煤粉燃烧过程中矿物质气化影响因素的模拟研究

鉴于目前国内的实验设备和测量手段，精确测量煤燃烧过程中各种矿物质的气化率还存在很大困难。该文通过建立煤中矿物质气化的数学模型，针对煤中SiO2和FeO两种成分，来探讨相关因素对它们气化率的影响，最后应用CFD软件来研究它们在600MW锅炉内的气化行为。计算结果表明：温度是煤中SiO2和FeO气化的主要影响因素，煤粒粒径和CO2浓度也会对它们有一定影响。通过与实验结果的比较，表明计算结果比较合理。     

燃煤锅炉颗粒物粒径分布和痕量元素富集特性实验研究

文中用基于空气动力学直径分级的8级Andersen撞击器对煤粉锅炉排放的飞灰进行了现场采样,给出了电除尘器入口和出口的气溶胶颗粒物粒径分布.使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）,测定了不同粒径颗粒物上8种痕量元素As、Pb、Cr、Cd、Ni、Co、Cu、Zn的含量.结果表明,电除尘器入口烟气中飞灰粒径在0.7～17.5μm范围内呈单峰分布,峰值在7.48～10.97μm,而除尘器出口排放的颗粒物在1～10μm之间分布则比较平缓,PM2.5的质量份额明显增加.上述痕量元素在小粒径的飞灰上有明显的富集,同一粒径上的富集程度正相关于它们的挥发性,Cu、Cr、Co、Ni的相对富集倍数为4～6倍,挥发性最强的As的相对富集倍数接近30倍.此外,痕量元素的质量粒径频度分布在1～10μm有细微的双峰.     

煤中伊犁石和黄铁矿的破碎行为研究

通过对2种外在矿物质伊犁石和黄铁矿在沉降炉内的高温试验,以及数学公式对试验数据的简单拟合,研究了这2种矿物的破碎行为。试验条件为:温度1250℃,矿物颗粒粒径小于300μm,炉内燃烧气氛是空气。试验结果显示:2种矿物质确实发生了破碎,试验前、后矿物质颗粒的粒径分布变化很大,试验后体积平均粒径变小;用场发射扫描电镜对伊犁石样品进行观察后发现,伊犁石颗粒试验前棱角清晰,并无裂纹,试验后部分矿物质颗粒存在大量裂纹和缝隙,部分矿物则熔融形成球形,并拍摄了清晰的形貌图;用数学公式对试验后数据进行统计拟合后发现,每个伊犁石母颗粒平均破碎形成2个子颗粒,而每个黄铁矿母颗粒平均破碎形成4个子颗粒。     

燃煤过程中氧含量对可吸入颗粒物形成及排放特性影响的研究

通过对两种烟煤在沉降炉内的燃烧试验,研究了不同氧气量对可吸入颗粒物的生成量、元素成分及形成机理的影响。试验条件为:煤粉粒径包括小于63μm和63～100μm两种,燃烧温度在1250℃,炉内燃烧气氛包括氧含量20%和50%两种。试验采用低压撞击器(LPI)按不同粒径大小从0.03～10μm共分为13级,分别采集燃烧后的可吸入颗粒物。试验结果显示:两种粒径煤粉燃烧后超微米颗粒物(PM1-10)排放量都随氧含量增加而显著增加,小粒径煤粉的增加更多;在亚微米颗粒物(PM1)中,其主要构成元素S随氧含量增加而显著减小,元素Fe、Si和Al随氧含量增加而显著增加,其中Si元素增加幅度最大;而在超微米颗粒(PM1-10)中,元素S随氧含量增加而少量减小,其主要构成元素Fe、Si和Al随氧含量增加而少量增加;相比较而言,氧含量变化对亚微米颗粒物的元素构成影响比超微米颗粒物大。     

燃烧过程中焦炭的膨胀特性及其对颗粒物形成的影响

该文通过煤粉在沉降炉中的燃烧,研究燃烧过程中煤焦的膨胀特性及其对颗粒物形成的影响.焦炭由煤粉在氮气气氛下脱挥发分而得到,通过分析焦炭颗粒的形态和粒径分布来研究其膨胀特性.文中着重研究了焦炭颗粒形成的超微米细微颗粒物.研究结果表明：初始煤粒粒径对超微米颗粒物的影响最明显,煤颗粒越小,生成的超微米颗粒物越多;温度对超微米颗粒物的影响随反应气氛的不同而有所不同;气氛对超微米颗粒物的影响也比较显著,氧气浓度的增加会导致更多的超微米颗粒物的形成.     

