,逆向射流的煤粉停留时间长,与旋流内二次风混合充分,温度最高为1 255℃,O₂径向衰减过程中平均下降速率为0.139%/mm,形成环状还原性气氛区域,CO体积分数超过50 000×10^-6,煤粉燃烧份额较高同时抑制NO_x生成;直流的煤粉停留时间短,与旋流内二次风混合弱,温度最高为1 096℃,O₂平均下降速率在上游为0.135%/mm,下游为0.080%/mm,形成中心还原性气氛区域,CO体积分数同样超过50 000×10     

N2和CO2对煤明火燃烧灭火性能的对比实验研究

为掌握N₂和CO₂对煤明火燃烧过程的不同灭火效果,采用自主研制的煤明火燃烧实验装置,对平煤八矿煤样进行了通入相同流量N₂和CO₂气体灭火剂的煤明火燃烧灭火实验,测定了在煤有焰燃烧和阴燃熄灭阶段的温度场温度、标志性气体(O₂、CO和CH₄)组分、热释放速率以及火焰图像面积的变化规律。结果表明:相比于煤自由燃烧,在煤有焰燃烧阶段,通入CO₂时明火火焰熄灭时间、煤温上升速度、耗氧量、热释放速率以及CO和CH₄浓度的下降速度比通入N₂时更低;同时,通入CO₂时火焰图像面积呈指数下降,而通入N₂时呈线性下降;在煤阴燃熄灭阶段,通入CO₂时煤温、CO和CH₄浓度下降速度比通入N₂时的更高,而通入CO₂时的耗氧量和热释放速率比通入N₂时的更低;说明CO₂比N₂具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力。     

神木煤与半焦混合燃烧特性的热重分析

焦粉与煤混合燃烧是高效处理焦粉的有效方法之一,对选用的焦粉和煤样按照不同的比例进行混合,考察煤焦混粉发热量的变化规律,并利用热重分析法对各煤焦混粉样品的着火温度、最大反应温度、燃尽率及燃尽温度等燃烧特性进行了研究。试验结果表明,随着掺焦比的增加,煤焦混粉的着火温度略有升高,发热量增大,最大反应温度增大,燃尽率下降,而燃尽温度变化不大。     

鄂庄薄煤层富氧地下气化模型试验

研究了不同富氧浓度下，出口煤气有效组分含量、热值、产气率及热效率的变化规律.试验结果表明：随着氧气浓度的增加，煤气中H₂,CO含量及热值增加，但当O₂浓度大于84%时，煤气中有效气体组分含量及热值上升幅度减小；随着富氧浓度的提高煤气产率下降，气化效率在44.47%～64.91%之间；薄煤层富氧-水蒸汽气化能够连续生产有效气体组分（H₂+CO+CH₄）大于59.56%、热值在8.2 MJ/m3以上的煤气，并能有效地控制气化炉温度，保持煤气组分和热值的稳定.      

超细Al(OH)3粉体浓度对甲烷爆炸压力的影响

采用20 L的球形不锈钢爆炸罐试验系统,考察不同浓度Al(OH)₃超细粉体抑制瓦斯爆炸的效果.实验结果表明,随着Al(OH)₃粉体浓度的增加,甲烷最大爆炸压力先减小后增大,即存在控制瓦斯爆炸的最佳的粉体浓度.当甲烷浓度为9.5%时,1.3 μm超细粉体Al(OH)₃的最佳控爆浓度约为250 g/m³,此粉体浓度下的最大爆炸压力、最大压力上升速率、到达最大爆炸压力的时间分别为0.583 MPa,9.082 MPa/s,190 ms;当甲烷浓度为7.0%时的最佳控爆浓度约为200 g/m³,此粉体浓度下的最大爆炸压力、最大压力上升速率、到达最大爆炸压力的时间分别为0.474 MPa,3.76 MPa/s,400 ms.     

碱/碱土金属盐对高灰分煤粉燃烧的催化作用

用热重分析方法对比研究了Ca(NO3)2,KCl和NaCl对高灰分煤(HAC)着火温度、燃烧特性指数和放热面积的影响.结果表明,碱/碱土金属盐能改变高灰分煤的燃烧反应历程,加速煤燃烧反应速率,着火温度降低,燃尽温度提前,且燃烧放热量增加.碱/碱土金属盐影响着火性能的大小排序为:NaCl(KCl)＞Ca(NO3)2;碱/碱土金属盐影响燃尽性能的大小排序为:NaCl＞KCl＞Ca(NO3)2.煤催化燃烧的作用机理研究结果表明,碱/碱土金属盐对煤粉着火性能的提高主要是金属盐促进了煤中挥发分的释放,使着火点提前;碱/碱土金属盐对煤粉燃尽性能的提高,主要作用机理是金属盐充当氧的载体,促进氧转移.     

