煤粉高压密相气力输送技术研究现状及前景展望

煤粉高压密相气力输送是干煤粉气流床加压气化炉的关键技术之一。本文从4个方面评述了该技术在近些年取得的研究进展,包括输送管道阻力特性、固气比和煤粉质量流量影响因素、流动形态以及数值模拟,并介绍了该技术的应用情况。在此基础上,对该技术后续研究方向提出了建议。     

垂直管煤粉高压密相气力输送特性的模拟研究

基于颗粒动力学理论,采用k-e-kp-e p湍流模式,对垂直管内高压密相上升流的三维流动行为进行了数值模拟,其颗粒浓度高达30%,并对部分模拟结果进行了实验验证。模拟过程中考虑了气固两相之间的湍流相互作用,得到了两相速度分布、浓度分布和湍流强度分布,考察了表观气速、输送压力和煤粉粒径对流动行为的影响。模拟结果显示：表观气速的增加导致压降梯度先减小后增加,导致煤粉浓度减小;输送压力的减小导致压降梯度减小;煤粉粒径的增加导致压降梯度增加。通过实验得到了表观气速和输送压力对压降梯度的影响。数值模拟结果与实验结果吻合较好。     

不同煤粉高压密相气力输送特性实验研究

在输送压力可达3.6 MPa,输送速率通量可达4 600 kg×s-1×m-2的气力输送中试实验台上,进行3种煤粉(内蒙、大同和兖州煤粉)、同一煤种(内蒙煤粉)不同粒径的高压密相气力输送的系统实验研究。考察输送压力、总输送差压、流化风流量、煤粉粒径和煤粉种类等因素对输送特性的影响。研究结果表明,高压条件更有利于实现较高固相速率通量的低速密相输送;输送速率通量随着流化风流量的增大而先略增后略降;系统的输送能力随着煤粉粒径和水分的增大而降低,且水分的影响更大;不同管段的压降呈现不同的特征,说明管段的布置影响流动阻力和稳定性;煤粉颗粒大小和固气比均是影响压降特征的重要因素。     

发送罐出料方式对煤粉高压密相气力输送特性的影响

该文在上出料输送实验台基础上,改造出一个包含一套上出料和一套下出料的密相气力输送系统综合实验台。在此实验台上,以高压氮气作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验。通过改变出料方式及操作参数,对比研究了上、下出料系统输送特性的异同。研究结果表明,操作参数对上、下出料输送系统输送特性的影响具有一致性,但这种影响也存在一定差别。相同条件下,上、下出料方式输送系统中,煤粉质量流量、表观气速都随着总输送压差的增大而增大,煤粉质量流量随补充风流量增大而减小。补充风流量不变的前提下,总输送压差较低时,煤粉质量流量随着表观气速增大而增大,上、下出料方式对煤粉质量流量的影响随着表观气速变化规律不显著;总输送压差较高时,煤粉质量流量随着表观气速增大而减小,上出料输送系统煤粉质量流量明显高于下出料输送系统。随输送压差增加,固气质量比先增加明显后增加趋势减弱。上出料系统的煤粉质量流量、表观气速和固气质量比均略高于下出料系统。     

密相气固两相流管道气力输送的阻力特性

在1∶1比例的工业气力输送系统试验台上,进行了输送管道中气固两相流的阻力特性试验,对影响气固两相流压力损失的主要因素,包括被输送物料的基本性质与特征,输送气体的物性,管道的特性和操作条件四个方面进行了分析与探讨,为气力输送系统的工程设计和理论研究提供了依据。     

煤粉加压密相输送实验研究

该文建立了一个接收端压力为3MPa，输送压差可达1MPa的高压密相气力输送实验系统，在其上用氮气进行了干煤粉加压密相输送实验，研究了该系统作为干煤粉加压气化炉供煤装置的工作特性，包括输送稳定性、以及输送压差与煤粉输送速率和输送管中煤粉浓度的关系等。研究结果表明，该干煤粉加压密相输送系统工作稳定，实现了高浓度低速连续的密相输送。在3MPa下，输送煤粉的固气比达到586kg／m^3（气）、输送速率通量达到3775．6kg／（m^2．s），输送气体速率范围为4．2m／s-6．9m／s，达到了干煤粉加压气化炉的工艺要求。分析表明，在高压、高浓度密相输送情况下，输送管中的煤粉浓度是影响输送管道压降的主要因素。     

