多元煤灰灰熔点及晶体组成特性研究

煤在高温下的灰熔点是气化炉安全高效运行的重要参数,利用灰熔点仪对由SiO_2,Al_2O_3,Fe_2O_3,MgO,CaO按不同比例组成的氧化物组分进行灰熔点测定,选取Si/Al、Si+Al、Fe_2O_3、MgO、CaO五个关键变量以验证其变化对煤灰熔融特性的影响,变量变化范围涵盖国内大部分煤灰的范围。采用Factsage软件预测了煤灰组分的全液相温度并与灰熔点进行比较。结果表明,随着CaO、Fe_2O_3、Si/Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐降低;随着MgO、Si+Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐升高,由Factsage计算出的全液相温度总是高于灰熔点200℃左右。利用Factsage获得各个渣系随温度变化析出晶体的固相比例,并对模拟结果进行了实验验证,探究了两者产生差异的原因及不同氧化物组成对各个渣系固相比例所产生的影响。结论为进一步分析多元氧化物体系熔融状态产物及特点奠定了基础,并对气化炉优化设计运行具有重要意义。     

基于燃烧控制和SNCR+烟气CFB的循环流化床锅炉超低排放示范

循环流化床工业锅炉也要具备超低排放的能力。除了深度挖掘循环流化床燃烧自身低污染排放潜力之外,还可以对烟气进一步控制处理。利用炉内低氮燃烧,配合低成本的选择性非催化还原(SNCR)控制NOx;利用炉内脱硫产生的CaO在烟气循环流化床吸收塔中吸收SO_2和其他污染物,有一定的优势,为此开展了工程示范。示范在燃用Ⅱ类烟煤的75 t/h蒸汽工业锅炉进行。运行表明,炉内不投石灰石时,即使不投SNCR,NOx能控制在50 mg/m3以内,此时烟气循环流化床吸收塔必须喷消石灰浆,吸收塔出口SO_2浓度有一定的波动。炉内投石灰石后,NOx排放因受其催化浓度迅速增加,此时需及时投入SNCR;烟道上增湿活化、控制烟气循环流化床吸收塔中的温度,能够稳定地将SO_2控制在35 mg/m3。可见,基于燃烧控制和SNCR+烟气CFB控制,循环流化床锅炉在高效运行的同时,烟气污染物能可靠地实现超低排放。     

转轮式分级器切割粒径的预测模型

针对转轮式分离器,建立不同结构参数及操作参数下的切割粒径预测模型有助于指导其设计和运行。基于相似理论以及对颗粒分离过程的分析,提出一种考虑结构参数的半经验模型,确定了模型参数,并通过实验以及文献报道的数据验证了模型的可靠性。与前人工作相比,此模型在不同的转轮分离器结构下显示出较好的通用性;此外,模型可以复现切割粒径随叶轮转速增大而先减小后增大的非单调关系,这是原有的半理论模型不能实现的。对不同结构转轮分离器性能的系统分析表明,较大的分离器入口面积及较小的导流角度可确保入口产生强旋流气流,进而使切割粒径对转速的敏感段在低转速区;而较小的分离器入口面积,或较高的入口风速可以提高对细颗粒的分离能力。对运行参数的研究表明,增大颗粒流率会减小切割粒径;调整叶轮转速可以灵活地改变切割粒径,适应不同的工作需求。     

添加污泥与磷酸对生物质成型炭性能影响研究

生物质成型炭是生物质利用的重要方式之一,制备时需要添加黏结剂增强其品质．污泥可作为黏结剂用于制备生物质成型燃料．H₃PO₄作为添加剂可提高成型炭的品质且具有钝化污泥中重金属的作用．本研究以杉木屑为原料,探讨添加H₃PO₄和污泥制备高机械强度成型炭的可能性,分析了添加污泥和H₃PO₄对成型炭机械性能和产率的影响,并考察了成型炭中重金属的固定效果．结果表明：污泥的添加可提高成型炭的机械性能(抗压强度和表观密度),且木屑与污泥的质量比为2∶1时成型炭机械性能最佳且产率最高,其抗压强度为18.1 MPa,表观密度为1 278.8 kg/m³,均优于生物质成型炭机械性能标准,干基低位热值为12.05 MJ/kg;添加磷酸可明显提高成型炭机械性能和产率,且重金属分析表明磷酸的加入可降低成型炭中的重金属风险等级．     

循环流化床燃烧的NO_x生成与超低排放

日益严格的环保标准对循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉NO_x的原始排放提出更高的要求。在对CFB燃烧中NO_x生成和还原过程深入理解的基础上,认为强化炉内不同区域的还原性气氛是进一步挖掘CFB燃烧NO_x原始超低排放潜力的关键。根据床内气固流动特性与还原性气氛的关系,提出了一条低氮燃烧技术路线,其核心是通过提升循环系统的性能来提高床质量、增加循环量。将该技术进行了工程验证,实践表明,在同时满足飞灰中位径小于12μm、d90小于54μm、底渣平均直径小于200μm、稀相区的物料悬浮浓度高于5 kg/m3时,仅通过燃烧控制,NO_x原始排放显著降低,基本达到超低排放目标。这为循环流化床锅炉的NO_x治理和低成本污染控制提供了一个更具竞争力的方向。     

低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.     

