基于实际气体的增压富氧燃煤烟气焓值的计算

将增压富氧条件下煤燃烧产生的烟气视为实际气体的理想混合物,在维里方程的基础上,采用余焓数法推导出烟气焓值的计算方程,并对6 MPa、2 MPa和0.5 MPa压力下的烟气焓值进行了计算和分析.结果表明:基于维里方程的余焓数法能很好地反映实际气体的特性,有较高的计算精度,可以用于实际工程计算.     

富氧燃烧条件下锅炉燃料燃烧计算研究

以常规锅炉燃料燃烧计算方法为基础,对富氧燃烧锅炉的燃料燃烧计算方法展开研究。通过将富氧锅炉与常规锅炉的热力系统进行比较,建立了进行富氧锅炉燃料燃烧计算的基本模型。在此基础上首先提出了富氧燃烧条件下燃料所需理论助燃剂量和理论烟气量的计算方法,随后进行了考虑烟气再循环和不考虑烟气再循环2种条件下的实际烟气量的分析计算,其中包括各种烟气成分的体积量的计算,最后根据富氧燃烧锅炉热力系统的特点,推导出了富氧燃烧条件下烟气质量、烟气密度、飞灰质量浓度和烟气焓的计算公式。对富氧燃烧条件下锅炉的燃料燃烧计算进行了详细分析,为今后发展和完善富氧锅炉热力计算方法提供必要的理论基础。     

富氧燃烧烟气焓温特性分析

针对富氧燃烧锅炉增加了尾部再循环烟气和空气分离单元抽取的氧气特点,比较了常规空气燃烧锅炉焓温表计算方法与富氧燃烧方式下焓温表计算内容的区别,分析了富氧燃烧锅炉循环烟气焓、分离氧气焓和炉膛进口热燃烧气焓随氧气的体积分数变化的特性,给出了富氧燃烧锅炉烟气焓温表的计算方法,为富氧锅炉热力计算提供了理论依据.     

增压富氧锅炉高温对流受热面换热规律研究

以某台300 MW燃煤锅炉为研究对象,运用Aspen Plus软件确定煤粉在常规空气、常压富氧和增压富氧燃烧气氛下生成的烟气物性,采用Fluent软件,结合离散坐标辐射模型(DOM),对3种燃烧气氛下高温再热器和高温过热器处的烟气流速、对数平均温差、传热系数、管壁温度分布和管圈内蒸汽焓增等参数进行数值模拟.结果表明:燃烧气氛由常规空气变为常压富氧再到增压富氧的过程中,换热器的传热系数均增大;与常规空气燃烧气氛相比,常压富氧和增压富氧燃烧气氛下换热器的管圈间热偏差较小;换热器的弯管处可能存在超温现象;随着烟气流速的增大,实现相同换热量,换热器所需换热面积逐渐减小,且变化幅度也减小,为保证锅炉安全稳定运行,需要将部分省煤器移入炉膛上部.     

增压富氧燃烧烟气物性及对流传热系数的研究

增压富氧燃烧产生的烟气不能作为理想气体处理,为了计算增压富氧燃烧产生烟气的物性和对流传热系数,采用基于实际气体的三参数维里方程计算了增压条件下烟气的密度,通过剩余热容求解烟气的定压热容,并采用Chung等的方法解得烟气的动力黏度和导热系数.结果表明：与常压条件下相比,增压（6.0 MPa）下的烟气密度增大了约60倍,定压热容、动力黏度、导热系数变化及普朗特数变化不大;在相同的烟气流速下,烟气侧的对流传热系数提高了十几倍.     

高压O2/CO2气氛下煤焦理论计算研究

研究表明在6MPa压力,富氧浓度为30%的条件下的增压富氧燃烧的经济性可以达到最佳。在此气氛下用一个简单的燃烧模型对碳球燃烧的情况进行理论计算,与空气气氛下的燃烧情况作对比,得到增压富氧燃烧在煤粉的燃烧时间和对烟气捕集回收二氧化碳上的优越性。从而为增压富氧燃烧的进一步发展提供理论基础。     

增压富氧燃煤锅炉省煤器的设计与优化

以300MW机组煤粉炉省煤器为例,对锅炉常压空气燃烧、常压富氧燃烧和5种不同增压(6MPa)富氧燃烧方案下的锅炉对流受热面尺寸、烟气流量、烟气侧传热系数和压降等参数进行了计算和分析,根据基于经济性分析的单位换热量换热器总费用最小的原则确定省煤器的最佳设计结构.结果表明:与常压空气燃烧相比,常压富氧燃烧下烟气体积流量减小了28.5%,对流传热系数减小了11.5%;增压富氧燃烧下的烟气体积流量减小了98.82%,随着烟气流速的增大,受热面面积减小,烟气侧传热系数和压降增大;最佳方案中的烟气流速为1.54m/s时,单位换热量换热器总费用约为常压空气燃烧下的60%,烟气侧压降为582.65Pa,烟道截面积仅为常压空气燃烧下的7.8%.     

