固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验研究

以煤气化飞灰、空气、水为实验介质,研究了固阀塔板的洗涤特性。通过改变洗涤塔入口和塔内操作条件观察其对洗涤效率的影响规律。实验结果表明气量、液量、颗粒浓度以及塔板数对不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率均有较大的影响;固阀塔板对大于10μm的飞灰颗粒洗涤效率可以达到90%以上,随着粒径的降低洗涤效率逐渐降低,颗粒粒径在1～3μm之间洗涤效率最低为52%左右;低于1μm的颗粒,随着粒径的降低洗涤效率逐渐升高。不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率随气量增加呈现不同的变化趋势,其中3μm以上颗粒的洗涤效率随气量的增加而增大;而1μm以下颗粒的洗涤效率随着气量的增加,洗涤效率逐渐降低;介于1～3μm间的颗粒洗涤效率受气量变化影响较小。不同粒径颗粒的洗涤效率随液量的增加均增大;随入口颗粒浓度增加,5μm以上颗粒洗涤效率略有增加,但3μm以下颗粒随入口颗粒浓度的增加洗涤效率却显著降低,介于3～5μm之间的颗粒洗涤效率变化不大。各层塔板对飞灰颗粒洗涤效率的贡献不同,且在不同层塔板上洗涤效率随粒径变化的趋势也有较大的差异。利用实验结果拟合出预测板式塔洗涤效率的公式,该公式预测值与实验值相符程度较好。     

旋风分离器壁面磨损数值模拟研究

壁面磨损是制约旋风分离器发展的突出问题,基于计算流体力学方法研究入口速度和颗粒粒径对分离器壁面磨损及分离效率的影响。研究发现,环形空间壁面沿圆周方向的磨损速率分布规律不随入口速度变化而改变,180°至260°方位角区间磨损较严重;分离空间筒体壁面的磨损速率沿圆周方向呈现较均匀分布,锥体壁面的磨损速率随高度的减小而增大。不同单一粒径下环形空间壁面沿圆周方向磨损速率先增加后减小,且粒径较大时磨损峰值对应的方位角更小;分离空间壁面磨损速率在锥体下部达到磨损峰值,且在粒径大于30μm时会明显增加。当颗粒粒径处于8～30μm之间时,增大入口速度是提高分离器效率的有效方法;当颗粒粒径大于50μm时分离效率接近100%。     

双钩波形板分离器的三维数值模拟研究

利用数值模拟的方法对热态工况下双钩波形板分离器的单级分离效率、总分离效率以及压降进行了研究。结果表明:波形板双钩开口处漩涡的存在造成了蒸汽回流,提高了波形板的分离效率;当波形板入口蒸汽速度v小于2m/s时,分离效率随v的增大迅速提高,但当v大于2m/s时,分离效率趋于平稳;波形板压降随v的增加显著增大;液滴粒径大于10μm时,分离效率随v增加而升高,而液滴粒径为10μm时,分离效率随v增加而降低;液滴分离主要集中在双钩波形板的前2级,波形板后4级的分离效率显著降低;随液滴粒径增大,波形板第1级的分离效率逐渐增大,而第2级先增大后减小,当液滴粒径大于250μm时,前3级的分离效率不再受液滴粒径的影响。     

双钩波形板分离器的三维数值模拟研究

利用数值模拟的方法对热态工况下双钩波形板分离器的单级分离效率、总分离效率以及压降进行了研究.结果表明:波形板双钩开口处漩涡的存在造成了蒸汽回流,提高了波形板的分离效率；当波形板入口蒸汽速度v小于2 m/s时,分离效率随v的增大迅速提高,但当v大于2 m/s时,分离效率趋于平稳；波形板压降随v的增加显著增大；液滴粒径大于10μm时,分离效率随u增加而升高,而液滴粒径为10μm时,分离效率随v增加而降低；液滴分离主要集中在双钩波形板的前2级,波形板后4级的分离效率显著降低；随液滴粒径增大,波形板第1级的分离效率逐渐增大,而第2级先增大后减小,当液滴粒径大于250μtm时,前3级的分离效率不再受液滴粒径的影响.     

