链条炉内块粒型煤着火时间的实验研究

针对型煤在链条炉上燃烧存在的着火延迟、着火稳定性差、不易燃尽等问题，提出一种新的燃料组合，使原煤变成由块粒煤和型煤构成的具有一定粒度分布的块粒型煤。在可模拟链条炉中燃烧过程的热态实验台上，研究了块粒型煤的着火时间。实验表明，块粒型煤的着火特性明显优于型煤，当配比适当时其着火特性与宽筛分的块煤相近。证实块粒型煤既能满足环保要求，又有良好的经济性，同时能满足现有工业锅炉对燃料着火性能的要求。     

一维炉内煤粉气流富氧着火距离试验

针对火电锅炉在深度调峰过程中存在煤粉着火稳定性差的问题，提出富氧稳燃方法，并在一维炉内进行了煤粉气流点火试验，主要研究氧气浓度、一次风速和煤粉浓度对煤粉气流着火距离的影响。其中氧气浓度共取21%(空气)、25%、30%和35%,4个工况；一次风速共取18、23、28和33 m/s 4个工况；煤粉质量分数共取0.2、0.3、0.4、0.5和0.6 kg/kg(以每千克空气携带的煤粉质量计)5个工况。研究不同工况下煤粉气流着火距离的试验数据，并对试验数据及其变化规律进行详细分析。结果表明，氧气浓度每增加1%,着火距离缩短82.5 mm,但随氧气浓度的持续增大，对着火距离的影响逐渐变小；着火距离的变化率随风速的增加而增大，尤其当风速大于28 m/s后，风速对着火距离的影响非常大；煤粉浓度对着火距离的影响相对复杂，最佳煤粉浓度随氧气浓度的增大而增大；对比试验数据发现氧气浓度和一次风速对着火距离的影响大于煤粉浓度。最后利用试验数据拟合了氧气浓度和煤粉着火距离的数学模型，发现着火距离和氧气浓度之间存在指数函数关系。     

石灰石对煤炭燃烧特性影响的研究

利用NETZSCH 409C型差示扫描量热仪研究了石灰石对煤炭燃烧特性的影响．结果表明，在加入石灰石后，燃烧明显分成两个阶段，且随着石灰石混合比例的增加，前期的燃烧强度逐渐减弱，后期的燃烧强度增强．石灰石的添加量在30％(以混合样的质量百分比计)左右时，试样的着火温度比原煤降低约30℃，但随着石灰石的添加量的继续增加，试样的着火温度也随着升高．石灰石的加入使得试样的燃尽效果变差，燃尽时间延长．     

煤粉高压着火特性及影响因素

高压气化炉内煤粉的着火特性对煤粉烧嘴和气化室的设计与运行调控具有重要意义。笔者采用加压热重分析法对3个煤样的着火特性进行研究,根据升温过程中的能量守恒原理和谢苗诺夫着火理论提出了一种新的处理PTG曲线求取着火温度的拐点法,并与传统经验切线法进行对比;讨论了压力、氧气体积分数、升温速率、挥发分和颗粒粒径对着火温度的影响。研究结果表明,煤粉着火温度区间为从初始着火温度(Ti)到极限着火温度(Tig),环境换热条件所决定的切点位置是唯一定解条件,高温工业炉高加热速率对应的为极限着火温度;与常压条件下相比,加压下固定床煤粉的着火为异相着火,着火温度随挥发分的增加而略有增加;在0.1~1.0 MPa和3~5 MPa的压力范围内,随压力的升高,着火温度下降,且比常压下低很多,虽然在1~3 MPa的着火温度略有增加;氧气体积分数对着火温度的影响规律与常压的类似,随氧气体积分数的增加,着火温度降低;虽然加压条件下煤粉的快速反应,拐点法与切线法得到的着火温度相近,但切线法无法响应环境条件的变化,且常压下,经验的切线法无法给出令人满意的结果。     