增压富氧燃烧与捕集CO2电站的经济性分析

以300MW燃煤锅炉汽轮发电机组为研究对象,计算了其在6～8MPa压力下增压富氧燃烧的经济性,并与常压富氧燃烧下的经济性进行了对比分析．结果表明：由于系统压力的提高,烟气中水蒸气的凝结热得以回收,用于加热汽轮机低温凝结水,减少汽轮机抽汽,使汽轮机出力增加,电厂的毛输出功率接近320MW;增压富氧燃烧的空气深冷分离制氧（ASU）功耗大大增加,占毛输出功率的26％,而烟气压缩（CPU）的功耗大大降低,约为毛输出功率的0．2％;综合考虑电站其他辅机功耗后,6～8MPa下增压富氧燃烧的电厂净效率比常压富氧燃烧下提高了4．5％．与常压富氧燃烧发电机组相比,增压富氧燃烧在CO2的捕集、压缩液化与封存（CCS）技术中的经济性明显提高．     

富氧燃烧锅炉炉膛内烟气辐射特性计算

用指统计窄带模型结合Mie氏散射理论计算了带有颗粒物的富氧燃烧锅炉炉膛内烟气的黑度,与逐线计算的富氧燃烧气体的黑度以及空燃时烟气黑度结果的比较表明,此方法可以准确地计算富氧燃烧条件下烟气的黑度,并计算了常规燃煤时颗粒物浓度下不同射线行程、不同烟气循环比、不同温度下富氧燃烧烟气的黑度。结果表明:颗粒物对烟气黑度的计算有较大影响;同时,由于富氧燃烧中CO_2和H_2O比例的增大,气体成分对燃烧产物的黑度也存在较大影响。本研究可为富氧燃烧锅炉的设计提供依据。     

200MW富氧燃煤锅炉传热特性研究

对常规空气燃烧传热计算方法进行了修正,使其适用于富氧燃烧方式,并对灰气体加权模型(WSGG)的参数进行优化和修正,得到了烟气发射率与温度、辐射层有效厚度和分压比的关系;以美国国家标准技术局(NIST)数据库数据为标准,对富氧燃烧方式下烟气各组分的导热系数、运动黏度和普朗特数等物性参数进行拟合,采取先组分后混合的方式对对流传热计算方法进行了改进,并对200 MW富氧燃煤锅炉进行传热性能研究.结果表明:富氧燃烧方式下烟气中CO2物性参数的拟合结果与真实值的误差小于0.61％;在富氧燃烧干循环26％O2体积分数、湿循环29 ％O2体积分数下,各受热面的吸热量和出口烟气温度等主要参数均能与空气燃烧方式下的对应参数较好吻合,基本可以达到同一锅炉系统2种燃烧方式的兼容运行.     

富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收NO的研究

在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集的基础上,提出了一种利用CO2捕集时加压降温的特殊工艺流程资源化回收NO的新方法.分析了富氧燃烧锅炉烟气CO2的捕集流程,证明高压低温的工况条件十分有利于NO加速氧化为NO2及NO2液相吸收转化为稀硝酸产品.基于化学反应动力学基本原理与实验数据,对吸收过程发生的化学反应进行分析与计算,结果表明:在压力为3 MPa、温度为30℃时,NO的氧化转化率可达90%,反应时间仅需8.06 s,水吸收不构成控制环节,无需其他化学药剂.按300MW富氧燃煤锅炉的烟气量及NO和O2的质量浓度范围计算,富氧燃烧发电机组在捕集高浓度CO2的同时,每小时可回收浓度为20%的稀硝酸1974 kg,折合纯质硝酸395kg,一天能产生约4.7万元的产值.     

焓差法在烟气—水直接接触换热填料塔高度计算的应用

阐述了焓差法在烟气-水直接接触换热填料塔高度计算的应用及方法,并在水侧热负荷和入塔烟气比焓不变的条件下,对使用拉西环的填料塔高度进行了计算,结出塔高度与离塔烟气温度的关系。     

富氧燃煤锅炉再循环方式对烟气酸露点的影响

以某600 MW富氧燃煤锅炉为例,对其在3种不同再循环方式下烟气中H2O和SO2体积分数的变化进行了计算与分析,预测了烟气酸露点,并分析了再循环方式对尾部受热面低温腐蚀的影响.结果表明:富氧燃烧下烟气的酸露点比空气状况下高15K左右;再循环方式中脱硫脱水处理过程对烟气中H2O和SO2体积分数影响明显;3种再循环方式下烟气酸露点最大差值可高达11K;烟气酸露点随一次循环烟气比的增加呈下降趋势.     