低浓度瓦斯在泡沫陶瓷内催化燃烧特性的研究

对低浓度瓦斯在泡沫陶瓷中催化燃烧的特性进行研究,结果表明:Si C载体催化燃烧性能优于Al_2O_3载体,更有利于低浓度瓦斯的稳定燃烧。当量比相同且稳定燃烧时,燃烧室温度随瓦斯流速的增加而逐渐增大,当增大到一定程度,燃烧室温度反而会下降,而CO的排放出现先下降后升高的趋势,NO的排放出现了先升高后下降的规律。当量比逐渐增大的时候,CO的排放会不断下降,且一定当量比下,NO的排放浓度随流速的变化有一至高点。     

二次风口个数对煤粉燃烧器燃烧效率的影响

为探究煤粉燃烧器结构参数对燃烧效率的影响,并对煤粉燃烧器结构参数进行优化。通过单因素改变煤粉燃烧器二次风口的个数,利用Fluent软件对煤粉燃烧器内部场进行燃烧模拟,综合运用化学动力学模型和湍流燃烧模型描述燃烧器内复杂流动,以温度场、挥发分浓度场、CO质量分数分布和燃尽率等作为评价标准,分析随二次风口个数增加,煤粉燃烧器的燃烧状况变化,总结不同二次风口个数条件下燃烧器内流场的燃烧规律。最终得到结论:二次风口个数为8个时,煤粉燃烧器燃烧效率较高。     

密闭管内甲烷—煤粉复合爆炸实验研究

在竖直长管内进行弱点火条件下甲烷—煤粉复合爆炸实验,研究了甲烷煤粉配比浓度、煤粉粒径、点火延迟时间等初始状态参数对复合爆炸特性的影响。结果表明:火焰传播越快,压力上升越显著,最大压力上升速率出现在爆炸初期,当火焰传播至管末端后,压力达到最大值;低浓度甲烷添加煤粉后,爆炸压力显著增大;煤粉粒径越小,复合爆炸压力越大,压力上升速率越大;最大爆炸压力和最大压力上升速率随着煤粉浓度增大和点火延迟时间增加先上升后下降,存在峰值点。     

超细煤粉着火特性的热重分析

采用热重法,分析了粒度、升温速率和氧气浓度对超细煤粉着火特性和燃烧特性的影响.实验结果表明,减小煤粉粒度,增大氧气浓度有利于降低煤粉着火温度,增大煤粉的燃烧速率,提高超细煤粉燃烧性能.升温速率对煤粉的燃烧特性也有影响,随着升温速率的提高超细煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高.     

Na，K添加量对超细煤粉燃烧特性的影响

利用热天平,通过对不同Na,K含量脱灰煤粉样品燃烧特性曲线的分析,研究了Na,K含量对铁法超细脱灰煤粉燃烧特性的影响.实验结果表明: Na,K对超细脱灰煤粉的燃烧具有明显的促进作用,不同Na,K含量脱灰样品的TG,DTG曲线均在原煤的下方,随Na,K含量的增加,脱灰样品的着火温度降低,达到最大失重速率的温度降低,对样品500 ℃时的燃尽率也有明显提高.因此,可以认为Na,K对挥发分的析出、着火以及固定碳的燃烧都具有催化作用,但过量的Na严重抑制煤粉的燃烧.     

碱金属对煤燃烧特性的影响及动力学分析

采用热重法研究了碱金属盐（K2CO3、NaCl）对煤粉燃烧特性的影响。升温速率为20 ℃/min,20%（体积比）的氧气（99999%）和氮气（99999%）混合气体作为气氛气体,气体流量为80 mL/min。实验结果表明：K2CO3、NaCl能够改善煤粉的燃烧性能,当K2CO3、NaCl负载量（煤）在低于52049 7 mg/g和8969 4 mg/g时,随着负载量的增加着火温度降低,与原煤相比最多降低60 ℃和32 ℃。K对挥发分的析出、着火以及固定碳的燃烧都具有催化作用,Na主要催化固定碳的燃烧。Na、K均可降低煤样高温燃烧区的表观活化能,提高燃烧反应速度。     

煤粉燃烧时富氧部分气化对NOx生成的影响研究

燃煤锅炉运行中氮氧化物(NO_x)初始排放浓度高,影响其系统运行的经济性。为减少煤粉燃烧NO_x的生成量,从源头控制NO_x,提出了煤粉富氧部分气化耦合燃烧的低氮燃烧技术思路。煤粉在燃烧器内低过量空气系数和富氧气氛条件下生成强还原性气体,并通过炉膛分级配风实现控制煤粉燃烧初始NO_x排放的目的。数值模拟,气相反应模型采用有限速率/涡耗散(FR/ED)模型,考虑了煤粉在气化反应中涉及的反应动力学机理,更适合于煤粉富氧部分气化反应模拟。结果表明:采用氧体积分数为25.9%的富氧气氛时,燃烧器内反应进行程度明显提升,燃烧器内温度由897℃升至1 007℃,燃烧器出口温度由1 255℃升至1 356℃,CO体积分数由5.48%升至7.17%,碳转化率由61.54%升至86.27%。7 MW双锥燃烧器的富氧试验结果验证了数值模拟的结论,燃烧器内采用合适的氧浓度和过量空气系数,可形成强还原性气氛;燃烧器内过量空气系数越低,燃烧器出口CO和CH_4等还原性气体的浓度越高,燃烧器内空气中氧体积分数由21.0%升至28.3%时,燃烧器出口中心处CO体积分数由9.540%提高至20.258%,燃烧器出口NO_x生成量为0。工业现场试验结果表明,富氧部分气化和空气分级均能起到降低锅炉NO_x初始排放的作用,两者结合低氮效果更好,在富氧比例为28.3%、分级配风比例为41.2%时,锅炉NO_x初始排放质量浓度可由546 mg/m~3降至159 mg/m~3。     

