褐煤半焦旋风燃烧数值模拟

褐煤经低温热解后残余固体半焦的利用一直制约我国低阶煤分质转化和高效清洁利用的发展。本文采用旋风炉燃烧褐煤半焦的方法,通过Fluent软件模拟了不同过量空气系数下旋风炉模型内温度、速度、组分体积分数的分布情况,同时对焦炭转化率和NO_x排放特性进行了研究。结果表明:本文所采用的数值模拟方法可以准确地描述褐煤半焦在旋风炉内的燃烧情况;过量空气系数在0.5~0.7时,半焦在旋风炉内的转化率均大于98.4%,且NO_x排放质量浓度较低,最高仅为144mg/m3。采用旋风炉燃烧可以实现褐煤半焦的高效清洁利用,对我国低阶煤转化利用的发展具有重要意义。     

含氮低热值气体燃烧NO_x排放特性研究

对燃用生物质等含氮固体原料低热值气化燃气时NO_x的排放特性进行实验研究。利用NH_3作为燃气中的含氮组分模化物,与多种组分气按比例掺配组成人工燃气,考察含氮燃气在预混燃烧和强制对流扩散燃烧条件下,NH_3质量浓度、燃烧温度、过量空气系数对NO_x排放的影响。结果表明:含氮燃气燃烧产生的NO_x主要是NO,生成的少量NO_2主要由NO氧化形成;随NH_3质量浓度增加,NO排放质量浓度增加,但是NH_3转化为NO的比例降低,预混燃烧比强制对流扩散燃烧条件下NH_3向NO的转化率高;预混燃烧条件下,温度越高NO排放质量浓度越高,而强制对流扩散燃烧时,NO排放质量浓度在低温区随温度升高而升高,但是在高温区有降低趋势;过量空气系数对强制对流扩散燃烧条件下NO排放的影响大于预混燃烧,过量空气系数对2种燃烧条件下NO_2的排放都有促进作用;在一定的燃烧温度和NH_3质量浓度下,分级燃烧组织中存在一个合适的预混比40%,使得NO的排放质量浓度最低。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性实验研究

利用沉降炉实验台分别在O_2/N_2气氛和O_2/CO_2气氛下针对煤粉燃烧过程中NO排放量进行实验,研究了CO_2浓度、温度以及过量空气系数分别对单煤与混煤燃烧NO排放特性的影响,结果表明:相比于O_2/N_2燃烧气氛,煤粉在O_2/CO_2气氛下燃烧释放的NO含量更低,其降低量约为30%~35%;在CO_2浓度由20%变化到50%的过程中,所选煤种NO生成量逐渐下降,其变化幅度不大;随着煤粉燃烧温度的不断升高,所选煤种在2种气氛下燃烧生成的NO含量均有增长且在O_2/N_2气氛下NO排放浓度增加更为明显,当温度达到1 200℃和1 500℃这2个温度点时可以发现NO排放浓度曲线斜率变化很大;随着实验过程中过量空气系数α的增加,在这2种气氛下NO的生成量同样呈现出上升的趋势。     

油页岩流化床燃烧污染物排放特性

在小型热态流化床燃烧实验台上进行了桦甸油页岩的燃烧污染物排放特性实验研究,得到了床温、油页岩颗粒粒度、Ca/S摩尔比、过量空气系数对油页岩流化床燃烧过程中SO2、NO、NO2等污染物排放特性的影响,实验结果表明：在床温为800~950℃、Ca/S摩尔比为5~7、过量空气系数为1.4,油页岩颗粒粒度适宜时各种污染物排放量相对最低,流化床在此工况下运行最合理。然而,流化床的常规运行温度虽然对SO2排放控制有利,但却不利于NOx污染物的排放控制;随着Ca/S摩尔比的增加各种污染物排放量明显下降;随过量空气系数的增加,各种污染物排放量开始均有所增加,而后逐渐下降。     