燃煤锅炉中火焰黑度的在线检测与分析

在大型电站燃煤锅炉中，辐射是最主要的换热方式，研究煤粉燃烧火焰的黑度（辐射率）对炉内的辐射传热计算有着非常重要的作用。该文提出用彩色摄像机的RGB函数测量火焰黑度。当用彩色CCD摄像机摄取煤粉炉内火焰辐射图像时，实际上获得的是红、绿、蓝三基色波长下的单色辐射图像。基于Wien辐射定律和辐射图像处理技术可以从3幅单色辐射图像中检测到燃粉锅炉中火焰的黑度。该检测方法用黑体炉进行标定。在3种负荷工况下，对两台燃煤锅炉的检测结果表明：沿炉膛高度方向，燃烧器区域的火焰黑度最大，炉膛上部的火焰黑度较小；灰份含量较高的煤，其燃烧火焰黑度较大；当负荷变大时，火焰黑度也随之增加。     

煤与生物质混烧时可吸入颗粒物中的矿物质元素演变研究

在沉降炉上进行了生物质与煤的混烧试验,分析研究了生物质与煤混烧时可吸入颗粒物的排放特性以及颗粒物中矿物元素的演变规律。试验条件如下:燃料给粉速度为0.3g/min,燃烧温度为1150℃,燃烧氛围分别为[N2]:[O2]=4:1和[N2]:[O2]=1:1,混合燃料中煤与生物质的质量配比始终保持为3:1。燃烧生成的颗粒物采用低压撞击器(LPI)按不同粒径大小从0.03μm～10μm分别采集,共分为13级。试验结果表明:4种燃料燃烧产生的颗粒物排放均为相似的双峰分布,粒径的峰值也都分别出现在0.1μm和4.3μm附近。4种混合原料在各工况下燃烧时,几种重要的单一矿物元素(包括其氧化物形式的成灰元素钙、磷,钠,硫以及痕量元素锌)在PM1.0(1.0μm以下颗粒物)和PM1.0 (1.0μm以上颗粒物)上的富集情况各不相同,并且随着氧气比例的增加颗粒物中各元素的浓度分布的变化趋势也有较大差异。     

均匀磁场中燃煤可吸入颗粒物聚并实验研究

在均匀磁场中分别对东胜、大同和徐州烟煤燃烧产生的3种飞灰细微粒子进行了聚并实验，研究了粒径、外磁场强度、粒子在磁场中停留时间以及粒子质量浓度对聚并脱除效率的影响。实验结果表明：在相同条件下，东胜烟煤飞灰粒子的聚并脱除效率最高，大同烟煤次之，徐州烟煤最小；在0.098~9.314mm粒径范围内，0.576~3.758mm粒径的3种飞灰粒子聚并脱除效率最高；聚并总脱除效率随磁感应强度、粒子在磁场中停留时间以及粒子质量浓度的增加而增大，粒子饱和磁化时，聚并总脱除效率达到最大值，不再随外磁场的增强而变化。采用二元碰撞聚并模型计算了粒子在均匀磁场中的聚并系数，在此基础上求解了粒子聚并动力学方程，预测了粒子的聚并脱除效率。数值模拟结果与实验结果相一致，在粒子质量浓度为40g×m-3时，东胜烟煤、大同烟煤和徐州烟煤燃烧产生的3种飞灰粒子聚并总脱除效率分别为52.6%、43.1%、14.4%。     

典型超低排放燃煤电厂总颗粒物中水溶性离子分布规律研究

为完善燃煤电厂总排口水溶性离子的分布规律,该研究采用符合干式EPA202要求的颗粒物采样装置对9个典型超低排放燃煤电厂排放口可过滤颗粒物(filterable particulate matters,FPM)和可凝结颗粒物(condensable particulate matters,CPM)进行采集,测定其中9种常规水溶性离子浓度(Na~+、Ca²⁺、Mg²⁺、K~+、NH₄~+、SO₄^2-、NO₃~-、F~-、Cl~-)。实验结果表明,FPM和CPM中Na~+、Ca²⁺、Mg²⁺、K~+、NH₄~+平均浓度分别为0.17、0.11、0.35、0.10、0.18mg/Nm~3和0.47、0.17、0.67、0.07、0.42mg/N·m~3。FPM和CPM中F~-、NO₃~-、Cl~-、SO₄^2-平均浓度分别为0.07、0...     

均匀磁场中磁种聚并脱除燃煤PM10实验研究

在均匀磁场中，通过添加Fe3O4磁种对东胜烟煤燃烧产生的0.023-9.314 mm粒径范围内飞灰粒子进行了聚并实验，研究了磁种对飞灰粒子聚并的形态以及粒径、磁感应强度、质量浓度、停留时间和磁种添加比例对聚并的影响。实验结果表明：磁种与多个飞灰粒子聚并，将飞灰粒子连接在一起；添加磁种可提高所有粒径飞灰粒子的聚并脱除效率，其中对小粒子更为明显；磁种对飞灰粒子的聚并可通过增大磁感应强度、粒子质量浓度、粒子在磁场中停留时间以及磁种的添加质量比来加强，从而提高粒子的聚并总脱除效率；在粒子达到饱和磁化时，磁感应强度的增大对聚并无作用；在磁种添加比例不变时，粒子数目中位直径随总聚并脱除效率的提高而降低；在其它条件不变而增大磁种添加质量比时，粒子数目中位直径增大。数值模拟结果表明，当飞灰粒子质量浓度为40g×m-3时，聚并总脱除效率可达80%，数目中位直径从初始的0.151 mm减小到0.098 mm。     