增压富氧煤燃烧烟气凝结换热的计算

针对含有少量水蒸气的增压富氧煤燃烧产生的烟气在竖直管内的对流凝结换热进行了分析研究.利用修正的膜模型与Nusselt凝结理论建立了换热数学模型,并对不同壁面温度、不同雷诺数和不同水蒸气份额下烟气的凝结换热进行了计算.结果表明:壁面温度升高时,烟气的凝结速率、换热流率和凝结液膜的厚度均减小;混合气体的雷诺数增大时,烟气的凝结速率和换热流率增大,凝结液膜的厚度减小;烟气中水蒸气的份额减小时,烟气的凝结速率和换热流率减小,凝结液膜的厚度减小不明显.     

天然气液化流程中的闪蒸计算

对天然气液化流程中关键的闪蒸问题进行了分析与计算。采用Gibbs自由焓的概念对混合物者了稳定性分析,以此作为闪蒸计算的前提。在等温闪蒸计算的基础上,引入最优化算法,求解等焓和等熵条件下的闪蒸问题,计算结果与实验数据相吻合。     

天然气物性的LKP方程求解

对于流程中的天然气和混合制冷剂,用LKP方程求解其焓熵等物性参数,对LKP方程的求解展开讨论,给出了一个收敛性极好的LKP方程求解方法,并计算了混合制冷剂天然气液化流程中天然气和混合制冷剂焓值与温度,压力和组分的关系,所给出的解法同样适用于其它类型的物质。     

增压富氧气氛下锅炉高温对流受热面的优化及其换热特性研究

以某300MW燃煤机组为例,运用Aspen Plus软件确定煤粉在增压富氧(CO2与O2体积比为70∶30,压力为1MPa)气氛下生成烟气的物性,采用Fluent软件,结合DO辐射模型,对高温再热器和高温过热器在不同烟气流速下的传热情况进行数值模拟,运用迭代法对其进行换热优化研究,分析优化后换热器参数的变化.结果表明:随着烟气流速的增大,优化后的高温再热器和高温过热器的对流传热系数逐渐增大,辐射传热系数逐渐减小,增压富氧气氛下高温再热器和高温过热器所需换热面积逐渐减小,且变化幅度变小;优化后换热器的烟道高度、烟道宽度、横向节距和管圈高度等尺寸参数均大幅减小,耗材量减少,但烟气压降大幅增大,厂用电耗增加.     

小型循环流化床富氧燃烧NOx的生成试验与模拟研究

在真实烟气再循环条件下进行循环流化床(CFB)富氧燃烧试验,发现在配气气氛下和真实烟气再循环条件下CFB中NOx的生成规律有很大差异.基于该试验结果,建立了一个富氧燃烧CFB炉内NOx的生成模型,在该模型中重点考察了床温和氧气浓度对NOx生成的影响.结果表明:在不同气氛下,NOx的生成量随温度和氧气浓度的升高均明显增加;在富氧气氛下,NOx的生成对温度的变化更加敏感,而且不同煤种和石灰石的加入均可能影响NOx的生成特性;该模型计算结果与试验结果较吻合.     

富氧燃烧锅炉热平衡计算方法研究

针对富氧燃烧锅炉增加了尾部再循环烟气和空气分离器抽出的氧气特点,对富氧燃烧锅炉进行了热平衡计算建模,并以常规燃烧锅炉热平衡计算方法为基础,提出了富氧燃烧锅炉热平衡计算方法方法,并比较了不同氧浓度对富氧燃烧锅炉热平衡计算结果影响规律。所得研究结果为开展富氧锅炉热力计算提供了理论基础。     

富氧燃烧烟气循环过程建模及燃烧产物体积变化特性研究

以300MW煤粉锅炉为例,详细计算并分析比较了烟气再循环方式及锅炉漏风系数对富氧燃烧锅炉燃烧产物成分变化规律。根据富氧燃烧不同烟气再循环方式,建立了富氧燃烧循环过程中各燃烧产物的体积计算模型并运用流程迭代的方法对燃烧产物中各组分体积做了详细计算。模型计算结果表明,炉膛出口燃烧产物中氧气和氮气的份额主要受漏风系数的影响,而水蒸气和二氧化碳的份额主要受烟气再循环方式的影响。所得研究结果对富氧燃烧锅炉受热面设计布置有着重要意义。