富氧煤粉燃烧火焰成分特性试验研究

在富氧煤粉回流燃烧试验台上,对不同煤种在富氧燃烧条件下的着火特性进行了试验研究。结果表明:劣质烟煤、烟煤、无烟煤和褐煤在合适操作参数下均可以实现稳定着火燃烧,随煤种挥发分的减少,燃烧耗氧量增加;进一步的分析表明,采用新型的富氧回流燃烧技术,可以在较低运行成本条件下,实现煤粉锅炉的超低负荷微油稳定燃烧。     

锡林浩特褐煤燃烧特性试验研究

在热天平上对通过程序升温静态燃烧系统的试验,根据锡林浩特褐煤在不同粒度、不同升温速度和不同反应气氛下的TG/DSC曲线,研究着火温度、燃尽温度等特征参数,并根据动力学反应方程确定试验煤种的表观反应动力参数;在一元煤粉气流燃烧模拟系统试验台上,研究直流燃烧情况下,氧浓度、煤粉浓度、煤粉细度、炉壁温度与褐煤燃烧特性、结渣特性及烟气污染物排放特性的关系;研究在分级燃烧条件下燃烧产物中有害成分的生成、燃尽度变化及结渣特性的关系;研究一次风速及煤粉浓度对试验煤种的着火特性、燃烧特性及有害物排放特性.     

单颗粒煤粉着火特性的数值分析

建立了模拟静止的单颗粒煤粉着火燃烧过程的气相和固相耦合的质量、组分和能量守恒方程组,采用不同脱挥发分模型研究了不同热力氛围下单颗粒煤粉的着火延迟时间和着火模式等特性．基于热力着火理论的煤粉异相着火和均相着火判据,确定了不同热力氛围下煤粉颗粒发生着火模式转变的临界参数．结果表明,采用化学渗透脱挥发分(CPD)模型预报的煤粉着火延迟时间比双挥发反应模型更加准确．在21%的氧气体积分数下,环境温度为1 500 K时,煤粉着火模式发生转变的临界粒径为150μm;环境温度为1 100 K时,其临界粒径为300μm.     

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。     

掺混比对半焦与烟煤混合燃烧及NO_x排放特性影响的试验研究

在350 kW中试煤粉锅炉上研究了热解半焦掺混比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时着火特性、燃尽特性以及NO_x排放特性的影响,测量了不同轴向位置处炉膛温度以及O_2体积分数、CO体积分数和NO_x质量浓度等参数。结果表明:随着掺混比的增大,着火性能变差,着火距离增加且着火温度升高,主燃烧区出口NO_x质量浓度逐渐增大;采用EGA气体释放法分析燃料着火点时,CO释放法对掺混比为60%和100%的燃料适合,NO_x释放法在分析高挥发分烟煤的着火时效果更好;纯半焦燃烧时燃尽率最低,掺混高挥发分烟煤对整体燃尽有较大改善。     

单煤粉颗粒着火特性的激光辅助高速摄像测量

针对煤粉的着火特性,基于平面火焰燃烧器,应用自行开发的连续激光辅助高速摄像的测量方法对煤粉颗粒的着火过程进行了连续捕捉,系统地研究了空气条件下着火过程中的单煤粉颗粒的尺寸、形貌、温度和着火延迟特性.研究发现环境温度1 800 K的空气气氛下,粒径分布为74～98μm的神华烟煤为均相着火;煤粉颗粒析出的挥发分首先氧化燃烧并形成球形的包覆火焰;待挥发分消耗后,继而发生煤焦异相的着火燃烧;煤粉颗粒温度分布进一步证明了煤焦燃烧是非均匀的.     