钠盐对焦炭燃烧反应的催化作用

通过对二种焦炭浸入钠盐后其着火温度、化学活性及燃烧特性的试验研究，表明钠盐可使焦炭的着火温度降低，燃烧反应速度加快。     

煤粉工业锅炉燃烧兰炭试验研究

为提高兰炭在煤粉工业锅炉上的燃烧效率,以陕西煤业化工集团生产的兰炭为原料,进行煤粉工业锅炉燃烧试验,分析了兰炭着火、稳燃、燃烬情况;针对兰炭燃烧过程中存在的问题提出解决方案。结果表明:高效煤粉工业锅炉双锥燃烧器的独特结构和浓相燃烧的方式,为兰炭的着火和稳燃提供了良好条件。在过量空气系数1.2,一、二、三次风比例分别为0.11、0.47、0.42,预热时间3 min,伴燃时间4 min的条件下,实现了兰炭粉的着火和自维持稳定燃烧,燃烧期间后部温度保持在550℃,炉膛中部温度大于800℃。针对兰炭燃烧存在燃烧器内燃点靠后、着火区域温度低和兰炭燃烧不完全等问题,提出可通过调整燃烧室的结构和尺寸,使燃烧器蓄热能力增强,延长煤粉预热时间,产生更多高温回流烟气,使兰炭在燃烧器中快速着火并稳定传播到炉膛,降低兰炭灰残炭率,提高燃烧效率。     

一起着火事故的分析与防范

对一起甲醇着火事故进行分析，提出了防范措施。     

大颗粒煤燃烧传递动力学破碎理论模型

研究了大颗粒煤燃烧中的颗粒破碎现象，理论分析了大颗粒煤的着火过程和颗粒破碎过程，建立了大颗粒煤燃烧传递动力学破碎模型，对褐煤、烟煤和无烟煤三个典型煤种进行了燃烧初期数值模拟，指出了大颗粒煤燃烧时着火和颗粒破碎的内在联系。     

大颗粒煤燃传递动力学破碎理论模型

研究了大颗粒煤燃烧中的颗粒破碎现象，理论分析了大颗粒煤的着火过程和颗粒破碎，大颗粒煤燃烧传递动力学破模型，对褐煤、烟煤和无烟烟煤三个典型煤种进行了燃烧初期数值模拟，指出了大粒煤燃烧时着火和颗粒破碎的内在联系。     

低温烘焙提质对褐煤着火燃烧特性的影响

褐煤高水分和高挥发分不利于运输和储存，且会降低锅炉燃烧效率，低温烘焙提质作为一种褐煤提质常用技术，能有效降低燃料中水分并提升燃料品质，显著改变褐煤燃烧特性。为研究低温烘焙提质对褐煤着火特性的影响，利用平面火焰燃烧系统并结合CMOS相机研究了不同热协流温度(1 473、1 673和1 873 K)和O₂体积分数(5%、10%和20%)下低温烘焙预处理(200、250和300℃)对褐煤着火燃烧特性的影响，并分析低温烘焙提质对着火延迟距离和火焰亮度的影响。结果表明，经低温烘焙预处理的褐煤颗粒在相同热协流温度和O₂浓度条件下的着火延迟距离稍大于原始褐煤颗粒；O₂体积分数为5%时，200℃烘焙褐煤的着火延迟距离在热协流温度1 473、1 673和1 873 K时较原始褐煤颗粒分别增加了0.24、0.28和0.13 cm;此外，不同烘焙温度下煤粉颗粒的着火位置较褐煤均有所延迟，且升高烘焙温度会降低褐煤着火距离，在1 673 K、O₂体积分数5%下，烘焙温度200、250和300℃时对应的着火延迟距离较褐煤的增加...     

