炉膛容积对氧煤燃烧方式的影响

基于已建立的一维辐射传热计算模型,引入温度波动系数,进一步讨论了不同炉膛容积对介质温度分布、氧煤燃烧模式转化的影响。结果表明:在MILD燃烧模式下,空间温度波动范围可缩小至±5%左右,温度波动系数随着氧浓度的降低逐渐减小,在低氧浓度(10%)下,温度分布逐渐趋于均匀;随着炉膛容积的增大,炉膛截面热负荷和容积热负荷减小,介质温度随之降低,且使得炉膛介质温度会在相对较高的氧浓度下趋于均匀化,更易实现MILD燃烧模式。     

半焦掺混煤粉MILD燃烧的数值模拟及分析

研究了MILD燃烧方式下半焦(其挥发分小于4%,)掺混煤粉燃烧的着火、燃烧和燃尽特性.首先通过与国际火焰研究基金会(IFRF)的煤粉MILD燃烧实验数据对比,验证数值模拟方法的可行性.然后保持炉膛热功率和当量比不变,将半焦的掺混比例由0逐渐提高到40%,.研究发现,在MILD燃烧方式下,半焦掺混比例由0改变至40%,对炉内速度、温度、O_2浓度场和NO_x排放影响不明显,而对半焦燃尽率有显著影响.炉内反应氛围保持了MILD燃烧的优势,即温度峰值低且温度分布均匀,热力型和燃料型NO生成被抑制.在燃尽率方面,半焦掺混比例低于30%,时,燃料总体燃尽率始终高于90%,.减少半焦粒径或提高一次风温均可进一步提升燃尽率.     

空气深度分级对低挥发分煤燃烧过程影响的研究

通过数值模拟研究了在一维燃烧炉上燃用低挥发分煤的条件下,空气深度分级和煤粉细度变化对煤粉燃尽过程和NO_x排放的影响,得到了沿炉膛轴线方向上的温度、氧浓度和NO_x的分布,表明空气深度分级后燃烧后期的氧量增加,炉膛温度水平提高,而煤粉细度的提高使得上述效果更加明显,因而燃烧效率提高和NO_x排放降低,并通过实际燃烧试验验证了数值模拟结果.研究结果表明,对燃用低挥发分煤,采用空气深度分级技术和提高煤粉细度的措施,可以同时取得高效低NO_x排放的效果.     

低氧气氛下煤粉燃烧特性及动力学

采用热重分析仪研究了不同煤粉在烟气气氛下的燃烧特性,考虑了升温速率和氧气浓度对燃烧特性的影响。研究结果表明:低氧条件、高升温速率下,煤粉的TG、DTG曲线均向高温区靠近,燃烧速率变慢,燃尽时间增长;改变氧气浓度和升温速率对煤的着火温度影响不大,在一定氧浓度(5%~15%)范围内,高水分低阶煤采用烟气干燥输送的制粉系统,能满足其安全性要求;氧气浓度和升温速率主要对煤的燃烧阶段产生影响,随着升温速率的升高和氧浓度的降低,燃尽温度明显升高,且氧浓度对燃烧特征参数的影响大于升温速率的影响。此外,采用Coats-Redfern积分法对煤粉在程序升温过程中的燃烧反应做了相应的动力学分析。结果表明:氧气浓度和升温速率的变化均对活化能产生影响,且随着氧气浓度的降低,煤阶对活化能的影响逐渐减弱。     

O_2/CO_2气氛下粒径对煤粉燃烧特性的影响

利用热重分析法研究了粒径和氧气浓度对煤粉O_2/CO_2燃烧特性的影响。结果表明,在O_2/CO_2气氛中,减小煤粉粒径能和提高氧浓度均可以改善阳泉无烟煤的燃烧特性。随着氧浓度增加,煤粉的着火温度和燃尽温度均有所下降,燃尽时间缩短,煤粉的反应活性增强。     

