煤粉预热对高炉喷吹中煤粉燃烧行为的影响

通过建立数学模型,在Fluent软件的基础上结合自编程序,对不同预热温度下高炉喷吹煤粉的燃烧进行了模拟,得到了预热温度对煤粉燃烧的影响规律. 模型中包含了煤粉与O2, CO2及水蒸汽的异相反应,且考虑了焦炭的燃烧反应. 确定了回旋区的大小与形状,将煤粉燃烧空间划分为4个区域,对不同区域分别提出不同假设进行处理. 计算结果表明,煤粉预热后进行喷吹可促进煤粉在风口前提前气化,使煤粉的燃烧区域前移,提高了煤粉在回旋区的燃尽率;预热温度每提高50℃,煤粉在回旋区的燃尽率平均提高2%.     

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.     

提高潞安喷吹煤粉燃烧率的工业模拟燃烧实验研究

采用六种助燃剂配成几组混合助燃剂,在高炉喷吹煤工业模拟燃烧装置上,模拟高炉风口回旋区的煤粉燃烧状况,测定添加不同助燃剂时潞安喷吹煤粉的燃烧率;结果表明,组成为CeO2、CaCO3、MnO2、Fe2O3的助燃剂是潞安喷吹煤较为理想的助燃剂。     

煤粉粒径对骨料烘干煤粉燃烧器排放特性的影响

构建骨料烘干煤粉燃烧器内煤粉燃烧行为的控制模型,以污染物含量为评价标准,研究了骨料烘干煤粉燃烧过程中煤粉粒径对排放特性的影响规律. 结果表明,随煤粉粒径增大,煤粉在燃烧器内燃烧不充分,CO排放量增加,CO2排放量逐渐减少,SO2排放量增加,NO排放量在煤粉粒径为100 um时最小.     

传递过程原理在移动床中的应用——(Ⅰ)高炉煤粉喷吹数学模型

炼铁高炉是移动床工艺用于固相加工的重要特殊例子.根据物料和热的微分平衡,对高炉风口喷吹煤粉时所发生的传递现象和化学反应进行了解析.本文中数学模型的理论计算值和实际高炉的实测结果的一致性证明了模型的可靠性.本文提供的软件具有通用性,只要输入不同高炉的鼓风条件、燃料喷吹量、风口直径等初始参数,就可以预报任一参数的变更对炉内状况(诸如炉内气体组分、温度、诸反应速率、回旋区深度、置换比等)的影响,由此不仅可判断高炉内的燃烧状况,而且为高炉操作选择合适的鼓风参数及喷煤量提供了计算方法,以便控制高炉内气流分布和炉温,使高炉操作正常.     

125 MW煤粉炉内分级燃烧的数值模拟

对125 MW煤粉炉内两种工况的分级燃烧进行了数值模拟,得到了炉内温度、速度分布以及NOx,CO,CO2等气相组分浓度分布.结果表明,随二次风率降低、燃尽风率的增加,炉内最高温度降低,炉内高温区上移,NOx浓度降低;整个炉膛内部湍流强度都比较强烈;炉内CO和CO2浓度分布及速度分布与实际燃烧状况能较好吻合,可为低NOx燃烧技术和锅炉改造提供指导.     

水泥工业煤粉富氧燃烧NO释放特性实验研究

在回转炉实验台架上,分别研究了掺石灰石及掺CaO的情况下,N2/O2、CO2/O2气氛及氧浓度对典型煤种在富氧燃烧条件下燃烧释放NO的影响规律.研究结果表明:CO2/O2气氛下煤粉燃烧NO释放总量较N2/O2气氛下少;CO2/O2气氛下氧浓度的增加对煤粉燃烧NO释放有促进作用;石灰石及CaO对煤粉燃烧NO的生成均具有催化作用,且CaO的催化作用更强.     

高炉风口直吹管预燃煤粉模拟实验和计算

本文对作者提出的风口直吹管预燃煤粉的数学模型进行了实验验证．应用该数模对高炉喷煤直吹管预燃煤粉进行了数值计算和预测．根据计算结果，直吹管可预燃一部分煤粉，提高煤粉在风口区的总燃烧率．     

O_2/CO_2煤粉燃烧及NO_x污染排放的数值模拟

为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。     

煤粉锅炉富氧燃烧的数值模拟研究

以一台600MW四角切圆煤粉锅炉为研究对象,通过Gambit软件建立炉膛的三维结构及网格生成,在FLUENT软件中选择合理的数学模型,进行了空气气氛和富氧气氛下炉内煤粉燃烧的数值模拟.模拟结果表明:O2/CO2气氛下,由于CO2具有较高的比热容,炉膛内烟气的蓄热能力及着火热增加,炉膛整体温度下降,火焰中心上移.随着氧气浓度的提高,煤粉的燃烧得到强化,炉内温度升高,炉内高温区变大,火焰中心逐渐下移,有利于煤粉的着火和燃烧.     

