混煤燃烧过程中的交互作用:掺混方式对混煤燃烧特性的影响

在沉降炉上开展了高、低挥发分煤不同配比(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)下混煤燃烧特性实验,研究了"炉外"和"炉内"两种掺烧方式对混煤燃尽与NO_x排放特性的影响。结果表明,混煤燃烧过程中烟煤对贫煤存在促进和抑制两种作用,两者的竞争共同决定了混煤的燃尽特性。"炉外"掺烧方式下,掺烧烟煤比例较小时,促进大于抑制作用,有利于混煤燃尽;进一步提高烟煤掺烧的比例,抑制作用增加并大于促进作用,不利于混煤的燃尽;NO_x排放量随烟煤掺烧比例增加基本呈线性增加规律。掺烧烟煤比例控制在25%以内有利于提高混煤燃尽率;掺烧烟煤比例为75%时,混煤燃尽率显著降低。"炉内"掺烧方式下,混煤燃烧中的促进与抑制作用会同时减弱;掺烧大比例烟煤时,烟煤与贫煤混合越晚越有利于混煤燃尽;NO_x排放量随着烟煤延迟混合而逐渐降低。"炉内"掺烧烟煤且烟煤延迟送入炉内有利于混煤燃尽率,且NO_x的排放降低明显;而贫煤延迟送入炉内则会导致混煤燃尽率进一步降低,但NO_x排放降低程度低于前者。     

混煤燃烧过程中的交互作用：机理实验研究与数值模拟

为深入研究混煤燃烧过程中的交互作用机理,在沉降炉上进行了贫煤和烟煤不同配比混煤(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)燃烧特性的实验研究与数值模拟。结果表明,混煤燃烧过程中易燃煤对混煤燃烧的促进和抑制2种交互作用的竞争决定了混煤的燃烬特性,促进作用表现为烟煤优先燃烧,提高了燃烧初期的局部温度,促进了难燃煤的着火与燃烧;抑制作用则表现为易燃煤抢先燃烧消耗了大量氧气,导致难燃煤燃烧处于欠氧状态,阻碍了难燃煤的燃烧与燃烬。由于煤种差异大,交互作用影响明显,混煤实际燃烬率与计算线性燃烬率差异较大。掺混25%易燃煤时,促进作用在混煤燃烧中占主导地位,燃烬率高于按掺烧比例线性计算得出的计算线性燃烬率;当掺混50%易燃煤时,混煤燃烬率的出现“拐点”;进一步增加至75%时,抑制作用在混煤燃烧中占据主导地位,燃烬率明显降低。混煤燃烧NOx排放量与计算线性NOx计算值比较接近,其随着易燃煤的掺烧比例的增加而线性增加。     

高温下混煤燃烧挥发分与焦炭交互作用及评价方法

利用自制恒温热重实验系统,对几种典型煤种混煤试样进行恒定高温下的燃烧动力学实验,研究了掺混比、煤种、温度等因素对混煤燃烧过程中挥发分与焦炭交互作用的影响。该实验系统能近似模拟煤粉炉中煤粉突然喷入炉内高温燃烧情况,实现恒定高温下煤粉实时质量监测从而推算燃烧动力学。结果表明：随着新疆褐煤掺混比例的增加,燃烧速率升高,燃烬时间缩短。煤粉挥发分与焦炭燃烧存在时间上的重叠,并不是完全独立的两个过程。利用球对称收缩核模型描述高温下混煤燃烧过程,实验曲线与模拟曲线重合度较高。混煤在高温下燃烧挥发分与焦炭产生了显著的交互作用,简单加权方法由于未考虑这种交互作用,与实验曲线存在明显出入。通过改变高挥发分煤所占权重,提出了一种改进加权方法,重合度较高,且优于动力学模型。     

基于物理规划的混煤掺烧方案优化模型

针对大型火电机组燃煤煤种复杂、混煤掺烧决策困难的现状,提出并开发了一种基于物理规划的混煤掺烧优化模型。该模型将多目标优化问题转换为反映设计者偏好的单一综合目标优化问题,在以混煤煤质为基本约束的条件下,采用class-1S偏好函数对混煤结渣特性、混煤价格进行评价;采用class-2S对着火特性、燃尽特性进行评价;采用class-4S对混煤发热量、SO2、NOx排放特性进行评价,进一步通过求解综合偏好函数得到最符合用户需求的配煤方案。将该模型应用于某700 MW锅炉机组33种燃用煤种的多目标配煤优化中,结果表明,在不同的边界条件约束下,通过该模型计算得出的混煤方案可以较好地反映用户偏好。该模型可根据用户的需求、偏好及时调整,更好地反映用户的真实期望。     

混煤燃烧及其污染物排放性能

对由不同煤种组成的混合煤的着火、燃尽、结渣特性及污染物排放等方面进行了广泛的探讨，说明了混煤燃烧是一项符合我国目前实际的动力用煤方式。     

褐煤混煤燃烧过程中硫污染物的动态排放规律

研究了多种褐煤混烧时硫污染物的动态排放特性，发现单煤及混煤燃烧时硫析出速率曲线均呈现出典型的双峰结构．由古山煤、风水沟煤和元宝山煤配成的三元混煤的硫析出速率双峰比后两者配成的二元混煤更趋于平缓．当低硫的风水沟煤掺配比增加时，二元或三元混煤的最大硫析出量均逐渐减少，硫析出速率双峰均逐渐降低，其峰值时间均有所延迟．     