氧煤MILD燃烧技术经济性分析

以某一电站燃煤锅炉为例,对50%综合氧浓度煤粉MILD(Moderate and Low Oxygen Diluted)燃烧锅炉的锅炉效率、烟气辐射特性、炉膛辐射换热计算方法、受热面变化等进行了探索和分析。结果表明:相比空气燃烧方式,50%综合氧浓度煤粉MILD燃烧方式下的烟气量减小58.6%,锅炉效率提高4.8%,炉膛内烟气发射率提高23%,低温过热器面积和低温再热器面积分别降低82.9%和85%,其他受热面面积都有一定幅度的下降,锅炉总受热面减小58.8%。     

基于O2/CO2气氛的煤粉燃烧性能研究

采用热重分析法研究富氧燃烧(O_2/CO_2)气氛、O_2体积分数和煤粉活性对褐煤、烟煤、无烟煤3种煤粉燃烧性能的影响,并进行分温度区间的燃烧反应动力学分析。结果表明:褐煤和无烟煤发生非均相着火,烟煤发生均相-非均相着火;相比空气气氛,O_2体积分数相同的O_2/CO_2气氛下煤粉的着火温度和燃尽温度升高,燃尽时间延长;在O_2/CO_2气氛下,当O_2体积分数增大时,煤粉着火温度和燃尽温度降低,燃尽时间缩短;相同气氛下,煤粉活性显著影响其着火和燃尽;根据综合燃烧特性指数判断,增大O_2体积分数显著改善了煤粉的燃尽特性;在低温区,煤粉燃烧属于0.3级反应,在高温区则为1～2.5级反应。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.     

基于WSR反应器不同稀释介质条件下MILD燃烧分区特性研究

利用化学动力学分析软件CHEMKIN中的WSR模型,从数值模拟角度首次将NO排放考虑至分区标准,确定了MILD燃烧区的温度上限,对CH_4在WSR反应器中的燃烧分区进行了重构,进一步明确MILD燃烧区;其次研究了不同当量比和稀释介质(H_2O、CO_2)对燃烧特性和分区的影响.结果表明:在O_2/N_2气氛中,以NO排放确定温度上限(T_(in)~(up*))后,CH_4只能在低氧浓度下实现MILD燃烧.适当增加或减小当量比可提高MILD燃烧的氧浓度上限(X_(O~2)~(up*))和T_(in)~(up*).H_2O和CO_2的稀释介质都可减小HTC区,增大MILD区,并提高MILD燃烧的氧浓度上限和温度上限,且CO_2作用更显著.原因在于H_2O和CO_2的稀释介质会影响燃料的自燃温度和熄火温度,并且均可降低反应器温度,使得反应器温升降低,NO排放相对减少.     

恒温下准东煤粉燃烧特性研究

针对准东煤碱金属含量高导致灰熔融温度低、在燃烧过程中容易造成沾污及结焦等问题,利用恒温热重实验系统,研究了准东煤的燃烧特性及温度、煤种掺混等对燃烧特性的影响。实验结果表明：单煤煤种燃烧过程中,不同煤种燃尽时间、燃烧速率存在显著差异,其中路茂通坎乡煤种和永华金泰煤种差异最大,路茂通坎乡煤种易着火,燃烧速率快,燃尽时间短;随着温度升高,单煤燃烧失重曲线发生左移,燃尽时间缩短,燃烧速率上升,表明温度升高会加速煤粉燃烧,并且1 000℃后提高温度对焦碳燃尽的促进作用更明显;掺混燃烧过程中,掺烧高挥发分的煤种可以有效改善煤粉燃烧初期着火特性,而掺烧高固定碳煤种可使燃尽时间延长,从而降低燃尽率;混煤掺烧能够提高灰熔点,有效改善准东煤熔融特性,从而在煤源方面减少或者避免炉膛受热面沾污、结渣,确保锅炉运行的安全性和经济性。     

再燃燃料超细煤粉燃尽特性的实验研究

超细煤粉作为燃料分级燃烧技术中的再燃燃料具有可行性,可有效降低NOx的排放,由于再燃区和燃尽区的反应比较复杂,存在再燃燃料燃尽效果不稳定的现象.从煤种、粒度、过量空气系数、氧浓度、炉膛温度等几个因素分析,认为针对不同的煤种,合适的空气流量和燃尽区炉膛温度是提高再燃燃料燃尽的必要条件.     