煤粉富氧燃烧着火温度预测的优化随机森林(GA-RF)模型

二氧化碳排放是造成温室效应的主要原因之一,富氧燃烧作为一种有效的碳减排与封存技术具有广泛的研究前景。在燃煤电厂中煤粉富氧燃烧的着火温度是燃烧器设计和运行安全的重要指标,并且与煤粉组成成分、煤粉粒径以及燃烧氛围都有复杂的相关性。因此,对煤粉富氧燃烧着火温度的预测模型研究意义重大。采用滴管炉分别测量了5种煤粉在O2体积分数为30%、35%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%富氧条件下的着火温度,分析了氧气体积分数和煤粉的组成成分与着火温度之间的关系。研究发现,随着氧气体积分数分数的增加,5种煤样的着火温度均显著下降,且挥发分越高的煤,下降幅度越大。将45组试验着火温度数据与其他研究者采用同样方法测得的69组着火温度数据组成机器学习样品库,以煤粉的元素分析、工业分析、煤粉粒径及氧气体积分数为输入条件,以着火温度T为目标输出,构建了遗传算法优化的随机森林模型(GA-RF模型),准确预报了煤粉富氧燃烧的着火温度,其预报精度为:R2>0.99,RMSE<16,MAE<8。通过模型参数重要性分析发现,氢组分超过5%后,着火温度出现阶跃式上升,现有煤粉着火数据也证实了该现象。     

Three-dimensional modelling of in-furnace coal/coke combustion in a blast furnace

A three-dimensional mathematical model of the combustion of pulverized coal and coke is developed. The model is applied to the region of lance-blowpipe-tuyere-raceway-coke bed to simulate in-furnace phenomena of pulverized coal injection in an ironmaking blast furnace. The model integrates not only pulverized coal combustion model in the blowpipe-tuyere-raceway-coke bed but also coke combustion model in the coke bed. The model is validated against the measurements under different conditions. The comprehensive in-furnace phenomena are investigated in the raceway and coke bed, in terms of flow, temperature, gas composition, and coal burning characteristics. The underlying mechanisms for the in-furnace phenomena are also analysed. The simulation results indicate that it is important to include recirculation region in the raceway and the coke bed reactions for better understanding in-furnace phenomena. The model provides a cost-effective tool for understanding and optimizing the in-furnace flow-thermo-chemical characteristics of the PCI operation in full-scale blast furnaces.     

焦化除尘灰的燃烧性研究

为了扩大高炉喷吹用煤煤源,降低高炉喷吹用煤成本,本试验探索用廉价的焦化除尘灰代替部分无烟煤用于高炉喷吹的可行性。采用热重分析法对混合煤粉燃烧性进行了研究,考察了其着火温度、最大燃烧失重速率和燃尽温度等燃烧特征参数。计算了混合煤粉的综合燃烧特性指数,进而评价各混合煤粉的综合燃烧性能。初步研究表明：高炉喷吹用煤中配入适当比例的焦化除尘灰,对高炉喷吹用煤的反应性影响不大。在焦化除尘灰的配比小于5%的条件下用作高炉喷吹是可行的。     

煤粉着火燃烧过程光学诊断研究发展

煤炭储量丰富,尽管新能源和可再生能源快速发展,煤炭资源在未来几十年仍将作为我国一次能源重要组成部分。同时煤炭利用带来很多环境污染问题,因此未来煤炭资源的利用逐渐向高效、低碳、低污染物排放利用方式转变。随着光学技术的不断发展,涌现出多种适用于煤粉燃烧诊断的原位非接触式光学诊断技术,极大地促进了燃烧学的发展,为煤炭清洁高效利用提供了更多试验手段。介绍了国内外煤粉着火、不同方式下燃烧特性的光学诊断研究进展,对煤粉单颗粒和煤粉颗粒流的着火燃烧过程的光学诊断研究进行总结。目前常用的煤粉燃烧光学诊断技术主要包括全光谱成像、CH*/C2*化学发光成像、平面激光诱导荧光(PLIF)、双色/三色高温计、米氏散射、激光诱导白炽光、相干反斯托克斯-拉曼光谱、激光诱导击穿光谱等多种先进的光学诊断技术,可对煤粉单颗粒、颗粒流的着火延迟、脱挥发分、挥发分燃烧、着火模式、环境因素(环境温度、氧浓度、气氛)、富氧燃烧、水-氧燃烧、煤中碱金属释放等多方面关键问题进行光学诊断研究,为煤炭清洁高效利用提供了理论和试验基础。采用OH-PLIF和三色高温计对热解半焦和神华烟煤混合燃料共燃的着火和燃烧特性进行研究。综合考虑着火延迟和混合物的燃尽率,热解半焦的最佳掺混比为20%,为热解半焦的实际工业应用提供了参考。同时采用500 Hz、5 k Hz高时间、空间分辨率的OH-PLIF技术探究煤粉颗粒流中单颗粒挥发分燃烧的发展过程和挥发分着火的时序演变过程,通过二者的结合获得煤粉颗粒流从着火到挥发分燃烧的时间特性。采用OH-PLIF技术对烟煤和褐煤煤粉颗粒流燃烧火焰的脱挥发分和挥发分燃烧行为进行探究,提出采用OH信号径向分布的相对标准偏差探究火焰稳定性的方法。相同燃烧条件下,烟煤煤粉颗粒流燃烧的稳定性高于褐煤。基于OH-PLIF和CH*化学发光诊断技术,提出一种用于探究煤粉颗粒流中颗粒挥发分燃烧振荡特性分析方法——动态模态分解方法(DMD)。随着氧浓度的增加,挥发分火焰振荡增强。颗粒的聚集可能导致煤粉挥发分燃烧的低频振荡。相反,单独或分离的颗粒燃烧会产生较大的振荡频率。但目前取得的成果还不够完善,需要继续深入开展煤粉燃烧的光学诊断试验研究,对污染物NOx的生成及排放、新型水氧燃烧技术中水蒸气作用机理等方面深入探索,开发出新型清洁煤燃烧技术,为我国煤炭资源清洁高效利用做出贡献。     