神华煤与生物质燃料掺烧的积灰特性研究

本文主要针对某1000 MW燃用神华煤机组锅炉开展掺烧生物质燃料的积灰特性研究,通过沉降炉积灰试验研究了不同烟气温度、不同掺混比例等工况下神华煤和生物质掺烧的积灰倾向.研究表明,神华煤掺烧生物质燃料后积灰加剧.随着生物质掺混比例的增大,生物质灰中的Ca元素会形成低熔点化合物,发生明显的熔融流动.随着烟气温度的升高,灰颗...     

神华混煤与准格尔煤掺烧及其煤灰熔融性研究

对火力发电厂所燃用的神华混煤和准格尔煤的煤灰熔融性等煤质特性做了初步分析,并对未掺烧前发生的因煤灰熔融温度低而导致的事故进行分析及提出应对策略。同时,利用神华混煤与准格尔煤性质稳定的优点,通过对掺烧后的入炉煤干基灰分与煤灰熔融性的关系进行实验统计和分析,提出以入炉煤千基灰分对煤灰熔融性进行监控和掺烧煤配比的调整,实现锅炉的安全稳定经济运行。     

高速煤粉燃烧器大占比掺烧秸秆共燃烧试验研究

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NO_x排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研究掺混占比、锅炉负荷及空气分级对燃烧和NO_x的影响。研究结果表明:不对燃烧器做任何改动,不同占比的混合燃料均能够在燃烧器中着火和稳燃,工况4条件下锅炉从点火到额定负荷只需26 min,燃烧器观火孔处火焰橘红色,炉尾火焰亮红色,锅炉运行氧含量与炉膛压力波动平稳;当深度空气分级时,三次风达到总风量的质量浓度50%,秸秆占比为0时的NO_x最低排放质量浓度为420 mg/m~3左右,飞灰热值5 525 kJ/kg;秸秆占比分别为50%和70%时NO_x最低排放质量浓度为110～120 mg/m~3,飞灰热值2 511～2 930 kJ;秸秆占比为100%时NO_x最低排放质量浓度为200 mg/m~3,飞灰热值为0,表明大占比掺混生物质有利于提高深度空气分级时的燃烧效率和低氮效果;当锅炉负荷从4 t/h提高到6 t/h,掺混秸秆占比为50%和70%的混合燃料燃烧和低氮效果变优,燃用纯秸秆粉体NO_x排放质量浓度从135 mg/m~3增加到218 mg/m~3;二次风是影响NO_x排放的决定性因素,以50%掺混占比的混合燃料为例,使用空气分级技术,100%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为27%和100%,NO_x初始排放质量浓度从417 mg/m~3降低到182 mg/m~3,80%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为20%和70%,NO_x初始排放质量浓度从711 mg/m~3降低到205 mg/m~3。     

水煤浆气化细渣及浮选精矿与煤掺烧性能的研究

水煤浆气化细渣含水量高、挥发分含量极低、着火燃烧特性差，难以直接作为燃料燃烧，通过浮选对其进行灰碳分离，可以得到含碳量较高的浮选精矿。通过对德士古煤气化炉气化细渣及其浮选精矿进行扫描电镜和X射线衍射仪的表征发现，浮选精矿中游离球状灰渣颗粒较气化细渣显著减少，部分灰颗粒附着在多孔不规则碳的孔隙中。与气化细渣相比，浮选后的精矿平均粒径减小，比表面积增大，固定碳含量从41.61%提高至61.88%,灰分由52.06%降低至27.86%,发热量从15.24 MJ/kg升高至22.43 MJ/kg。利用热重分析仪对气化细渣及其浮选精矿分别与煤掺混的燃烧特性进行研究。结果表明，气化细渣和浮选精矿的着火和燃尽特性较差，按照低比例添加(10%～30%)到煤中，可以有效改善其着火稳定性和燃烧性能；随着掺混比例的增加，DTG曲线出现分峰现象，且整体燃烧特性变差；采用Coast-Redfern积分法分析了不同掺混比例样品的燃烧反应动力学特性，结果表明低温段活化能小于高温段活化能，混合样品在低温段的活化能始终小于浮选精矿或气化细渣，浮选精矿或气化细渣的添加比例超过50%时使混合样高温段活化能急剧增加。同时，对...     