基于煤种通用模型的单煤种燃烧一维计算研究

为快速了解炉内煤粉燃烧的燃尽率和炉膛燃烧的温度分布,采用傅维标的煤种燃烧通用模型,从煤焦反应动力学入手,建立了沿炉膛高度方向的一维宏观模型。通过对煤粉的挥发分和煤焦燃烧的合理简化,考虑炉膛煤粉颗粒的燃烧的影响,以煤种的煤质参数作为计算参数,采用煤粒等密度模型,分别计算不同燃烧层的不同粒径煤粉颗粒在炉膛气氛下的燃烧速率,从而得到整个颗粒群在炉膛的燃烧情况。针对某电站褐煤锅炉的具体实例,将本模型计算得到的煤粉燃尽率和炉膛温度分布与现有文献的数据相符,并以此分析了主要操作参数对该锅炉煤粉燃尽率和炉膛温度分布的影响。     

燃尽风喷口位置对NOx排放的影响

针对一台采用旋流式燃烧器的煤粉炉NOx排放质量浓度较高的问题,采用空气分级燃烧方式以降低NOx排放量,基于CFD软件平台,在额定负荷下,分别对3种不同燃尽风喷口位置的改造方案进行了炉内燃烧及污染物生成的数值模拟,并通过综合比较炉内各参数的变化确定了最佳燃尽风喷口位置．结果表明：燃尽风喷口位置的上移降低了主燃区氧气的体积分数,同时使炉膛内的最高温度降低了23～29K．燃尽风喷口位置对NO,的还原效果、出口烟气温度以及煤粉焦炭转化率的影响较大．当燃尽风喷口位置升高时,NOx质量浓度降低,炉膛出口烟气温度升高,煤粉焦炭转化率下降．经综合比较炉膛出口烟气温度、NOx质量浓度以及煤粉焦炭转化率得出,距最上层燃烧器7．7m处为最佳燃尽风喷口位置．     

布尔台煤燃烧特性试验研究

采用西安热工研究院的1 MW半工业性试验炉,对布尔台煤进行燃烧试验研究,分析其燃烧特性。试验结果表明:由于布尔台煤的挥发份较高,着火稳定性较好。运行氧量在2.5%时,布尔台煤燃尽率相对较低;随着氧量的增加,炉膛出口温度增加,对屏区结渣不利,运行氧量控制在3.5%左右合适。煤粉细度R90在9-36%范围内对布尔台煤燃尽率影响较小,煤粉细度R90增加时,NO_x排放增大,炉膛出口温度较高,对机组燃烧不利,建议煤粉细度R_(90)控制在18%。     

低水澳煤燃烧特性及其分磨掺烧试验研究

利用热重-红外联用(TGA-FTIR)技术,与蒙混煤、富动24煤对比,分析低水澳煤的燃烧特性,根据其着火温度、燃尽温度以及CO和CO_2的析出规律分析其燃尽特性差的原因。由于其氧含量较低,煤化程度较高,因此可磨特性相对较差。低水分和较高灰分的特点导致低水澳煤燃尽时间延长,燃尽温度较高。在1 030 MW机组上进行低水澳煤掺烧试验,试验期间磨煤机电流上升,随着澳煤掺烧量的增加,减温水量、飞灰含碳量和CO浓度逐渐升高,因此采用降低一次风速度和煤粉细度的手段促进其燃烧完全。     

富氧气氛煤粉气流着火特性的实验研究

在沉降炉上,研究了神木煤和褐煤在不同煤粉浓度和不同氧气浓度下着火特性的变化.存在一个使着火温度最低的煤粉浓度.煤粉气流的着火温度随着氧气浓度的升高而降低.神木煤当煤粉浓度在氧气浓度为40%、煤粉浓度为0.57 kg/kg时,着火温度为428℃,神木煤在此时足以替代油作为电站锅炉点火启动和低负荷稳燃的燃料.着火前期物CH4、CO随着氧气浓度的升高,峰值上移,也就意味着着火点向上移动,当氧气浓度大于60%时,煤粉表面有烧结现象使着火点下移.富氧条件下煤粉燃烧时易烧结.     

