不同煤质在分解炉内的应用分析

能否保证煤粉的完全燃烧,是决定分解炉设计成功的关键因素之一,为分析不同煤质在不同类型分解炉内应用的可能性,根据各分解炉的燃烧工况,应用煤粉燃尽动力学理论及裹灰缩合模型,对各煤焦进行燃尽时间计算,继而就影响煤燃烧特性的因素,及不同煤质对分解炉炉型的适应性展开讨论。     

600 MW旋流对冲锅炉燃烧器燃尽特性及其优化数值模拟

在实际运行中,旋流对冲燃烧锅炉的大风箱分配到同层各燃烧器的流量不均匀,显著影响煤粉的燃尽特性。然而,对该炉型锅炉炉内单个燃烧器的燃尽特性研究相对较少。基于此,以一台600 MW前后墙旋流对冲锅炉为对象,开展炉内燃烧器燃尽特性及其优化的数值模拟,探究燃烧器不同配风方式、旋流强度及出力对煤粉燃尽特性影响。模拟结果表明,下层燃烧器对应的飞灰含碳量高于中、上层燃烧器;中间燃烧器对应的飞灰含碳量(平均值约0.1%)低于两侧燃烧器(平均值约3%),这与现场测量的结果基本一致。侧墙附近燃烧器煤粉的不完全燃烧是锅炉出口飞灰含碳量的主要来源。适当减少中间燃烧器的风量并增加侧墙附近燃烧器的风量对中间燃烧器煤粉的燃尽特性影响相对较小,但能有效改善靠近侧墙燃烧器煤粉的燃尽特性(飞灰含碳量从3.0%降至1.6%以内);适当增加侧墙附近燃烧器二次风旋流强度或提高中间燃烧器出力、降低侧墙附近燃烧器出力,也可有效降低侧墙燃烧器对应的飞灰含碳量(2%以内),改善锅炉煤粉燃尽特性。     

浅析RSP分解炉二次燃烧工艺

根据悬浮态下ＲＳＰ分解炉内燃烧与分解反应的特点，计算了ＳＣ室与ＭＣ室的煤粉燃尽度和生料分解率，并在此基础上，分析了二次燃烧工艺，为进一步优化ＲＳＰ分解炉燃烧与分解环境提供了必要的基础。     

不同干燥程度胜利褐煤燃烧与自燃特性

为了探究高水分褐煤干燥后的燃烧与自燃特性变化,采用一维火焰炉、煤粉着火炉以及自燃试验台对不同干燥程度的胜利褐煤进行了试验研究。试验结果表明,试验样品的着火温度随着干燥程度的增加而降低,随着风煤比的增加而增加,煤粉细度同样会对着火温度产生影响。在燃用干燥褐煤过程中宜采用较高一次风率以提高制粉系统的安全性。胜利褐煤及其干燥褐煤均属于极易燃尽煤种,燃尽率均在99.4%以上,水分的变化对燃尽率影响不大。建议胜利褐煤与20%水分干燥褐煤的运行氧含量控制在3.5%左右。随着干燥程度的加深和粒径的减小,褐煤越容易自燃。胜利褐煤干燥到20%以下可能有自燃的风险。     

水蒸气对煤粉再燃还原NO的影响

在兖州烟煤煤粉再燃还原NO的固定床反应器试验中加入不同量的水蒸汽,研究了水蒸汽对煤粉再燃还原NO的影响。结果表明,水蒸汽的加入加快了煤粉再燃还原NO的速度,但单位质量煤粉的还原效果随水蒸汽量的增加而降低,原因是水蒸汽同时也加速了煤粉的燃尽。水蒸汽加快了CO和CO2生成速度以及O2消耗速度,在挥发分为主的反应阶段促进CO2的生成更明显,而在焦炭为主的反应阶段促进CO的生成更明显,但单位质量煤粉的CO2生成量和O2消耗量均降低、CO生成量增加。煤粉再燃的燃尽时间随水蒸汽量的增加而缩短,比如当水蒸汽量为2%时,燃尽时间缩短了25.9%,当水蒸汽量为4%时,燃尽时间缩短了47.8%。在再燃区加入一定量的水蒸汽,既能改善煤粉对NO的还原效果,又能提高煤粉的燃尽率。工程应用要根据煤质特点、主燃区NO浓度、再燃煤粉比例、再燃区过量空气系数、经济性评价等因素进行试验确定最佳水蒸汽量。     

国内典型煤种在富氧条件下的燃烧性能

为掌握富氧燃烧对不同煤种燃烧性能的影响,在煤粉气流着火温度试验炉和改造后的一维火焰燃烧试验台架上进行国内典型烟煤和贫煤在不同O_2体积分数下的煤粉气流着火温度、一维火焰炉燃尽率、结渣性能测试。研究结果表明,随着O_2体积分数的增加,不同煤种均呈现煤粉气流着火温度下降、燃尽率上升的规律,表明O_2体积分数的增加可以提高燃煤的燃烧稳定性和经济性,同时随着O_2体积分数的增加,炉膛燃烧尖峰温度提前并升高,燃煤的结渣性能加重。需要注意的是不同煤种的燃烧性能受O_2体积分数的影响程度不同,具体煤种需进行相应的富氧燃烧试验确定。     