添加剂对煤粉-污泥混合燃烧特性的影响及动力学

采用热重分析法考察污泥、煤粉以及两者混合样品的燃烧特性,通过着火温度(Ti)、燃尽温度(Tb)以及综合燃烧特性指数(S)的变化,进一步研究添加剂对污泥-煤粉混合燃烧特性的影响,并探讨催化燃烧机理。结果表明:添加污泥能够降低煤粉的Ti,加速煤粉热解燃烧,改善煤粉的燃烧性能;但当污泥掺混比10%时,混合样品的最大失重速率降低,Tb升高,综合燃烧性能S变差。CaO,Na_2CO_3能够促进挥发分析出燃烧,并带动后续固定碳的燃烧,因此混合样品的燃烧速率提高,燃烧时间缩短,综合燃烧性能改善;MnO_2,Fe_2O_3对混合样品的无明显催化作用,且降低了混合样品的最大燃烧速率。同时,动力学分析表明添加CaO,Na_2CO_3能够减小燃烧体系的活化能,而添加MnO_2和Fe_2O_3对混合样品的表观活化能无明显影响。     

不同粒度煤样高温燃烧特性研究

为研究不同粒度煤样高温条件下的燃烧特性及燃烧效率，采用锥形量热仪测试了6种粒度煤样在热辐射作用下的燃烧特性参数。研究结果表明，煤样点燃时间与煤颗粒大小总体呈正相关关系；热释放速率峰值随煤样粒径减小而逐渐下降，在热释放速率曲线稳定阶段(>150 s),不同粒径煤样热释放速率由大到小依次为>0～0.12、>0.12～0.15、>0.15～0.18、>0.18～0.25、>0.25～0.38、>0.38～0.83 mm;总热释放量随粒径减小而逐渐增加；总烟释放量随煤样粒径增大而上升，最大粒径煤样(>0.38～0.83 mm)的烟气生成速率和总烟释放量均为最大；煤样燃烧过程中CO生成速率和CO₂生成速率均随煤样粒径减小而逐渐增大。引入煤样的火灾性能指数(F_FPI)和火灾增长指数(F_FGI),对比分析不同粒度煤样的燃烧效率得出：最小粒径煤样(>0～0.12 mm)的燃烧效率最高，F_FPI最小(0.27 m²·s/kW),F_F...     

生物质与煤混烧的热重-红外试验研究

利用TG-FTIR对生物质、煤及其混合物的燃烧过程及燃烧产物进行分析,研究了生物质添加比例、升温速率、氧气浓度对燃烧过程的影响。结果表明,生物质的加入可以有效改善样品的燃烧性能,提高样品的燃尽性能。提高生物质添加比例,可以降低燃烧气态产物中CO与CO₂的比例,提高燃料利用率。提高升温速率和氧气浓度,可以提高生物质与煤混合物的燃烧速度,缩短燃烧时间,改善生物质与煤混合物的燃烧性能,有利于燃烧反应的进行;同时,燃烧气态产物中CO所占比例逐渐减小,CO₂所占比例逐渐增大,提高了燃料的燃尽率。     

磷酸二氢铵与碳酸钙抑制煤尘燃烧试验研究

为了评价煤尘的着火危险性以及保证安全生产,采用Godbert-Green恒温炉测试装置研究粉体分散压力,磷酸二氢铵与碳酸钙惰性介质浓度,粒径对煤尘最低着火温度的影响。试验结果表明:对于粒径45~48μm质量0.3 g的煤尘,分散压力在0.03 MPa时其着火温度最低,温度为584℃。当添加粒径45~50μm磷酸二氢铵、碳酸钙以及碳酸钙与磷酸二氢铵质量比分别为1∶1、1∶2、2∶1的混合粉时煤尘的燃烧得到明显的抑制,其抑制能力顺序依次为磷酸二氢铵>混合粉>碳酸钙。惰性介质粒径为50~250μm、45~50μm、38~45μm、<38μm与煤尘混合燃烧,其最低着火温度随着粒径的减小而增大。     

O2/CO2燃烧方式下工业煤粉锅炉的设计分析

分析研究锅炉富氧燃烧与常规空气燃烧的差别,针对O2/CO2循环燃烧特点,以锅壳煤粉锅炉为例,提出O2/CO2燃烧气氛下锅壳煤粉锅炉设计的指导性建议.