煤燃烧过程中汞排放的模拟

由于化学动力学数据的缺乏及其它因素，目前对于燃烧中汞的排放和转变机理的研究主要局限于化学热力学计算和试验研究。该文在CFD、化学热力学计算的基础上用数学模型预测了煤燃烧过程中汞的分布及排放，在模型中考虑了气态汞与烟气组分或其它化合物的化学反应、气态汞的冷凝以及颗粒物的气溶胶动力学等因素的影响。最后对实验室台架上的煤粉燃烧进行数值计算，得到的汞在灰中富集因子与试验结果比较吻合。     

煤中灰分和钠添加剂对煤燃烧中氮释放的影响

利用TG／EGA分析设备，实验研究了煤中灰分和钠添加剂对煤燃烧过程中氮排放特性的影响。研究结果表明，在程序升温燃烧过程中，燃料氮除了以NO释放外，还以HCN和NH3的形式释放。在燃烧过程中，部分燃料氮会在焦中富集，并在燃烧后期以NO的形式释放出来。脱灰后，煤燃烧的NO和NH3的排放量增加，HCN排放量减少。分析表明这主要是由于煤灰降低了煤的活性以及惰性组分对扩散阻力的影响所造成的。钠添加剂能够增加煤的活性，使燃烧提前，并且钠的存在也催化原位焦炭对NO的还原，从而显著降低煤燃烧NO和HCN排放量。该实验中NaCl对NO和HCN的催化减排效果比NaECO3好。     

煤粉浓淡燃烧方式对电站锅炉NOx排放影响的试验研究

采用浓淡燃烧在一定程度上可以降低电站锅炉的NOx排放。该文分别在水平和垂直煤粉浓淡燃烧方式下，进行了一次风速、过量空气系数、锅炉负荷、二次风配风方式以及三次风量等因素对电站锅炉NOx排放影响的试验。试验结果表明：在通常运行条件下，水平浓淡燃烧方式的NOx排放量低于垂直浓淡燃烧方式的NOx排放量。     

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。     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧N2O排放特性研究

在一座0.5MW循环流化床热态试验装置上进行了石油焦与煤混合燃烧试验,研究了烟气中N_2O的排放特性。对于石油焦与煤不同的燃料配比,不同的锅炉运行参数,如一次风率、过量空气系数、床温和Ca/S比等对烟气中N_2O排放浓度的影响规律进行了研究。试验表明,对于混合燃料,随焦煤比增大,N_2O排放浓度增高;对纯焦而言,其N_2O排放浓度最低。对于不同焦煤比的燃料,随着一次风率的增大,N_2O排放浓度增高。随过量空气系数增大,N_2O的排放浓度增加。无论焦煤比是1:1或3:1的燃料,当床温升高时,N_2O的排放浓度减小,且随焦煤比的增大,受床温的影响更敏感。焦煤比为1:1的混合燃料,随Ca/S比增加,N_2O排放浓度增高。     

流化床内煤粒燃烧过程的数值模拟

应用离散单元方法(DEM)对流化床内煤粒的运动进行了模拟。其中化学反应包括焦碳与O2、CO和CO2的异相反应及CO和O2的均相反应。碰撞颗粒传热是基于球体接触时的弹性变形的分析得到的。模拟预示了颗粒的非均匀流动结构对于加热、燃烧的煤粒热特性的影响，同时研究了煤粒大小、床温、流化速度对热特性的影响。     

煤燃烧干法除氟技术的研究

介绍了我国目前大气氟污染的现状及治理措施。针对煤烟型氟污染问题，在总结已有治理方法的基础上，进行了在煤燃烧过程中添加除氟剂的干法除氟技术试验。试验结果表明，已开发的几种除氟剂可达到45％～75％的除氟率。同时，除氟剂还具有一定的脱硫作用，脱硫率最高可达70％。     

燃煤高温固氟工艺和添加剂的实验研究

该文从改善钙基固氟剂反应活性和提高固氟产物的高温稳定性两方面着手，通过实验研究开发出几种耐高温复合型固氟剂。研究结果表明：加Na、K类金属盐能改善添加剂反应活性和微观空隙结构，使固氟率提高到75％以上：加Fe2O3和Al2O3能形成高温稳定固氟产物，使固氟率提高2倍；加铝硅系粘土矿物，能形成铝硅和氟化钙复合相体系，使固氟率提高2.5倍。