不同配比生物质粉与煤粉混合物的高压密相气力输送压降实验研究

在自主研发的高压密相气力输送实验台上进行不同配比的生物质粉与煤粉混合物的输送实验,对比分析输送不同物料时,直管和弯头等管段的阻力特性,研究结果表明生物质粉与煤粉混合物在此系统上可以稳定、可控输送。在固气体积比μv相差不大的情况下,直管和弯管的压降随着表观气速的增加而增大;表观气速相同时,粉体中煤粉配额增大,各管段压降随之增大。此外,根据Barth附加压力损失理论,运用量纲分析法,考虑气体与粉体密度以及输送几何条件等对压降的影响,得到了各管段的压降回归公式,此公式有较好的预测效果。     

高压密相气力输送弯管压降研究

在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上,进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。获得了不同操作参数下的弯管压损实验数据。在Barth附加压力损失理论基础上,考虑发送压力以及煤粉物性参数对弯管压损的影响,运用量纲分析法,得到高压密相输送时附加压损系数的关联式。用关联式预测的压损值与实验值吻合得很好。研究表明,相同质量流量下,平均粒径大的煤粉在弯管中的压损要高于平均粒径小的煤粉;在密相气力输送中,压损随表观气速的降低而增加。     

CO2/N2作输送载气对煤粉高压密相气力输送特性的影响

该文在自主研发的密相气力输送实验装置上,分别以CO2和N2作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验,对两种输送载气下输送特性的异同进行比较分析,研究了操作参数和输送载气对输送特性的影响。研究结果表明,输送载气不同时,操作参数对输送特性的影响有相似规律,载气差异导致输送特性的差别也比较明显。两种载气下,煤粉质量流量都随总输送压差的增大而增大,随补充风流量的增大而减小;滑移速度都随总输送压差的增加而增大,随补充风流量的增加而减小;煤粉质量流量均随滑移速度的增大而增加。相同操作条件下,用CO2输送时,煤粉质量流量和滑移速度均较小,滑移速度与煤粉质量流量的关系也与用N2输送时有较大差异。     

密相挤压流型气力输送的研究

本文研究了管路的挤压流型气力输送的特性和流动阻力,分析了能量方程的各项损失,用理论和实验相结合的方法给出了气体粘性损失的关联式,进而对方程进行了数值求解,得到了压力和空隙率沿管路的分布,数值结果和实验数据吻合良好。     

影响高浓度煤粉输送及燃烧特性关键技术研究

与常规系统相比，高浓度煤粉输送燃烧系统在输送、稳燃和环保方面具有显著的优越性。对影响高浓度煤粉输送及燃烧特性的关键技术，即煤粉流化、混合、输送稳定性、煤粉燃尽和炉膛结渣等进行了系统分析，并对存在的问题提出了相应的改进措施。实际应用结果表明，煤粉的输送及燃烧特性得到改善，机组经济性提高。     

煤质变差对浓相气力除灰系统的影响分析

某300 MW机组由于煤质变差导致浓相气力除灰系统无法正常运行,使除灰系统出力增加,除灰系统输灰的稳定性降低,除灰系统输灰用压缩空气的裕量减小,灰库背压提高,除灰系统的磨损加剧。对此,进行了分析并提出了相应的解决措施。     

双套管内粉煤灰输送特性试验研究

在试验台上研究了双套管粉煤灰的输送特性,分析输送压力、出口气流速度Vout等条件的变化对粉煤灰输送系统出力的影响。结果显示,Vout相同时,罐内输送压力越高,系统出力越大,料气比越高;相同罐内输送压力下,当4m/sVtmax时,系统出力随着Vout的增大逐渐降低;相同出力下,罐内输送压力随Vout增大先下降后上升。     