基于OH-PLIF测量技术的煤粉射流火焰着火燃烧特性

在光学诊断型煤粉燃烧器系统上研究煤粉着火燃烧特性,利用ICMOS相机捕捉射流火焰总光强信号、自发辐射信号以及PLIF荧光信号,根据获得信号的品质,判断各种测试手段的优缺点.计算射流火焰总光强和PLIF荧光信号的着火延迟时间,分析PLIF测量手段的可靠性,结合OH-PLIF技术的瞬态图像,以及着火延迟时间的变化规律,分析射流火焰挥发分着火及燃烧特性.研究结果表明,颗粒群着火是挥发分先析出着火燃烧,然后加热焦炭颗粒燃烧的过程.     

煤粉复合旋流火焰燃烧特性研究（1）：实验研究

本文实验研究了煤粉复合旋流火焰燃烧特性，进行了包括３个典型煤种：褐煤、烟煤和无烟煤，在不同煤粉浓度下的燃烧试验，测量了火焰场的温度分布、气体组份分布、火焰周界辐射和煤颗粒燃烧参数，对火焰场特性、不同煤种影响和煤粉浓度作用做了较系统的试验研究，揭示了该燃烧方式的稳定着火、强化燃烧机理，获得了这种煤粉火焰的燃烧特性。     

高炉氧煤燃烧器中煤粉燃烧过程的数值模拟

本文采用颗粒相连续介质－轨道模型对同轴射流渐扩式高炉氧煤燃烧器内煤粉燃烧过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明，同轴射流渐扩式氧煤燃烧器在适当的射流速度比条件下，可在氧煤枪出口后方诱导出回流区及低速区，有利于延长煤粉在直吹管内的停留时间，改善煤粉在热风管中加热、挥发和挥发份的着火条件，改善氧气和煤粉的混合，提高煤粉燃烧区的氧气浓度。     

煤粉热解特性对其富氧气氛下着火机理的影响

利用非等温热重分析法对两种烟煤的热解特性及富氧下的燃烧特性进行研究.实验结果表明,煤粉中低温下的热解行为对其富氧气氛下的着火机理有明显影响.挥发分初析温度低、热解特性指数D大的煤,随着氧体积分数的增加,着火方式逐渐由非均相转变为均相.而挥发分初析温度高、D较小的煤,着火方式则无明显变化.热解活性高的煤,在着火机理转变后,着火温度显著降低,但燃尽温度基本不受影响.氧体积分数提高后两种煤粉的燃烧特性指数S都有所增大,但相同氧体积分数下不同煤种之间的S相差不多,说明着火机理的改变对S无明显影响.     

超细煤粉在燃料分级燃烧技术中的应用

超细煤粉分级燃烧是当今较有发展前途的低NOx燃烧技术之一,通过试验研究的方法,探讨了超细煤粉分级燃烧技术中部分因素对NOx排放的影响,研究结果表明,对于不同煤种的主燃料,超细煤粉分级燃烧均能起到显著降低NOx排放的作用;高挥发分的褐煤、烟煤是较好的再燃燃料;煤粉越细,对NOx的还原性越强,同常规粒度煤粉再燃相比,以超细煤粉作为再燃燃料,NOx脱除率显著增加,可达到70％,最佳再燃燃料粒度为20μm;温度低于1200℃时,再燃区内温度越高,NOx的脱除率也越高。     

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.     

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。     

不同试验规模的富氧煤粉燃烧研究进展

分析总结了不同规模燃烧试验装置上获得的富氧煤粉燃烧研究成果及进展,并对今后富氧煤粉燃烧的发展进行了展望。实验室规模研究表明,在相同O2浓度条件下O2/CO2气氛煤粉燃烧气体和颗粒温度比O2/N2气氛低,燃尽时间延长,但提高O2浓度可明显改善煤粉着火及燃烧特性。中试规模研究表明,再循环烟气比例、一、二次风O2浓度和二次风预热温度对富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性有重要影响。要达到与空气煤粉燃烧相匹配的燃烧与传热效果,O2/CO2气氛中O2浓度一般在27%～35%,此值主要与煤种有关。     