浙混煤燃烧及NO释放特性试验研究

某电厂对420t/h锅炉进行了低NOx燃烧器改造,为此对改造用浙混煤的燃烧和NO释放特性进行了机理性研究。结果表明:不同升温速率下,污染物气体的释放特性基本相同,提高升温速率有利于提高煤样的反应活性,燃烧特性有所改善,但会造成燃烧过程滞后,NO2的析出提前;随着沉降炉过量空气系数α的增大,浙混煤的NO排放浓度显著增加,α在0.8~1.2时其影响最为显著;随着燃烧温度的增加,无论在氧化性气氛还是还原性气氛下浙混煤NO排放浓度均增大,而且在氧化性气氛下增长幅度更大。     

半焦循环流化床高氧气浓度燃烧气体污染物排放特性试验研究

在1MW循环流化床富氧燃烧中试装置上,以煤热解后的半焦为燃料,进行了空气燃烧和高氧气浓度(50%O_2)/再循环烟气(recycle flue gas,RFG)燃烧试验,考察了在炉膛平均温度为900℃时不同燃烧气氛对热解半焦燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:半焦可在高氧气浓度O_2/RFG气氛下稳定燃烧,并且从空气燃烧向高氧气浓度O_2/RFG燃烧切换时,中试装置运行平稳。与空气燃烧工况相比,50%O_2/RFG燃烧工况下,工况稳定运行期间尾部CO_2干基浓度平均值可达到90%以上;半焦的燃烧特性得到了改善,CO排放和飞灰含碳量降低,燃烧效率升高;NO排放约为空气下的1/2,再循环NO被还原是减少的主要原因,但N_2O排放略高,与NO排放量级相同;无脱硫情况下,半焦灰自脱硫效率降低,从而导致SO_2排放较高,约是空气的2倍。     

煤粉粒度对煤粉燃烧NOx排放特性影响的试验研究

利用一维热态实验炉分别对不同粒度煤粉燃烧时，NOx排放特性随煤种、过量空气系数、温度的变化规律进行了研究。研究结果表明：NOx的排放浓度与煤粉粒度存在一个煤粉粒度临界值，当煤粉粒度小于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度减小；当煤粉粒度大于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度增大；煤粉超细化后，褐煤、烟煤的NOx的排放浓度明显减少，贫煤、无烟煤则变化不大。     

颗粒粒度对神华煤NOx排放影响的实验研究

阐述了用一维管式实验炉对不同粒度神华煤粉燃烧时NOx排放特性随过量空气系数、温度、粒径的变化规律。实验结果表明,NOx的排放与煤粉粒度存在一个煤粉粒度临界值,当煤粉粒度小于或大于临界值时,随着煤粉粒度的减小,对应的NOx的排放浓度减小或增大。无论煤粉粒度大小,当温度或过量空气系数增加时,NOx排放都会增加。     

预热燃烧模式下热态焦炭NO排放和燃尽特性实验研究

随着煤粉预热燃烧技术的不断发展,焦炭氮在最终氮氧化物生成的贡献中占据主导地位。为研究预热燃烧模式下入炉热态焦炭（区别于常规冷态焦炭）的NO排放和燃烧特性,自行搭建了两段沉降炉系统,着重考察了煤粉热解温度、燃烧温度及过量空气系数对高温焦炭燃烧生成NO及燃尽率的影响规律。结果表明:区别于冷态焦炭实验结果,提高煤粉热解温度有利于热态焦炭燃烧降低NO排放,过量空气系数（α）为1.0时,最大降氮效率为21.1%;燃烧温度对热态焦炭NO排放的影响主要依赖于燃烧区域α,当炉内呈现较强还原性气氛时,随燃烧温度升高,NO排放量降低,当炉内呈现氧化性气氛时规律则相反;提高煤粉预热温度及燃烧区域温度均有利于降低飞灰含碳量,α为1.0时,飞灰含碳量最大降幅28.6%。     

燃用准东煤的旋风炉空气分级方式试验研究

为降低旋风燃烧NOx排放,需要在保证稳定液态排渣的前提下研究合适的空气分级方式。本文结合准东煤的黏温特性建立液态排渣模型,计算确定主燃区过量空气系数,并在1台旋风炉上开展空气分级燃烧试验。结果表明:液态排渣旋风炉燃用流变性好的准东煤时,主燃区过量空气系数可以减小到0.8;切向二次风采用“上大下小”配风,三级风率分别为20%、10%和10%,燃尽风率为30%~35%;主燃区到燃尽风喷口的停留时间应大于0.62 s;旋风炉采用深度空气分级燃烧时,NOx排放质量浓度可降低30%以上,锅炉热效率下降0.22%,主要由渣中未燃尽碳含量上升引起。     