煤粉锅炉微富氧燃烧技术应用研究

为研究煤粉锅炉微富氧燃烧改造的可行性,本研究对某企业热电事业部1台200 t/h高压煤粉锅炉进行了微富氧条件下的热力计算、数值模拟以及经济性分析。其中,数学模型的可靠性通过对比炉膛温度的测试数据与模拟数据(相对误差小于5%)进行了验证。研究结果表明:采用微富氧燃烧可以提高锅炉效率,在最大通氧率下锅炉效率提升了0.408 7%;煤的燃烧更加充分,炉膛内燃烧温度提高但不会烧坏燃烧器;采用工业流程中富余氧气进行微富氧燃烧改造可以降低锅炉运行成本,预计年节省开支104.53万元。总之,煤粉锅炉微富氧燃烧改造费用较低,易于实施,对于提升现有煤粉锅炉性能具有重要作用。     

燃尽风及生物质气对燃煤锅炉燃烧过程及NO_x排放影响的数值模拟

为研究燃尽风以及掺烧生物质气对燃煤锅炉燃烧及NO_x排放的影响,对某电厂330 MW机组燃煤锅炉进行空气分级燃烧改造,在其主燃烧器上方5 m处增加3层分离式燃尽风(SOFA),基于FLUENT模拟软件,搭建了纯煤燃烧和煤粉掺烧生物质气模型,对锅炉无SOFA、有SOFA(15%和20%配风比)、有SOFA(15%和20%配风比)同时掺烧松木气等5种工况的炉内燃烧过程进行了数值模拟,分析不同工况下炉内速度场、温度场、组分场及污染物NOx排放特性。结果表明:在无SOFA和有15%SOFA工况下,一次风、二次风均能形成良好切圆,速度场稳定,在20%SOFA配比下,燃尽风切圆不太理想;与无SOFA纯煤燃烧工况相比,有SOFA工况下,主燃烧区中心温度均有所降低,分别降低了3. 31、27. 48、6. 78和40 K,而在SOFA区域温度有所上升,炉膛出口CO和O_2体积分数增大,CO2体积分数减小,与纯煤无SOFA工况相比,当SOFA配风比从15%增至20%时,NOx炉膛出口平均质量浓度在纯煤工况下分别降低了10. 76%和13. 28%,而在掺烧工况下分别降低了26%和28. 4%。     

T型煤粉锅炉富氧燃烧的数值模拟

为研究采用富氧燃烧方式煤粉锅炉的燃烧特性,利用Fluent软件对一台T型煤粉锅炉的富氧燃烧过程进行了数值模拟,得到了一次风含氧体积分数变化时炉膛内温度场、速度场和烟气各组分物质的量浓度的分布.结果表明:富氧条件下整个炉膛温度水平高于空气助燃条件下;当含氧体积分数由21%增大至33%时,炉膛平均温度由1 413.2K升高为1 447.1K;当含氧体积分数增大至27%时,炉膛平均温度变化较明显,达到1 435.6K;当含氧体积分数大于29%时,炉膛平均温度变化不明显;变一次风风量富氧燃烧方式的含氧体积分数最佳范围为27%～29%.     

深度空气分级对旋风燃烧锅炉NOx释放影响研究

针对纯燃高碱煤旋风液态排渣锅炉局部高温以及NO_x排放高等问题，通过ANSYS软件数值研究了不同深度空气分级方案对旋风液态排渣锅炉炉内温度场、组分场及NO_x浓度分布的影响。研究结果表明：深度空气分级燃烧不同工况设置合理，形成了良好的富燃料的主燃区与富氧燃尽区，炉内燃烧稳定，旋风燃烧器逆向布置可促进煤粉燃尽，提高锅炉效率。不同深度空气分级工况下，炉内各组分分布特性一致。同时确定了主燃区最佳过量空气系数为0.85,燃尽风量选用逐层降低布置可实现最佳低氮排放，炉膛出口烟温最低为1 375.45 K,炉膛出口NO_x浓度最低为391.14 mg/m³。