粒径对旋叶分离器结构敏感性的影响

在不同液滴粒径工况下,对等比例旋叶分离器的旋叶倾角和上升通道高度进行结构敏感性分析。建立基于欧拉法和Realizable K-Epsilon湍流模型的空气-液滴两相流动的数学模型,通过计算流体力学软件对冷态工况下5种不同结构的旋叶分离器流场进行数值模拟,得到了不同液滴粒径下的分离效率变化曲线和液滴质量流量径向分布曲线,同时还通过冷态试验验证数值计算模型。结果表明:当液滴粒径等于5μm或大于100μm时,旋叶分离器效率对旋叶倾角和上升通道高度结构不敏感;当液滴粒径在5～100μm时,18°旋叶的旋叶分离器分离效率大于30°旋叶,上升通道高度等于其一倍直径时旋叶分离器分离效率最优;其中当液滴粒径等于30μm时,旋叶分离器分离效率差值最大,结构敏感性最为显著。     

循环流化床锅炉旋风分离器分离特性的研究

通过对220 t/ h 循环流化床锅炉高温旋风分离器进行的试验研究,得出了旋风分离器的分离效率、分级分离效率及一些因素如入口风速、飞灰浓度、粒径大小、烟气温度等对分离器性能的影响;以及分离性能对循环倍率、炉内燃烧等锅炉运行特性的影响。试验结果表明:烟气温度升高会减少分离效率; 分离器的分离效率随进口烟速的增大而增大、随飞灰浓度的增加而增大、随飞灰粒径的增加而增大;循环倍率越高,要求的分离效率越高; 燃料中灰分越高,所要求的循环倍率越大。     

细颗粒无烟煤焦在CFB锅炉燃烧室内的燃尽特性研究

建立细颗粒无烟煤焦在CFB燃烧室的燃烧模型。模型考虑颗粒与烟气的能量交换、炉内的流体动力特性、炉膛中氧气浓度分布、分离器的分离特性和颗粒在炉内停留时间等因素的影响,能较好描述细无烟煤焦的燃烧行为,反映出CFB锅炉飞灰碳在50μm粒径档附近处出现峰值分布的特征,与工业实际运行结果吻合良好。模型求解结果表明:提高燃烧温度对于福建无烟煤细颗粒的燃尽有利,但当温度高于1000℃时,进一步提高燃烧温度对降低飞灰含碳意义不大。另外,提高过量空气系数、降低炉膛烟气流速、提高锅炉分离器分离效率等有利于细无烟煤焦的燃尽。     

省煤器灰斗结构对飞灰颗粒捕集性能影响研究

为探究省煤器灰斗结构对烟气飞灰颗粒捕集效率的影响,设计搭建冷态物理模型,比较研究2种不同跨度结构灰斗的流场分布和对飞灰颗粒(细灰颗粒和大颗粒)在不同位置下的捕集效率。试验结果表明,灰斗对细灰颗粒的捕集效率随流速的增大而增大,扩容灰斗可显著提高中间位置进料时细灰的捕集率;灰斗对大颗粒灰的捕集效率均随烟气流速的降低而有所提高,颗粒分别从左侧、中间和右侧进料时,灰斗的捕集效率呈现出先上升后下降的趋势。扩容灰斗由于内部流场相对均匀,流速较低,利于飞灰颗粒的分离,对细灰和大颗粒灰的捕集效率均好于常规灰斗。     

氨法脱硫过程烟气中细颗粒物的变化特性

采用电称低压冲击器(electrical low pressure impactor,ELPI)对氨法脱硫前后的细颗粒进行测量,获得烟气中细颗粒的数浓度和粒径分布特性,分析了氨法脱硫过程细颗粒的生成机制及洗涤塔对细颗粒的捕集特性。结果表明,氨法脱硫后细颗粒的数浓度明显增加,在SO2浓度为1 767 mg/m3和氨水浓度为5%,平均粒径由洗涤前的0.07 mm增大到0.09 mm;常规洗涤对细颗粒的脱除效率很低且几乎不受液气比影响;而氨水脱硫时,洗涤塔出口的颗粒数浓度随液气比的增大而提高,特别是氨水浓度较高的情况;氨水浓度为10%,液气比从2 L/m3增加到5 L/m3,颗粒数浓度增加了10%;此外,随氨水浓度和烟气中SO2浓度的增大,洗涤后颗粒的数浓度增加。     

旋风分离器的入口烟道布置对性能的影响

大型循环流化床锅炉都采用多个旋风分离器并联布置在炉膛出口,这些旋风分离器的入口烟道受锅炉空间的限制都是短入口烟道,不同的入口烟道布置方式会直接影响旋风分离器的性能。在筒体直径为1 m的旋风分离器实验台上设计了内侧式与外侧式2种短入口烟道,对比研究入口烟道布置方式对旋风分离器性能的影响。实验结果表明,入口烟道布置方式显著影响旋风分离器的性能;在相同条件下,内侧式入口烟道的旋风分离器的分离效率比外侧式的高,压降也比外侧式略高。数值模拟结果显示,入口烟道布置方式对颗粒在短入口烟道中的分布有直接的影响;采用外侧式入口烟道时,颗粒流股在短入口烟道内无法贴向外壁,部分颗粒直接冲击排气管,导致分离效率降低。     