基于无量纲结构因子的低质量流速内螺纹管中超临界水流动和传热性能分析

无量纲结构因子的合理选取对超临界及超超临界循环流化床锅炉中低质量流速内螺纹管的性能比较及通用换热关联式的发展具有重要意义。文中使用经过实验验证的数值模型,对具有不同几何结构的内螺纹管流动和传热特性进行了分析。结果表明,在无量纲结构因子βW=1.92~3.80、质量流速200~800kg/(m~2·s)、热流/质量流速比0.35~1.5k J/kg的范围内,βW能准确描述内螺纹管中超临界水的对流换热特性。βW相同时,内肋螺旋效应的有效作用区域(边界层对数区初段y+=30~100)中流场旋流强度基本一致,内螺纹管的传热性能也基本相同。肋结构对垂直上升流动超临界水换热的影响在Bo=10-5~10-4、βW2.58范围内最为明显,在此范围之外,其影响大小明显弱于强物性变化作用和浮升力作用。最后,指出发展精度更高的强制对流换热关联式是提出准确的内螺纹管超临界水对流换热关联式的基础。     

风电调频能力的潜力分析

随着风电并网装机容量的增加,充分挖掘风电调频潜力对提高电网稳定性和电网吸纳风电能力至关重要。通过分析134台风电机组的风电场运行数据,从短时间能量释放的角度,在风电火电协同场景下开展风电调频能力的分析。结果表明：火电调频具有0～30 s能量释放不及时的缺点,燃料投入的可控使其具有持续调频的优点;风电调频能量随输出功率和机组投运台数的增加而增加,风电调频具有0～30 s快速响应的特点;风电0～30 s调频能量释放潜力涵盖了电力系统小幅频率波动和大频差扰动调节时间尺度,能够弥补火电0～30 s能量释放不及时的缺点,降低大频差扰动频率下降幅度;风电火电协同运行场景下,风电调频能量随供电率的增加而增加,其0～30 s调频能量大于火电,协调运行可优势互补,具有较大的调频潜力。     

烟气气氛对准东煤灰熔融特性影响的显微观察

准东煤田预测储量高,准东煤灰具有高硫,低硅铝,高碱/碱土金属等特点,实际燃用准东煤锅炉出现了严重的沾污、结渣现象,影响准东煤的大规模开发利用。烟气气氛(含有大量SO₂,SO3)可能影响高温下Na2SO4的生成/分解,从而影响煤灰的熔融过程。深入研究烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响,有助于加深对锅炉结渣过程的理解,为燃用准东煤锅炉结渣防控提供技术支持。为获得烟气气氛对准东煤灰熔融特性的影响规律,建立了单热电偶高温显微观察系统(SHTT),比较了还原性气氛、氧化性气氛、惰性气氛及模拟烟气气氛下准东煤灰的熔融特性。结果表明,建立的灰熔融温度测试方法精度较好,96.92%的灰样熔融温度与标准灰熔点仪测得的流动温度相比偏差在3%以内(≤40℃),最大偏差<50℃,测试偏差在煤灰熔融特性测试允许误差范围内。当碱酸比R<2.5时,气氛对灰熔融特性无显著影响;当R>2.5时,煤灰组分中Fe₂O₃质量分数较高,导致还原性气氛下灰熔点降低。烟气中SO₂对煤灰熔融温度的影响与煤灰组分相关,当R>2.5时,煤灰中碱/碱土金属及硫(AAEM/S)质量分数较高,烟气中SO₂会抑制煤灰中CaSO₄的分解,提升高温下煤灰中CaO质量分数,并减少长石,辉石等低熔点矿物的生成,进而提升煤灰熔融温度。烟气中SO₂是促进富含Na/Fe硫酸盐或硫化物超细颗粒生成及沉积的重要因素。     

煤粉射流中颗粒团的传热及其对着火行为的影响

建立描述煤粉射流中典型尺寸颗粒团的传热及着火过程的瞬态数学模型,考察其在高温环境中的升温特性和着火行为。模型计算发现,颗粒团的升温过程与颗粒团尺寸明显相关,对流换热份额随着颗粒团当量直径Dc的增加而下降。在火焰温度Tf=2 000 K、烟气温度T)s=1 400 K的条件下,对于D_c=3 mm的颗粒团,对流换热量Q_(conv,sc)占总换热量的86%;Dc=10 mm时,辐射换热量Q_(rad,fp)占到60%;而D)c≈8 mm时,对流换热与辐射换热量相近。火焰辐射温度T_f的升高降低了对流换热份额,并使得Q_(conv,sc)=Q_(rad,fp)对应的临界D_c,即D_c*减小。T)f对D_c较小的颗粒团的加热和着火影响较小,对D_c较大的颗粒团的影响明显。烟气温度Ts升高时,对流换热份额升高,D_c*增大。T_s在D_c较小时对着火时间影响较大,而D_c较大时影响不再明显。煤粉浓度增加时,颗粒团着火时间先明显下降,在0.6~0.8 kg/m~3的范围内达到最小值,而后随着煤粉浓度的进一步增加而略微增加。