分解炉中煤粉燃尽特性的试验研究及评价

通过高温悬浮试验反应台模拟了不同温度和O2情况下,水泥工业所用的4种典型煤粉的燃尽特性。试验表明,温度提高、燃烧气氛中O2含量的增加有利于提高煤粉的燃烧效果,尤其对无烟煤有较大的影响,但温度及O2的进一步增加对烟煤的影响则较小。根据煤粉的燃烧特性,结合分解炉的特点提出了评价分解炉中煤粉燃尽特性的特征燃尽度和相对燃尽时间,认为只要出分解炉煤粉燃尽度≥90%即可确保分解炉设计的可靠性及合理性。根据煤粉在特征燃尽度下的相对燃尽时间可指导实际分解炉的开发和对现有分解炉实施改造,以确保和提高煤粉在分解炉中的燃烧效果,从而保证分解炉的运行可靠。     

新型旋流式氧煤喷枪的喷煤特性

对比研究了一种新型旋流式氧煤喷枪与普通单管喷枪的喷煤特性,主要考察了直吹管内流场、浓度场及煤粉的燃烧情况. 结果表明,采用该氧煤枪喷吹时,在直吹管内形成的低速区面积更大,在距喷枪口30 mm范围内形成了明显的回流区,在距喷枪口200 mm范围内形成了富氧、富煤的强湍流区域;与普通单管喷枪相比,旋流式氧煤喷枪使煤粉温度提高近100 K,有助于挥发分挥发,燃尽率由4.96%提高到15.53%.     

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。     

煤种性质对煤粉工业锅炉结焦的影响

燃煤锅炉内结焦会对锅炉运行的安全性和经济性造成极大损害,因而分析影响燃煤锅炉结焦的因素,进而有效预防燃煤锅炉结焦至关重要。在实际应用中,针对影响燃煤锅炉结焦的不同因素,可采取不同的预防措施。研究发现煤的灰熔融性温度、煤粉颗粒大小、锅炉燃烧气氛、一二次风动力场、锅炉截面热负荷和锅炉热负荷等都会影响燃煤锅炉结焦。为了解决某地区煤粉工业锅炉预燃室、炉膛、对流受热面大面积燃烧结焦问题,笔者结合燃煤锅炉燃烧结焦的机理,先后采取调整燃烧气氛、增大二次风刚性、减小煤粉颗粒粒径、更换孙家岔煤粉等措施对不同条件下的结焦现象进行对比分析,发现煤种、煤粉粒径大小是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的因素。通过SEM-EDS(扫描电镜和能谱分析)对锅炉焦块进行微观形貌与元素组成分析,现场取样锅炉现用煤粉和孙家岔煤粉进行煤质及灰成分对比分析,并根据灰成分进行结渣性判别指标计算,结果表明锅炉燃烧现用煤种灰熔融性温度较低,煤灰软化温度Ts为1 170℃,小于1 200℃,为易熔煤,容易结渣,属于典型的易结焦煤种;结渣性判别指标计算结果显示,4项指标评价为"严重",1项指标评价为"中等",结渣性严重。综合分析认为:锅炉燃烧煤种发生改变,煤的灰熔融温度较低是影响某地区煤粉工业锅炉燃烧结焦的最本质因素。为进一步解决现场实际问题,采取破坏煤灰中酸碱平衡,提升煤的灰熔融温度,配合调节煤粉粒径等措施,如对锅炉现用煤种掺混5%的石英,提高煤灰中Si O2含量,掺混后煤粉的灰熔融温度达到1 280℃,提高了110℃;调大煤粉磨机频率,从19 Hz增大到22 Hz,煤粉粒度(200目,0.075 mm)过筛率从70%增大到85%。经过上述调整后,锅炉运行平稳,结焦状况显著改善,燃烧调整措施取得了较好的效果。