基于大型电厂配煤方案的颗粒物生成实验研究

燃煤电厂常采用混煤燃烧,为降低颗粒物的排放,需选择合适的配煤方案。基于国内某大型电厂常用的配煤方案,在实验室条件下进行了颗粒物生成实验研究。选择山西煤（SX）、澳洲煤（AZ）、伊泰煤（YT）3种烟煤和1种印尼褐煤（YN）,配煤方案为SX∶YN=3∶2,AZ∶YN=3∶2和AZ∶YT=3∶2（质量比）。在沉降炉中进行了原煤及混煤的燃烧实验,实验温度均为1 300 ℃,生成的颗粒物被低压撞击器所收集。实验结果表明,混煤及原煤燃烧生成的颗粒物具有相似的质量粒径分布;在所研究的条件下,混煤燃烧生成的颗粒物均少于由原煤燃烧颗粒物所得的计算值,不同煤中矿物质之间的交互作用是导致混煤燃烧颗粒物减少的主要原因;在所关注的3种配煤方案中,以混煤SX∶YN=3∶2燃烧生成的颗粒物总量最少,因此为最优配煤方案。     

生物质/烟煤粉体燃料在空气分级燃烧下NO排放特性研究

为了对小型生物质/煤粉工业锅炉低氮燃烧提供理论指导,采用两段式滴管炉试验系统模拟粉体工业锅炉热态环境,研究了生物质与煤在不同配风燃烧方式下的NO排放特性,考察了掺混生物质种类、生物质质量掺混比、配风比、过量空气系数等因素对NO排放量、燃料氮转化率以及对燃烧效率的影响。结果表明:在分级配风和单级供风条件下,煤粉掺烧生物质粉都有助于降低燃料氮向NO的转化率。相对于单级供风,分级配风可以降低燃料氮向NO的转化率,且存在NO排放最低的最佳配风比。但分级配风对燃料燃尽有负面影响,分级配风对粉煤燃尽的影响程度要大于对生物质粉的影响程度。对于分级配风和单级供风,增加过量空气系数有助于各种燃料的燃尽,但各燃料氮转化率均随过量空气系数的增加而上升。     

超临界锅炉劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的数值模拟

针对600 MW超临界W火焰锅炉,通过数值模拟的方法研究了煤粉浓度和燃烬风对劣质无烟煤燃烧NO x 释放特性的影响。结果表明,NO x 主要在煤粉燃烧前期距一次风喷口2~4 m处大量生成,选择合适的煤粉浓度,炉内NO x 最大值可下降16.5%;与常规浓度相比,高浓度煤粉燃烧可有效降低炉膛出口NO x 排放;燃烬风对炉内各物质含量及NO x 的生成影响显著,燃烬风率由6%增加到15%,炉膛出口NO x 排放量由756.0 mg/m 3 下降到502.9 mg/m 3。     

半焦燃烧及煤热解燃烧耦合试验研究

为了考察冷半焦、预热半焦及煤热解燃烧耦合所产半焦在循环流化床中的流态化特性和输运特性、燃烧特性及污染物原始排放特性,在循环流化床热解燃烧耦合试验台上进行了冷半焦燃烧、预热半焦燃烧及煤热解燃烧耦合试验研究。研究结果表明,3种类型半焦在燃烧炉炉膛内的流态化特性较好,0~4 mm的预热半焦和粒径0~4 mm煤热解所产半焦均能顺畅通过热解炉与燃烧炉之间的输运通道进入燃烧炉;半焦燃烧时能在燃烧炉炉膛内形成上下均匀的温度场,且随一次风率增大,温度分布更均匀;3种类型半焦的燃烬特性较好,燃烧效率都在99.68%以上;随燃烧炉温度升高,N2O排放值减少,NOx和SO2排放值增加,随二次风比例增大,NOx的排放值降低,SO2排放值升高,N2O的排放值变化不明显。     

混煤燃烧过程中飞灰颗粒排放特性试验

为了解混煤燃烧对飞灰颗粒尤其是超细颗粒排放特性的影响,在一维沉降炉上对平朔、大优及神木3种烟煤及其混煤进行燃烧试验.采用激光粒度分析仪对收集的飞灰颗粒尺寸分布进行测定,并对混煤飞灰颗粒的体积平均直径及可吸入颗粒物（PM₁₀）、超细颗粒物（PM_2.5）所占比例的计算值与测量值进行比较.结果表明：合理混煤能增大飞灰颗粒的粒径,减少可吸入颗粒物（PM₁₀）及超细颗粒物（PM_2.5）的排放;混煤的飞灰颗粒粒径分布受组成煤种、灰分含量及煤灰成分等因素的影响.     

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。     

混烧准东煤660 MW煤粉炉分离燃尽风位置优化研究

以某混烧准东煤与北塔山煤的660 MW超超临界四角切圆锅炉为研究对象,使用ANSYS FLUENT软件,模拟当准东煤与北塔山煤的混烧质量比分别为8∶2、9∶1和10∶0时,分离燃尽风喷口投用位置对炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率的影响,确定分离燃尽风的最佳位置。研究表明,各混烧比下,还原区高度为4 m时,炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率达到最佳值,NOx浓度分别为2270、2403、2605 mg/m3,煤粉燃尽率分别为9877%、9867%、9775%。保持还原区高度4 m不变,改变高低位燃尽风间距,当高低位燃尽风之间的距离为25 m时,炉膛出口NOx浓度和煤粉燃尽率达到最佳值,NOx浓度分别为227010、240300、260525 mg/m3,煤粉燃尽率分别为9877%、9867%、9775%。研究结果可为类似炉型混烧或全烧准东煤提供参考。