神府煤粉燃烧特性

为了给煤粉锅炉用户提供煤粉优选理论依据,以煤粉锅炉主要用煤神府煤制备的煤粉为研究对象,采用TG-DTG对煤粉的燃烧特性进行研究,分析了不同煤粉及升温速率对煤粉燃烧特性的影响。结果表明:在空气气氛下,升温速率提高,TG、DTG曲线向高温方向移动,煤粉的着火温度升高,最大质量变化速率增大,最大失重温度提高,燃尽指数增大;随着灰分和粒径改变,升温速率为10或20℃/min时,煤粉的着火温度变化不显著,燃尽指数及综合燃烧特性指数均有影响。灰分减小,粒径不变时,D煤粉的综合燃烧指数为1.51,优于粒径74μm、灰分9.5%的P煤粉。     

Cherat水泥公司利用MI-CFD理论提高分解炉的性能

所有的分解炉都含有一定程度的分层流动,这将导致O2和燃料缺乏有效混合,造成燃料不完全燃烧,不完全燃烧的燃料颗粒被带入旋风筒内燃烧,将产生结皮,影响旋风筒的分离效率.Cherat水泥公司通过四根燃烧器煤粉喷入系统的优化设计,提高本地或高硫煤的替代率,以及碎轮胎的替代使用,并且使其有效燃尽,同时不产生结皮.结果显示,分解炉内煤粉燃尽率从88％提到98％,生料分解炉水平从77％提高到83％.     

添加剂对劣质煤燃烧特性和灰渣熔融性的影响

利用热重-微分分析仪和灰熔点测试仪,研究了O2/CO2和O2/N2气氛下添加剂对重庆南桐高灰分劣质烟煤燃烧特性和煤灰灰渣熔融温度的影响,并进行了动力学分析.结果表明,添加剂CaCl2,Ca(OH)2和CaCOs均能有效地增加煤粉反应表面的活性,降低煤粉反应表观活化能、煤粉点燃温度和燃尽温度,提高煤粉可燃性指数C和燃尽指数Cb,但三种添加剂对煤粉燃烧促进作用有差异,其促进性能大小顺序为CaCl2＞Ca (OH)2＞CaCO3.添加剂CaCl2的加入能够提高煤粉的燃烧效率.添加剂Ca(OH)2和CaCO3的加入显著降低了煤灰熔融点温度,增加煤灰结渣可能性,而添加剂CaCl2的加入对煤灰灰渣熔融点温度降低不明显.CaCl2作为劣质煤燃烧添加剂,具有较好的综合性能.     

探讨煤种对分解炉操作参数的影响

通过特定的煤粉燃烧动力学试验和燃烧理论的分析,说明在分解炉工作的温度范围内,不同种煤粉表现出来的燃烧特性差异很大,对分解炉的操作参数,主要是分解炉的温度和气氛影响很大,燃烧反应可能由动力控制,也可能由扩散控制,究竟哪一种因素起主要作用,取决于煤粉的种类类,可通过相应的动力学试验测定其燃烧特性,制定合理的操作参数以指导生产实践。     

分解炉内混煤燃烧最佳三次风速的模拟研究

针对某公司5500 t/d三喷腾分解炉内混煤燃烧效果不佳的问题,利用FLUENT软件,采用二步竞争反应模型及二混合分数方法,对炉内不同三次风速下的速度场、温度场及组分场进行模拟研究,得到了三次风对混煤燃烧的影响规律,并对模拟结果进行了验证. 结果表明,二混合分数方法模拟结果符合混煤在分解炉内的实际燃烧情况;三次风速为26 m/s时,混煤的主要燃烧区域占分解炉的2/3,煤粉燃烧的最高温度为1940 K,煤粉的燃烬率为95.45%,分解炉内的温度分布满足生料分解的要求,避免了结渣.     

富氧输送对煤粉燃烧性能的影响

实验研究了某钢铁厂2种喷吹用煤粉在空气和纯氧气氛下的热解特性及输送介质含氧量对其爆炸性和燃烧率的影响. 结果表明,纯氧气氛下煤粉的热解性能明显优于空气气氛;当输送介质含氧量低于51%(j)时,煤粉无爆炸性,高于61%(j)后煤粉呈弱爆炸性,且随含氧量增加爆炸性增强;富氧输送有助于提高煤粉的燃烧率,含氧量每增加10%,煤粉燃烧率提高1.97%;煤比(1 t铁消耗的煤粉量)增加会降低煤粉燃烧率,煤比每增加10 kg/t,燃烧率降低1.13%.     

回旋区内喷吹煤粉燃烧行为的数值模拟

建立了直吹管-风口-回旋区下部区域内气固流动、传热和煤粉燃烧的数学模型,基于实际高炉工艺参数,借助商业软件通过数值模拟的方法研究了煤粉粒度、鼓风含氧量和鼓风温度对煤粉燃尽率的影响. 结果表明,煤粉粒径由120 mm降低到70 mm,燃尽率提高35.928%;鼓风含氧量由21%增加到30%,燃尽率上升16.542%;而鼓风温度由1423 K增加到1498 K,燃尽率仅提高8.897%. 脱挥发分过程和氧气供应是决定燃尽率高低的两大因素. 此外,在研究变量对喷吹煤粉燃尽率的影响时,模拟区域应同时包含直吹管、风口和回旋区.     