煤粉着火燃烧过程光学诊断研究发展

煤炭储量丰富,尽管新能源和可再生能源快速发展,煤炭资源在未来几十年仍将作为我国一次能源重要组成部分。同时煤炭利用带来很多环境污染问题,因此未来煤炭资源的利用逐渐向高效、低碳、低污染物排放利用方式转变。随着光学技术的不断发展,涌现出多种适用于煤粉燃烧诊断的原位非接触式光学诊断技术,极大地促进了燃烧学的发展,为煤炭清洁高效利用提供了更多试验手段。介绍了国内外煤粉着火、不同方式下燃烧特性的光学诊断研究进展,对煤粉单颗粒和煤粉颗粒流的着火燃烧过程的光学诊断研究进行总结。目前常用的煤粉燃烧光学诊断技术主要包括全光谱成像、CH*/C2*化学发光成像、平面激光诱导荧光(PLIF)、双色/三色高温计、米氏散射、激光诱导白炽光、相干反斯托克斯-拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等多种先进的光学诊断技术,可对煤粉单颗粒、颗粒流的着火延迟、脱挥发分、挥发分燃烧、着火模式、环境因素(环境温度、氧浓度、气氛)、富氧燃烧、水-氧燃烧、煤中碱金属释放等多方面关键问题进行光学诊断研究,为煤炭清洁高效利用提供了理论和试验基础。采用OH-PLIF和三色高温计对热解半焦和神华烟煤混合燃料共燃的着火和燃烧特性进行研究。综合考虑着火延迟和混合物的燃尽率,热解半焦的最佳掺混比为20%,为热解半焦的实际工业应用提供了参考。同时采用500 Hz、5 k Hz高时间、空间分辨率的OH-PLIF技术探究煤粉颗粒流中单颗粒挥发分燃烧的发展过程和挥发分着火的时序演变过程,通过二者的结合获得煤粉颗粒流从着火到挥发分燃烧的时间特性。采用OH-PLIF技术对烟煤和褐煤煤粉颗粒流燃烧火焰的脱挥发分和挥发分燃烧行为进行探究,提出采用OH信号径向分布的相对标准偏差探究火焰稳定性的方法。相同燃烧条件下,烟煤煤粉颗粒流燃烧的稳定性高于褐煤。基于OH-PLIF和CH*化学发光诊断技术,提出一种用于探究煤粉颗粒流中颗粒挥发分燃烧振荡特性分析方法——动态模态分解方法(DMD)。随着氧浓度的增加,挥发分火焰振荡增强。颗粒的聚集可能导致煤粉挥发分燃烧的低频振荡。相反,单独或分离的颗粒燃烧会产生较大的振荡频率。但目前取得的成果还不够完善,需要继续深入开展煤粉燃烧的光学诊断试验研究,对污染物NOx的生成及排放、新型水氧燃烧技术中水蒸气作用机理等方面深入探索,开发出新型清洁煤燃烧技术,为我国煤炭资源清洁高效利用做出贡献。     

中国动力煤的着火温度与着火热的分布规律

为了寻求动力煤成分分布与煤质着火及稳燃特性之间的函数关系,根据燃烧学的热力着火理论,对国内大型电站煤粉锅炉燃用的166个典型的煤质分析数据进行了数学分析。分析了固态碳(C_gt)和当量气态碳(C_qt 3.67H_ar)比值随V_daf的分布规律及其对煤质着火的影响;根据文献中77个煤质的一维沉降炉实验数据,拟合出煤粉的着火温度与V_ad及A_ad的函数关系,计算分析了本文大数据样本煤质的着火温度及着火热的分布规律,提出将着火热和着火温度作为煤质着火特性的图像分辨新方法。据此分析了各类煤质的着火与稳燃特性。结果表明,本方法能明确地定量区分不同类煤质和同类煤质的着火特性差异,且在理论上给出符合宏观规律的合理解释。     

