75t/h加压/常压富氧燃烧循环流化床锅炉方案设计及分析

采用加压/常压富氧燃烧循环流化床技术时,随着炉膛入口平均氧浓度和压力的升高,烟气体积不断减小,为确保一定的炉膛空截面烟气速度,炉膛横截面积需相应减小,导致炉膛布置受热面的空间减小,使炉膛温度控制的问题更加突出;同时,若锅炉各受热面的布置方式不当,也会导致部分受热面的传热温差不合理,不利于锅炉的初投资和正常运行。文中进行75t/h工业规模加压/常压富氧燃烧循环流化床锅炉的方案设计,提出富氧燃烧条件下循环流化床锅炉灰平衡和烟气成分的计算方法,着重分析炉膛入口平均氧浓度和压力对烟气循环倍率、锅炉结构、外置式换热器布置和锅炉各受热面吸热量分配等的影响规律。在加压/常压富氧燃烧条件下,随着炉膛入口平均氧浓度和压力的升高,可通过拔高炉膛、增设外置式换热器、屏式过热器等对锅炉各受热面吸热份额进行调整,使锅炉各受热面均在合理的参数范围内运行。     

100 kWth 加压循环流化床富氧燃烧试验研究

加压循环流化床富氧燃烧技术(PCFB-OFC)是一种新型清洁高效的燃烧技术,其高碳捕获 率和低能耗的特点受到广泛关注,具有很好的发展潜力和工业应用前景。 受限于燃烧压力升高后 带来的问题,现有关于加压循环流化床富氧燃烧的研究多着重于理论建模或基于小型试验台的试 验及机理研究。 东南大学自主研发了热输入功率为 100 kW 的加压循环流化床富氧燃烧热态试验 装置,实现了加压循环流化床富氧燃烧技术的规模化示范,并获得了热态试验数据和设计及运行经 验。 试验结果表明,该装置能够实现空气燃烧和富氧燃烧模式的平稳切换,在 0.6 MPa 压力下循环 流化床能够稳定运行,炉内温度变化平稳,并且加压富氧燃烧模式下干烟气中 CO2 体积分数能够稳 定维持在 90%以上,达到预期设计目标。 燃烧压力的提升加快了化学反应速率并且延长了气体停 留时间,再结合 2 级配风模式,使燃料氮更多的转化为氮气,最终表现出压力升高显著降低尾气中 NO 和 N2 O 的排放。 此外,压力升高提升了燃烧效率,烟气中 CO 和 CH4 的体积分数显著降低,并分 别在 0.4 MPa 和 0.2 MPa 时达到较低体积分数。     

基于动态平衡预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸分布

准确预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸对研究纳米颗粒流化具有重要意义。鉴于目前文献中主要根据力平衡模型得出聚团尺寸平均值,然而聚团尺寸实际呈宽筛分分布,本工作从动态平衡角度,采用分子动理论中麦克斯韦气体速率分布律类比流化床内聚团速度分布,建立基于微观作用力的聚团解聚—重聚模型,并用以预测纳米颗粒流化床内聚团尺寸分布。通过比较聚团间结合力和分离力的相对大小,判断聚团结合和破碎;在分离力中,碰撞力起着至关重要的作用,且与聚团相对运动速度关系密切。预测结果显示,纳米颗粒流化床内聚团尺寸呈现卡方分布。将模型预测值和文献中的实验数据进行对比,包括TiO_2、Ni、SiO_2等颗粒的团聚尺寸,发现大部分偏差在20%以内。     

粒煤螺旋输送特性实验研究

在自行设计的粒煤螺旋输送系统上对粒煤的螺旋输送特性进行了研究。结果表明：粒煤的粒径、外水分及螺旋倾角对其输送特性有显著影响。粒煤的平均粒径越大,外水分越小,其输送速率越大;螺旋倾角越大,输送过程中物料的滑移现象越严重,填充系数越大;粒煤的外水分越大,平均粒径越大,输送过程中的填充系数越大。     

湿颗粒倾斜碰撞恢复系数的直接数值模拟

通过耦合VOF(volume of fluid)和重叠网格的方法,对表面附着液滴的“颗粒-颗粒”倾斜碰撞进行了直接数值模拟,获得了碰撞过程中液桥演变、颗粒运动、碰撞恢复系数的变化规律。在不同碰撞角度条件下,法向碰撞是液体对碰撞恢复系数影响最显著的情况。随着液体黏度的增加,法向恢复系数和总恢复系数降低,而切向恢复系数略微增加。随着碰撞速度的增加,法向恢复系数和总恢复系数增加,而切向恢复系数降低。在倾斜碰撞中,颗粒的旋转对于颗粒分离具有促进作用,液桥可对颗粒产生剪切作用使得部分切向动能转化为法向动能。研究结果可以为发展湿颗粒碰撞简化模型提供基础数据。     