煤焦N向NO转化规律的试验研究

在堆积燃烧状态下采用水平管式炉反应器研究不同反应条件及燃料特性对焦炭N向NO转化的影响。试验结果表明:随着石英砂/煤焦质量混合比的增大,NO转化率起初显著增加,随后维持不变,主要由于石英砂的混入削弱了NO的二次还原反应。850~1 050℃温度范围内,随着反应温度的升高焦炭NO转化率先增大后减小。2%~20%氧浓度下,1 050℃进行燃烧时,10%氧浓度下焦炭NO转化率达到最大。焦炭与O2的反应发生在焦炭表面时,NO还原反应减弱,NO转化率较高,同时反应温度升高到一定程度时,NO还原反应速率增加明显。煤焦表面反应煤阶和含氮量越高,焦炭NO转化率越高,并且煤焦表面含氮官能团同样影响焦炭NO的释放。     

基于空气分级的旋风炉高温喷氨脱硝试验研究

基于空气分级的高温喷氨脱硝技术具有较高的脱硝效率,且无氨逃逸,为实现炉内脱硝提供了新的途径。在某台液态排渣旋风锅炉上开展了空气分级燃烧协同高温喷氨脱硝试验,结果表明:采用分级配风且主燃区过量空气系数为0.8时,NOx生成质量浓度可降低35%;高温喷氨的温度窗口为1 200~1 600 ℃,最佳喷氨点在旋风筒出口,氨氮摩尔比为2.0时脱硝效率达到最大值20%;燃用烟煤的旋风锅炉采用空气分级协同高温喷氨后,NOx排放质量浓度可降低到490 mg/m3。     

基于Aspen Plus的煤炭空气部分气化联合循环发电系统模拟

煤炭空气部分气化联合循环发电技术采用循环流化床反应器作为气化炉和燃烧炉,煤由给料装置送入气化炉中与空气发生反应,产生燃气然后送入燃气轮机中发电;反应剩余的半焦则送入循环流化床燃烧炉中燃烧发电。本文采用甘肃华亭煤为设计煤种,利用Aspen Plus软件对煤炭空气部分气化联合循环发电技术进行模拟研究,得出了空气煤比、碳转化率对气化温度、燃气组分、燃气热值、气化效率、发电效率等因素的影响。结果表明:随着空气煤比的增大,气化温度升高,燃气热值、发电效率及气化效率降低;随着碳转化率增大,燃气的热值提高,气化效率及发电效率均增加;系统发电效率随着碳转化率增加而增加,然而当碳转化率大于80%时,发电效率的增加幅度大幅减小,因此将碳转化率选为80%较为合适,此时的发电效率约为57%,这相较于现有的煤粉燃烧发电系统有极大的提高。     

热解温度对高水分印尼褐煤半焦孔隙特性及燃烧特性的影响

在不同温度下热解高水分印尼褐煤并对所得半焦进行了氮气等温吸附测试和热重燃烧试验。结果表明:在热解温度为500~750℃的范围内,随热解终温升高,所得半焦的比表面积和总孔容会先减小后增大,并在650℃后基本维持不变;在相同的热解条件下,高水分印尼褐煤半焦的孔隙更加发达;随热解温度升高,半焦的最大燃烧失重速率先减小而后有所增加,在热解温度为600℃时达到最低值;半焦燃烧反应活化能则随着热解温度的增加持续增加。     

三菱M701F燃气轮机单筒燃烧室内三维燃烧特性研究

针对三菱M701F天然气燃气轮机燃烧室建立全尺寸三维单筒燃烧室物理模型,兼顾主燃烧区贫预混燃烧模式和值班火焰扩散燃烧模式的组合特性,采用部分预混燃烧模型,对该单筒燃烧室内的燃烧特性进行了数值模拟研究,获得了满载荷运行工况下全尺寸燃烧室的流场、温度场和污染物分布情况;同时计算分析了不同空气过量系数下过渡段出口面最高温度、平均温度、温度分布系数OTDF以及NO_x含量的变化情况。结果表明,随着空气过量系数的增大,最高温度、平均温度及NO_x含量均逐渐下降,温度分布系数OTDF则呈逐渐上升趋势。     