煤粉再燃过程中最佳停留时间的实验研究

采用实验研究了煤粉再燃过程中停留时间与氧浓度影响脱硝效率的依赖关系,发现最佳停留时间与煤粉着火状态有直接关联。在再燃温度及氧浓度较低时,煤粉尚未着火,同相脱硝作用在整个脱硝反应中占优,最佳停留时间与烟气中碳氢化合物的消耗速率有关。随着再燃区氧浓度进一步上升,挥发分着火,大量挥发分被燃烧反应消耗掉,最佳停留时间与挥发分着火时间基本吻合,过多延长停留时间对脱硝没有实际意义。氧浓度更高时煤焦被挥发分的燃烧热引燃,颗粒大幅升温,煤焦的异相脱硝作用在总体脱硝作用中开始占优,并随停留时间延长持续上升,此时最佳停留时间的确定应与煤粉燃尽一起来考虑。     

混煤燃烧动力学参数的热重试验研究

对不同配比下由烟煤、无烟煤和褐煤掺混得到的混煤的燃烧性能进行了热天平试验研究,从阿累尼乌斯定律出发,对不同配比下混煤的燃烧动力学参数进行了计算。并根据活化能随掺混比的变化规律,提出在无烟煤中掺入烟煤或褐煤,对煤的着火性能有较大的改善作用;而当着火性能相近的两种煤进行掺混时,煤的活化能比将单一煤种活化能按比例加权平均值大,混煤的着火性能更接近活化能大的煤。     

低氧再燃条件下煤粉均相着火温度的测量

在一维炉试验台上研究了煤粉颗粒群在低氧浓度再燃条件下的均相着火规律.结果表明:在低氧浓度下(＜10% 体积分数),煤粉均相着火呈现出反应不剧烈、不连续的特点;氧浓度对于煤粉均相着火温度的影响近似成指数变化关系,即氧浓度越低,均相着火温度越高;在一定范围内,氧浓度越低,煤粉均相着火延迟时间越长;煤粉均相着火温度随粒径减小而提高,近似成线性关系;不同氧浓度前提下,粒径对着火温度的影响作用不同.     

基于TPDF方法正庚烷喷雾燃烧特性模拟

采用输运概率密度函数模型(TPDF)开展了不同初始环境温度、氧体积分数下正庚烷喷雾火焰发展过程模拟研究.以发动机燃烧网络(ECN)试验数据为基准,首先将模拟得到的着火延迟期和火焰浮升长度与均质反应器模型(WSR)模拟结果以及试验结果进行对照,发现氧体积分数较低时,由于TPDF模型能够对小尺度上组分和温度的湍流波动进行精确求解,可获得准确的燃烧特征量.然后基于TPDF方法,系统分析和对比了不同初始环境条件下准稳态火焰结构以及火焰发展过程的燃烧特征,发现在不同的初始温度和氧体积分数条件下,着火均首先出现在浓混合气区域.降低初始环境温度,高当量比区域反应活性下降,导致着火推迟,燃油与空气有更长的时间进行混合;降低温度的同时降低氧体积分数,则导致着火进一步推迟,油、气混合更为充分.着火位置混合气的浓度较高温、高氧体积分数条件有所降低,燃烧消耗了本来就不足的氧气,导致高当量比区域更难发生反应.     

不同粒径煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.     

陕西主要动力煤种燃烧特性的热天平研究

为了研究分析陕西主要煤种的燃烧特性,采用德国NETZSCH STA-409PC型热重分析仪分析了样品质量、升温速率、粒径对煤粉燃烧特性的影响。实验结果表明,随着粒径的减小,神木烟煤的燃烧性能先增强后变弱,粒径75～90μm左右燃烧特性最好。升温速率、样品质量对煤粉的燃烧特性也有影响。随着升温速率的提高,煤粉的着火温度升高,最大失重速率增大,最大失重速率对应的温度升高;随着质量的增加,煤粉的着火温度略有降低,燃尽温度却逐渐增大,最大失重速率明显增大,放热效应的最大温度点逐渐增大,并且煤粉挥发分燃烧低温放热与固定碳燃烧高温放热有一定的分期。