料仓内粉体静态应力分布特性

料仓内的粉体静态应力分布是指导料仓设计和运行的重要参数之一。本文在三维有机玻璃料仓中,对料仓应力分布进行试验研究,利用应力传感器对料仓壁面及粉体内部水平、竖直应力进行研究,获得料仓中粉体内部应力的分布规律,并基于拱效应对料仓中的应力分布进行理论研究。结果表明：料仓内部水平应力与距出口及料仓中心的距离基本无关,壁面处的水平应力在筒锥结合处达到最大值且随加料高度的增加大幅度增加。料仓内部垂直应力的最大值出现在筒锥结合处近筒段的料仓中心位置。同一平面,从料仓中心至仓壁,垂直应力呈逐渐减小的趋势。随加料高度的增加,垂直应力均逐渐增加。在壁面处,侧压力系数随着距出口高度的增加出现先增大后减小的趋势,在筒锥结合处大于1。     

负载型K2CO3/Al2O3吸收剂鼓泡床吸收CO2特性及数值模拟

利用负载型K2CO3/Al2O3吸收剂吸收燃煤电厂烟气中的CO2是一种较好的CO2减排方法。在小型鼓泡床试验台上对K2CO3/Al2O3吸收剂吸收CO2的特性进行了研究。结果表明,K2CO3/Al2O3吸收剂具有良好的CO2吸收性能,吸收剂转化率超过70%,在反应开始3min内CO2的脱除率达到了100%。基于K-L鼓泡床两相模型建立了负载型K2CO3/Al2O3吸收剂鼓泡床吸收CO2的数学模型,化学反应源项采用了颗粒缩核模型。CO2脱除率和K2CO3/Al2O3吸收剂转化率的模拟值与试验值较吻合,同时模型给出反应气体在气泡相和乳化相中的浓度分布,揭示了反应器某些细节特征。利用所建立的模型对试验系统进行了分析计算,结果表明,增加CO2浓度不利于提高CO2脱除率。增加流化数,气泡速度和直径均迅速增大,CO2脱除率迅速降低。增加床料量有利于提高CO2脱除率。模型的预测结果具备一定的合理性和准确性,为开展相应的试验研究和系统设计提供了基础数据。     

内循环流化床大颗粒运动特性实验

内循环流化床能够有效组织颗粒在床内的运动,具有广泛的工业用途。采用荧光大颗粒示踪,运用图像处理法,在二维流化床实验台上,研究了流化风速、静止床层高度等参数对床内大颗粒的速度分布概率以及循环时间的影响。结果表明:提高流化风速和静止床层高度,循环口两侧差压增大,颗粒内循环流率增大,循环时间变短。颗粒横向和纵向速度分布概率的特征显著不同。在低速床中,颗粒纵向速度超过50%分布在负值区域,表现出明显的向下运动的特征。     

油页岩干馏废水流化床焚烧过程中NO_x和SO_2的排放特性

在一座热输入功率为90 kW的鼓泡流化床焚烧试验装置上进行油页岩干馏废水焚烧试验,考察床温、过剩空气系数、一二次风比和Ca/S比对排烟中NOx和SO2浓度的影响.结果表明:由于废水中氨氮含量较高,焚烧时随着床温的升高,NOx的排放浓度呈现先下降后上升的趋势,而非广泛接受的单调上升的规律,SO2的排放浓度呈上升趋势;随着过量空气系数的升高,NOx的排放浓度呈先下降后上升的趋势,SO2的排放浓度呈下降趋势;随着二次风率的升高,NOx的排放浓度呈下降趋势,SO2的排放浓度呈上升趋势;随着Ca/S比的升高,NOx的排放浓度先上升后下降,SO2的排放浓度逐渐下降.本次试验各工况下NOx的排放浓度范围为104.2～257.9 mg/m3;SO2的排放浓度范围为36.7 ～179.8 mg/m3,均满足国家排放标准.     

天然气分级燃烧器NOx排放的数值模拟研究

基于天然气分级燃烧器,采用数值模拟方法研究了燃料分级和烟气再循环对NOx生成的影响.结果 表明:一级燃气体积流量占总燃气体积流量的比例从90.00％降到75.00％时,锅炉出口NOx质量浓度明显降低,从184 mg/m3降低到127 mg/m3;采用烟气再循环技术能够有效减少NOx排放.