煤粉大比例掺混不同生物质的混燃特性研究

可再生能源生物质清洁低碳、易于获取、利于着火,含硫、氮量少且属于碳中性物质,但其能量密度低。在煤粉中大比例掺混生物质(生物质/煤粉质量比大于5∶5)可有效改善煤粉着火特性,碳排放水平接近燃烧天然气,且污染物排放显著降低,进而达到节能减排目的。目前研究主要集中在低掺混比例(小于5∶5)下生物质与煤粉的混燃特性,针对北方常见的玉米秸秆、稻杆和玉米芯等生物质与煤粉在大掺混比例下的燃烧特性,尚有待深入。笔者利用热重分析技术分别研究了煤粉与不同生物质种类(玉米秸秆、稻杆及玉米芯)在不同掺混比例下(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)的混燃特性,分析生物质种类和掺混比例对混合燃料的着火温度、燃尽温度、交互反应以及燃烧特性指数等的影响,确定了不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:掺混比例对混合样品失重曲线的影响从大到小依次为玉米秸秆、玉米芯和稻杆。随掺混比例增加,第1阶段最大质量变化速率逐渐增大且燃烧进程前移,第2阶段则逐渐减小,这是由于挥发分相对增加且焦炭相对减少的原因。混合样品的着火温度和燃尽温度比纯煤粉分别下降约100和60℃。随掺混比例的增加,玉米芯着火温度逐渐减小,玉米秸秆和稻杆则先减小后增大,且均在7∶3时达到最小;燃尽温度均呈现下降趋势,下降幅度由大到小分别为玉米芯、稻杆和玉米秸秆。玉米秸秆和稻杆在8∶2时燃尽性能较差。混合样品发生不同程度的交互作用,该交互作用正是生物质的促进和抑制的协同作用,使3种生物质均在5∶5时对煤粉燃烧抑制作用大;玉米秸秆和稻杆在7∶3时、玉米芯在6∶4、8∶2时促进作用大。同时,3种生物质的燃烧特性指数远大于煤粉,随掺混比例的增大,玉米芯的燃烧特性指数变化最大并在8∶2时达到最大值,6∶4和7∶3时几乎相同;稻杆的变化最小且在7∶3时达到最大值;玉米秸秆在7∶3和8∶2时几乎相同并达到最大值。小范围改变掺混比例时,燃烧特性指数变化不大。这可能是由于燃烧特性指数不仅与着火温度和燃尽温度有关,还与样品在其主要燃烧过程的反应速率有关,而煤粉在焦炭燃烧阶段的反应剧烈程度高于生物质挥发分析出阶段,使不同掺混比例的混合样品出现以上现象。     

调节同层二次风以缓解双切圆锅炉高温腐蚀的数值模拟

针对某双切圆锅炉热角区域高温腐蚀问题,本文提出调节同层二次风流量的方法来改善热角上游的还原性氛围。基于Fluent软件模拟了不同冷角二次风流量工况下的炉内燃烧情况,结果表明：增加冷角二次风量可以基本消除双切圆锅炉水冷壁附近CO体积分数过高（>8%）的区域,大大缓解水冷壁高温腐蚀的问题。5%工况和10%工况下,炉膛近壁面安全区域面积占比分别上升了1.20%和1.35%,出口NO _x 平均质量浓度分别升高2.99%和8.89%;而15%工况的炉膛防腐效果最佳,近壁面安全区域面积占比上升了3.60%,同时腐蚀严重区域占比下降了4.99%,出口NO _x 平均质量浓度升高较明显,上升18.91%。在一般电厂实际调整过程中,冷角二次风增量应设置在5%～10%,对于燃用高硫煤且NO _x 排放较低的电厂,建议将冷角二次风增量设置为15%左右,以最大限度缓解高温腐蚀。     

超细煤粉燃尽时间的计算和实验研究

通过对超细煤粉燃尽时间的计算和热态炉实验的研究,在保持煤粉高燃尽率的同时,确定了再燃燃料在燃尽区的停留时间和煤粉粒度的关系。     

CFX模拟分解炉内CaCO3分解反应的研究

运用CFX模拟分解炉模型内的流动、煤粉燃烧、CaCO3的分解过程,对系统进行气体组分质量平衡和热量平衡计算,结果表明：O2的相对误差<3%,CO2的相对误差<9%,热量的相对误差<9%,表明用CFX模拟分解炉时的可靠性达90%以上;当计算参数如CaCO3量或煤粉量变化0.01%时,炉内温度分布、出口温度、CaCO3分解率等变量几乎没有变化,而当计算参数的变化量大于0.01%时,计算结果就看出变化,即CFX的模拟计算结果响应这两个计算参数变化的灵敏度可达到近万分之一。