200 MW机组电除尘器可吸入颗粒物排放控制试验研究

在200 MW机组电除尘器前后烟道进行测试,得到飞灰颗粒的浓度、粒径分布和静电除尘器的分级除尘效率。试验表明,电除尘器对粒径10μm以上颗粒脱除效果好,但对5μm以下颗粒脱除效率急剧下降,对2.5μm的粒子脱除效率仅为90%,这将造成相当数量的小颗粒飞灰排放到大气环境中。     

利用NaClO2/CaCO3浆液同时脱硫、脱硝的试验研究

在筛板式喷淋塔内,利用NaClO2/CaCO3浆液同时进行脱硫、脱硝试验.分析入口NO浓度、NaClO2加入量、浆液pH值、液气比、入口SO2浓度等因素对脱硫、脱硝效率的影响.结果表明,SO2的脱除效率随液气比的增大而升高,随入口SO2浓度的升高略有降低;入口NO浓度、NaClO2加入量、浆液pH值的变化对SO2的脱除效率影响甚微;NO的脱除效率随NaClO2加入量、液气比和入口SO2浓度的增大而升高,随入口NO浓度的增大而降低,浆液pH值的变化对脱硝效率影响甚微.     

双进口方形分离器内气固两相流动的数值模拟

采用雷诺应力模型对双进口方形分离器的气相流场进行了数值模拟,同时用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。数值计算的分离器效率和压降与试验结果基本吻合。结果表明,双进口方形分离器的流场具有Rankine涡的特点,但是在边角处出现局部小漩涡。同时采用数值模拟的方法对分离器结构进行优化,研究了中心筒插入深度、入口尺寸、直筒段长度、锥体长度对分离效率的影响。通过结构优化,分离器的切割粒径可在6μm左右。方形分离器内旋流较弱,压降较小,可以认为不是分离器性能的主要影响因素。     

湿法脱硫喷淋除尘过程的数值模拟

脱硫塔的协同除尘作用可进一步降低燃煤颗粒物的排放。建立了描述塔内气液固三相运动的数学模型与计算方法,对脱硫塔喷淋浆液的协同除尘过程进行数值模拟。结果表明:颗粒的脱除效率随颗粒粒径增加而升高;亚微米级颗粒主要靠热泳捕集,气液温差大的区域是其主要捕集区域;微米级颗粒主要靠惯性捕集,喷淋层附近单液滴捕集效率最高;入口附近液滴浓度高、气液温差大且原烟气的颗粒物浓度高,是各粒径颗粒被捕集的最主要区域。提高气液两相温差、气液相对速度、塔内液气比可优化脱硫塔的协同除尘性能。     

基于空气深度分级燃烧的循环流化床旋风分离器改造数值模拟

基于空气深度分级NO_x减排原理,将旋风分离器的中心筒改为套筒形式,在套筒内通入顶部风作为补燃风,并模拟研究了顶部风通入后对旋风分离器分离效率的影响。结果表明:顶部风通入之后,进出口压差上升;在最佳顶部风速下,对于粒径小于1.5μm的颗粒,旋风分离器分离效率最多可上升10%左右;套筒插入深度由10mm增至45mm,颗粒分离效率先上升后下降,最佳顶部风速由30 m/s降低至10～20 m/s;减小套筒尺寸至1 mm可使进出口压差降低57%左右,且套筒尺寸的变化对最佳顶部风速影响不大,可保持在10～20 m/s。     

某200MW燃煤发电机组颗粒物生成与排放特性

利用低压撞击器系统对某200 MW燃煤发电机组布袋除尘器入口和出口及石灰石-石膏湿法脱硫(WFGD)塔出口的颗粒物进行现场采样,分析了机组的颗粒物粒径分布情况、布袋除尘器的除尘特性,以及WFGD系统对颗粒物排放特性的影响。结果表明:煤粉燃烧生成的颗粒物呈明显的双模态粒径分布,超细颗粒物PM0.2在PM10中占比重较小,仅为0.64%;布袋除尘器对PM10颗粒物的脱除效率为99.98%,但对超细颗粒物PM0.2的脱除效率偏低,约为99.88%,这是由于布袋除尘器工作过程中小粒径颗粒更易穿透布袋及其表面的灰层;WFGD系统对粒径超过2.5μm的颗粒物具有脱除作用,但在WFGD系统运行中由于石膏浆液携带以及超细颗粒物的团聚长大,会使粒径在0.5μm左右的颗粒物质量浓度大幅增加。     