电厂煤粉管道中煤粉运行状况诊断研究

煤粉管道及制粉系统的运行状况对锅炉燃烧及安全运行有很大影响,但一直缺少有效的检测诊断。用基于光脉动原理的煤粉在线检测仪对600MW机组煤粉管中煤粉运行进行诊断研究。测量结果表明,煤粉管道堵塞的原因之一是煤粉粒度过大,浓度和粒度不均匀等,与磨煤机有很大关系,可以从煤粉管的运行状况来了解磨煤机的状态。     

煤粉双级垂直浓淡燃烧降低NOx排放及稳燃技术的研究

煤粉燃烧生成的NOx主要是燃料NOx，与焦碳N(不挥发性N)相比，挥发性N是转化成燃料NOx的主要部分。基础于这一观点，该文论述了煤粉的双级垂直浓淡燃烧能够降低NOx排放的原理。文中介绍了适用于风扇磨直吹燃烧系统的自动可调叶栅煤粉分配器及其能实现煤粉浓淡分配的原理和技术，从而降低NOx排放并实现稳燃过程。最后介绍了的该技术在电厂中的应用效果。该技术已获得国家实用新型专利。     

锅炉输粉管道煤粉浓度测量试验研究

对100MW机组锅炉的一次风管道的阻力进行了实炉测试，研究了单相和两相流动的管路阻力特性，测试结果表明，一次风输粉管道的阻力特性主要由具有特殊结构的煤粉分配器决定。试验得出：(1)煤粉浓度(煤／空气)为(0．29～0．49)kg／kg时，双托板式煤粉混合器阻力系数K与煤粉浓度μ的关系；（2)输粉管阻力△Pμ与μ的关系；(3)并且两相流阻力系数K并非常数，而是一个与煤粉浓度相关的变量。     

煤粉在富氧条件下燃烧特性的实验研究

燃烧煤粉的锅炉在其点火和低负荷稳定运行时，需消耗大量的燃料油，因此有必要寻找更经济实用的解决办法。研究煤粉在富氧条件下的燃烧特性，不论对煤粉局部富氧的助燃还是煤粉的富氧点火技术都具有重要意义。该文采用德国Netzsch公司生产的STA 409C型热天平研究了神木煤和蒲白煤3个不同粒度下的煤样在不同体积氧浓度下（20％、30％、40％、60％、100％）的燃烧行为。实验结果表明，随着氧浓度的增大，煤样燃烧分布曲线向低温区移动，煤样的着火温度及燃尽温度均呈下降趋势，着火时间提前且燃烧时间缩短，煤粉的综合燃烧特性指数有较大提高，并且，随煤粉粒径的增大，综合燃烧特性的改善更加明显。     

电站锅炉风粉流动参数在线测量技术

针对电站锅炉一次风管内风粉流动，提出了依据能量守恒原理的测量方法和提高测量精度的测点布置原则，指出混合点温度t3的布置应根据煤粉颗粒加热段长度Lα/D的计算公式的计算结果而定，在此基础上，开发了相应的温度、速度和浓度测量系统，实现了一次风风温、风速、浓度等参数在线监测和一次风管内堵粉报警、一次风管内煤粉自燃、给粉机断粉诊断、炉内燃烧切圆诊断等功能，通过在线测量有效地提高了锅炉机组运行的安全性和经济性。     

电站燃煤锅炉煤粉细度控制值研究

提出了一定条件下煤粉颗粒完全燃尽临界直径的概念,并依据煤粉颗粒分布特性和煤粉颗粒燃尽临界直径计算得出不同煤粉细度分布下的未燃尽率,分析了煤粉颗粒燃尽临界直径、煤粉细度、挥发分含量等对未燃尽率的影响。分析表明,对于低挥发分难燃煤种,按挥发分确定煤粉细度的经验公式计算值与经济煤粉细度值相比偏大;对于Vdaf>35%的燃煤,按挥发分确定煤粉细度的经验公式计算值与经济煤粉细度值相比偏小;对于其它燃煤,按挥发分确定煤粉细度的经验公式计算的煤粉细度值在经济煤粉细度值范围内,但经济煤粉细度值需要通过试验确定。