煤层气燃烧NOx生成特性及影响因素数值模拟

采用非预混燃烧模型对煤层气燃烧及NOx生成进行了数值模拟,研究了煤层气中甲烷浓度、过量空气系数及射流角度等因素对NO生成的影响.结果表明:随着甲烷浓度的增大,NOx生成量增大,CH4浓度从25％增大到45％时,燃烧室出口面上NO质量分数提高8倍左右;过量空气系数为1.00时,出口面上平均NO质量分数最大,过量空气系数在1.00以上增大时,生成NOx量降低;射流角度变化对燃烧温度及NOx生成的影响较小.     

贫煤空气分级燃烧NOx排放特性试验研究

采用煤粉燃烧自维持一维试验炉研究了低挥发分贫煤空气分级燃烧和NOx排放特性,重点研究了空气分级深度、分级燃尽风喷口位置对贫煤燃烧NOx排放的影响,探索能够实现低NOx排放的空气分级燃烧布置方式。结果表明:随着主燃区过量空气系数αM减小,炉膛出口NOx质量浓度逐渐降低,当αM为0.70时NOx还原效率可以达到33.1%;随着分级燃尽风位置比Ms增加,煤粉颗粒在还原区内停留时间延长,炉膛出口NOx质量浓度进一步降低,并存在一个最佳分级燃尽风位置比;当αM为0.85时,最佳分级燃尽风位置比Ms为0.47,对应的炉内NOx还原效率为37.7%。     

过量空气系数、热负荷及反应物混合模式对天然气锅炉柔和燃烧特性影响

柔和燃烧(MILD)因其NOx排放低、节约能源和燃烧稳定的特点,有望成为新一代天然气锅炉燃烧技术。文中以成分97%为CH_4的天然气为燃料,基于额定蒸发量为1t/h的天然气锅炉的实际运行工况,研究了过量空气系数φ从1.05~1.45,热负荷P从600~786k W不同工况下的预混和扩散方式柔和燃烧特性。试验结果表明,柔和燃烧条件下,过量空气系数增加,NO和CO排放降低。满负荷下,预混柔和燃烧NO排放仅为54mg/m~3@3.5%O_2,远低于传统旋流扩散燃烧方式天然气锅炉的NO排放(111mg/m~3@3.5%O_2)。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性

为研究O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧SO_2排放特性,在沉降炉上通过模拟电厂混煤掺烧的实际工况,分析了过量空气系数α、CO_2体积分数、炉膛温度以及燃料比对单煤及混煤燃烧时SO_2排放特性的影响。结果显示:(1)α由0.8增至1.4,所选煤种SO_2的排放质量浓度(以下简称"排放浓度")越大,CO的排放浓度越小;(2)O_2/CO_2气氛下SO_2排放浓度低于O_2/N2气氛下SO_2排放浓度,降低量约为10%;(3)随着反应气氛里CO_2体积分数由20%增加至50%,所选煤种SO_2排放浓度均逐渐降低,CO的排放浓度均逐渐升高;(4)随着炉膛温度的升高,O_2/CO_2、O_2/N2气氛下SO_2排放浓度均增大,不同气氛、不同升温段时SO_2排放浓度曲线斜率变化不同;(5)燃料比越小,煤粉燃烧越好,燃料中S向SO_2的转化率越高,而高温富氧下,燃料含S量越高,SO_2排放量也越高,但S向SO_2的转化率下降。     

过量空气系数对粗煤气燃烧特性影响的实验研究

对粗煤气在不同过量空气系数下的燃烧特性进行了研究。实验结果表明,过量空气系数的变化对粗煤气的燃烧温度分布和燃烧产物有较大的影响,即过量空气系数较大时,燃烧温度较高,燃烧室中心处氧气浓度较低且二氧化碳浓度较高。因此,采用合理的过量空气系数有利于提高粗煤气的燃烧温度,还可以进一步促进粗煤气的燃烧完全。