水力旋流器中水沙两相流动三维数值模拟

运用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉液固多相湍流模型,对水力旋流器内的高浓度水沙两相三维流动进行了数值模拟研究.研究内容包括水力旋流器内的水相和颗粒相速度分布、不同粒径颗粒浓度分布和分离效率等.模拟结果表明,水力旋流器内颗粒浓度分布是不均匀的,对于粒径5μm、15μm的泥沙颗粒,主要分布在内旋流区域;而对于30μm的泥沙颗粒,主要分布在外旋流区域.在旋流器锥体空间,颗粒相与水相的切向和轴向速度分布曲线基本重合,而径向速度分布曲线有明显的差值.最后与混合模型颗粒分离效率的计算结果进行了比较.     

冷凝除雾器分级除尘效率影响因素模拟研究

冷凝式除雾器协同除尘作用可进一步降低燃煤烟尘排放浓度。该文建立描述冷凝除雾器内三相运动的数学模型和计算方法,对除雾器协同除尘过程进行数值模拟,分析吸收塔入口烟气速度、相对温差、相对湿度及除雾器的换热面积影响对颗粒粒径增长和脱除的影响规律。结果表明:初始粒径小于2.05μm的颗粒以热泳捕集为主;初始粒径小于1.03μm的颗粒捕集效率受烟气湿度影响明显;初始粒径大于2.05μm的颗粒以惯性捕集为主;除雾器换热面积越大,颗粒的捕集效率越高。可知,在入口处烟气温度保持在50℃以上,烟气相对湿度在95%以上,除雾器壁面温度在25℃以下,烟气流速大于3.14m/s,除雾器通道间隙保持在20mm以内,通道长度在350mm以上,峰的数量大于或等于2时,有利于提升冷凝除雾器协同除尘性能。研究结果可为冷凝式除雾器装置结构优化和工程应用提供理论指导。     

超低排放燃煤机组细颗粒物排放特性实验

细颗粒物可长期悬浮于大气中造成雾霾,燃煤机组作为细颗粒物主要排放源之一,可通过安装静电除尘器(ESP)和湿法烟气脱硫(WFGD)装置控制烟气颗粒物排放质量浓度。本文基于某600 MW燃煤机组的煤质和飞灰特性,实验研究了烟气调质(FGC)对ESP除尘性能的影响,并分析了其对颗粒物的脱除机理;同时,采集了WFGD系统出入口烟气颗粒物样品,测量总颗粒物和各粒径段颗粒物的质量浓度。结果表明:采用双重FGC时,ESP出口烟气灰颗粒质量浓度为18 mg/m~3,较未采用FGC时减少55 mg/m~3;在ESP入口烟道喷入42.86 mg/m~3的SO_3后,飞灰比电阻降为1.23×10~(10)Ω·cm,此时比电阻降至ESP的有效工作范围内,经WFGD后烟气总颗粒物质量浓度由18 mg/m~3降至4.2 mg/m~3,除尘效率为76.67%,而细颗粒物质量浓度由1.87 mg/m~3增至2.71 mg/m~3,增加了0.84 mg/m~3,这源于WFGD过程生成的粒径小于1μm的细颗粒物,其主要成分为CaSO_4·2H_2O。     

两种煤成灰特性对比试验研究

为分析某循环流化床锅炉纯烧一种南非煤时无法实现满负荷运行的原因,利用热重及静态燃烧结合冷态振筛的方法将该南非煤和淮北烟煤进行燃烧和成灰特性对比试验。结果表明,南非煤发热量高、着火温度低、燃尽时间短、成灰量少且易成细灰;同等粒径的2种原煤在相同的成灰条件下,南非煤成灰的平均粒径明显偏细,细灰(≤91μm)质量份额高于40%,淮北烟煤低于20%;原煤粒径增大,南非煤成灰平均粒径变化不大;原煤粒径超过4 mm后,淮北烟煤成灰平均粒径显著增大。南非煤的成灰特性可能是此锅炉密相区超温、不能满负荷运行的原因,可从提高旋风分离器分离效率、添加辅助床料及采用飞灰回燃技术等方面着手改进。