生物质三组分在O2/CO2气氛下的着火行为研究

生物质的富氧燃烧技术结合了生物质燃烧与富氧燃烧的优点,既能减少化石燃料的使用,又易实现CO₂捕集。富氧燃烧的最显著特点是气氛中的氧气体积分数大于21%,其对生物质着火行为的影响至关重要。纤维素、半纤维素和木质素是生物质的3种主要组分,研究其在富氧条件下的着火及燃烧行为,可为生物质的着火及燃烧行为研究提供重要依据。利用滴管炉结合高速摄像机,研究了粒径74~154μm的纤维素、半纤维素和木质素在温度1273 K,氧气体积分数21%、30%、50%、70%和100%的O₂/CO₂气氛中的着火行为,并利用辐射能测温技术计算着火图片中的颗粒温度。结果表明,随着O₂体积分数增加,纤维素、半纤维素由联合着火以及木质素由均相着火均转为非均相着火,纤维素、半纤维素、木质素着火机理发生转化的O₂体积分数分别为30%、70%和50%。纤维素着火对O₂体积分数变化敏感,氧气体积分数超过30%时,纤维素焦率先发生着火。半纤维素和木质素的升温速率随氧气体积分数的升高而提高,半纤维素是由于挥发分在燃烧过程中随着氧气体积分数的增加,其燃烧比例减弱,焦燃烧比例增加,而木质素因为氧气体积分数的升高强化了木质素焦燃烧。半纤维素和木质素燃烧时间均随氧气体积分数的升高而缩短,两者都是由于氧气体积分数升高强化了焦的燃烧。另外,在较高氧气体积分数下木质素焦会发生熔融并膨胀,形成明显的膨胀火焰。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

In situ diagnostics of Victorian brown coal combustion in O2/N2 and O2/CO2 mixtures in drop-tube furnace

Experimental investigation of the combustion of an air-dried Victorian brown coal in O₂/N₂ and O₂/CO₂ mixtures was conducted in a lab-scale drop-tube furnace (DTF). In situ diagnostics of coal burning transient phenomena were carried out with the use of high-speed camera and two-colour pyrometer for photographic observation and particle temperature measurement, respectively. The results indicate that the use of CO₂ in place of N₂ affected brown coal combustion behaviour through both its physical influence and chemical interaction with char. Distinct changes in coal pyrolysis behaviour, ignition extent, and the temperatures of volatile flame and burning char particles were observed. The large specific heat capacity of CO₂ relative to N₂ is the principal factor affecting brown coal combustion, which greatly quenched the ignition of individual coal particles. As a result, a high O₂ fraction of at least 30% in CO₂ is required to match air. Moreover, due to the accumulation of unburnt volatiles in the coal particle vicinity, coal ignition in O₂/CO₂ occurred as a form of volatile cloud rather than individual particles that occurred in air. The temperatures of volatile flame and char particles were reduced by CO₂ quenching throughout coal oxidation. Nevertheless, this negative factor was greatly offset by char-CO₂ gasification reaction which even occurred rapidly during coal pyrolysis. Up to 25% of the nascent char may undergo gasification to yield extra CO to improve the reactivity of local fuel/O₂ mixture. The subsequent homogeneous oxidation of CO released extra heat for the oxidation of both volatiles and char. As a result, the optical intensity of volatile flame in ∼27% O₂ in CO₂ was raised to a level twice that in air at the furnace temperature of 1273 K. Similar temperatures were achieved for burning char particles in 27% O₂/73% CO₂ and air. As this O₂/CO₂ ratio is lower than that for bituminous coal, 30-35%, a low consumption of O₂ is desirable for the oxy-firing of Victorian brown coal. Nevertheless, the distinct emission of volatile cloud and formation of strong reducing gas environment on char surface may affect radiative heat transfer and ash formation, which should be cautioned during the oxy-fuel combustion of Victorian brown coal.     

流化床内煤着火特性实验研究

为了对当前大量应用的带有床下启动燃烧器 CFB锅炉的启动运行提供指导 ,以及为从事循环流化床技术和煤燃烧理论研究提供参考 ,在电加热的小型流化床燃烧系统上 ,采用热烟气炉下点火的方式来研究煤粒在流化床内的燃烧特性 .测定了福建龙岩无烟煤的着火特性 ,分析了粒径、床温对着火点的影响 .并提出了煤颗粒在流化床内着火点测定的实验规范 .     

煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型

二氧化碳排放是造成温室效应的主要原因之一,富氧燃烧作为一种有效的碳减排与封存技术具有广泛的研究前景。在燃煤电厂中煤粉富氧燃烧的着火温度是燃烧器设计和运行安全的重要指标,并且与煤粉组成成分、煤粉粒径以及燃烧氛围都有复杂的相关性。因此,对煤粉富氧燃烧着火温度的预测模型研究意义重大。采用滴管炉分别测量了5种煤粉在O2体积分数为30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%富氧条件下的着火温度,分析了氧气体积分数和煤粉的组成成分与着火温度之间的关系。研究发现,随着氧气体积分数分数的增加,5种煤样的着火温度均显著下降,且挥发分越高的煤,下降幅度越大。将45组试验着火温度数据与其他研究者采用同样方法测得的69组着火温度数据组成机器学习样品库,以煤粉的元素分析、工业分析、煤粉粒径及氧气体积分数为输入条件,以着火温度T为目标输出,构建了遗传算法优化的随机森林模型(GA-RF模型),准确预报了煤粉富氧燃烧的着火温度,其预报精度为:R2>0.99,RMSE<16,MAE<8。通过模型参数重要性分析发现,氢组分超过5%后,着火温度出现阶跃式上升,现有煤粉着火数据也证实了该现象。     

Fe2O3催化无烟煤燃烧燃点降低机理的实验研究

利用TG-DTG法和DTA法研究了无烟煤催化燃烧时燃点的变化情况,结果表明Fe2O3可使无烟煤的燃点降低。基于无烟煤燃点的形成原因和催化热解过程,研究了催化热解过程中热解转化率、热解气组成、半焦表面结构的变化情况,结果表明Fe2O3促进了无烟煤的热解,热解转化率、热解气的组成明显变化,热解气热值增加。催化热解产生的半焦表面形貌粗糙,颗粒细碎,比表面积大。由于热解过程直接影响到点燃过程,因此通过催化热解的研究,可知催化燃烧过程中均相燃烧（热解气燃烧）提供给异相燃烧（半焦燃烧）的热量高于非催化燃烧。同时催化热解所得半焦的吸附氧气能力强,在低温时吸附氧气的速率较快,缩短了达到点燃时所需氧气浓度的时间,进而降低了无烟煤的燃点。     

Carbon particle type characterization of the carbon behaviour impacting on a commercial-scale Sasol-Lurgi FBDB gasifier

Char-form analysis, whilst not yet an ISO standard, is a relatively common characterization method applied to pulverized coal samples used by power utilities globally. Fixed-bed gasification coal feeds differ from pulverized fuel combustion feeds by nature of the initial particle size (+6 mm, −75 mm). Hence it is unlikely that combustion char morphological characterization schemes can be directly applied to fixed-bed gasifier chars. In this study, a unique carbon particle type analysis was developed to characterize the physical (and inferred chemical) changes occurring in the particles during gasification based on coal petrography and combustion char morphology. A range of samples sequentially sampled from a quenched commercial-scale Sasol-Lurgi fixed-bed dry-bottom (FBDB) Gasifier were thus analysed.It was determined that maceral type (specifically vitrinite and inertinite) plays a pivotal role in the changes experienced by carbon particles when exposed to increasing temperature within the gasifier. Whole vitrinite particles and vitrinite bands within particles devolatilized first, followed at higher temperatures by reactive inertinite types. By the end of the pyrolysis zone, all the coal particles were converted to char, becoming consumed in the oxidation/combustion zone as the charge further descended within the gasifier.The carbon particle type results showed that both the porous and carbominerite char types follow similar burn-out profiles. These char types formed in the slower pyrolysis region within the pyrolysis zone, increasing to around 10% by volume within the reduction zone, where 53% carbon conversion occurred. Both of these char forms were consumed by the time the charge reached the ash-grate at the base of the reactor, and therefore did not contribute to the carbon loss in the ash discharge. It would appear as if the dense char and intermediate char types are responsible for the few percent carbon loss that is consistently obtained at the gasification operations.The carbon particle type analysis developed for coarse coal to the gasification process was shown to provide a significant insight into the behaviour of the carbon particles during gasification, both as a stand alone analysis and in conjunction with the other chemical and physical analyses performed on the fixed-bed gasifier samples.