石灰石煅烧与硫化条件下磨耗特性

石灰石磨耗特性对于循环流化床物料平衡和脱硫效率有重要影响。利用鼓泡床磨耗实验台,系统地研究了不同煅烧与硫化条件下,粒径、温度和SO_2浓度对石灰石及其脱硫产物的磨耗速率的影响。实验结果表明,硫化反应会显著降低石灰石的磨耗速率,延迟到达稳定磨耗的时间;当硫化反应达到慢反应区时,脱硫产物磨耗速率趋于稳定。磨耗可以剥离颗粒表层CaSO_4,从而提高脱硫剂转化率。相同反应条件下,脱硫产物钙转化率越高,石灰石磨耗速率越低。最后利用现有文献数据分析并验证了石灰石磨耗模型,能够较好地反映不同粒径石灰石的磨耗速率的差异。     

连续进出料CFB密相区中颗粒横向运动行为模拟研究

采用计算颗粒流体力学模型(CPFD),研究了连续进出料条件下,密相区中床料粒径分布及流化风速对床层气固流动结构、颗粒横向运动行为及停留时间的影响。模型尺寸为900 mm×100 mm×1 200 mm。模拟结果显示,床面呈现出左高右低,排渣口上方存在"死区",随着流化风速的增加,床面高度差及"死区"大小减小,床内颗粒平均停留时间先减小后增大,最后趋于不变,停留时间分布的离散程度增加,床层膨胀度增加,达到一定风速后增加幅度减小。相同风速下,单一粒径与0.3~0.6 mm宽筛分条件下得到的结果基本一致,0.6~1.5 mm宽筛分床内得到平均停留时间要大,停留时间分布函数更为集中。     

烧结烟气气氛下煤燃烧特性热重实验研究

为了探索烧结烟气循环流化床燃烧技术的可行性,采用大容量热重分析仪（LC-TGA）研究了左云烟煤、平朔烟煤和钱家营烟煤在低氧（含CO）气氛下的燃烧特性,并研究了CO体积分数对煤粉燃烧的影响。结果表明:低氧气氛下氧气体积分数和反应温度的变化对煤粉燃烧有很大的影响;CO在煤粉燃烧时存在明显的抢氧行为,其能力与温度密切相关,与氧气体积分数关联较小;当反应温度为750 ℃时,CO燃烧的抢氧能力强于煤粉燃烧,但当温度上升至850 ℃时,CO燃烧的抢氧能力小于煤粉燃烧。实验所得结果可以为烧结烟气循环流化床燃烧技术的发展提供参考。     

鼓泡流化床排渣流动的模拟与实验研究

基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法,研究了鼓泡流化床的排渣流动特点,获得了不同管径的排渣管对流化床排渣流率的影响,并对排渣流动的流场进行了详细分析。模拟结果表明,布风板上开孔排渣会影响床内的正常流态化,随排渣管径的增大所影响的区域也会逐渐增大;排渣流率与流化风速、床层压降和管径的平方呈现出正相关性。根据流体力学拟流体理论所建立的公式能较好地预测排渣流率的变化趋势,从排渣流动过程中颗粒体积分数的梯度分布可知,布风板上排渣口的上方存在一个拱形临界面,此临界面是排渣过程中颗粒流动形态发生转变的分界面。     

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。     

循环流化床燃烧条件下焦炭表面NO_x还原机理研究进展

为使CFB锅炉达到NO_x原始超低排放,需要更加深入地理解煤炭燃烧过程中NO_x生成和还原机理,其中焦炭对NO_x的还原(NO_x-char反应)被认为是CFB含氮反应体系中最重要的环节之一.综述了文献中对NO_x-char反应的研究结果 ,围绕基本反应过程、焦炭中矿物杂质作用和影响因素三个部分,较为全面地阐述了焦炭表面NO_x还原过程.研究表明,碳原子除可直接作为还原反应物外,还可为CO,H_2,NH_3等还原性气体提供吸附表面从而间接还原NO_x,同时焦炭中的K,Fe,Ca等具有催化活性的矿物杂质能明显促进NO_x-char反应.多种还原作用共同存在使得NO_x-char反应的影响因素众多,包括煤种、热解条件、反应温度、焦炭粒径、碳燃尽率、CO/O_2/H_2O/SO_2等环境气体、焦炭中矿物杂质含量和化学组成等.另外,很多情况下这些因素并非独立作用,而是相互影响,且常在不同条件下对NO_x还原表现出"促进-抑制"两重性质.未来还需更加深入地研究焦炭表面NO_x反应体系,特别是定量描述不同影响因素的作用,建立CFB全炉膛NO_x排放模型,从而为深度挖掘循环流化床技术的低氮燃烧潜力奠定理论基础.     

空气分级技术对焙烧炉内煤气燃烧NOx生成的影响

煤气化后的煤气常用于氢氧化铝焙烧过程。煤气中一般含有一定量的氨气,造成焙烧过程的氮氧化物生成量较高。针对一种燃用煤气的氢氧化铝气态悬浮焙烧炉,采用空气分级的方案,开展了煤气低氮燃烧过程的研究,探究空气分级技术对焙烧炉内煤气燃烧氮氧化物生成的影响规律,从而指导实际焙烧炉内的燃烧组织设计及优化。利用Barracuda~(TM)气固两相流动计算软件,分析了一台3 000 t/h的氧化铝焙烧炉的炉内气固流动及燃烧过程。结果表明,悬浮焙烧炉炉膛底部存在明显的高温区,局部高温负荷点较集中,最高温度达1 700 K。随着炉膛高度的增加,炉膛温度逐渐降低。同时由于气流回流的作用,炉膛内部在炉膛底部以及上部气流转向处存在明显的颗粒堆积造成的颗粒高浓度区域。基于气固流动计算得到炉内的温度场,耦合详细化学反应机理来考虑详细的化学反应过程,利用Chemkin Pro软件建立了反应器网络,通过数值计算探究空气分级技术对含氨煤气在焙烧炉内燃烧过程中NO_x生成的影响。结果表明,燃用煤气的焙烧炉内生成的氮氧化物主要为燃料型氮氧化物。空气分级为20%时,空气分级对煤气燃烧氮氧化物生成的抑制效果有限。当空气比例为40%时,主燃烧区呈还原性气氛,焙烧炉内煤气燃烧生成NO_x减排率达70.3%。     

超超临界循环流化床锅炉流化床换热器热偏差形成的流动基础

流化床换热器是超超临界循环流化床锅炉重要的热交换设备,其有利于灵活调节床温、汽温,提高机组的燃料适应性,降低污染物排放。运行经验表明:流化床换热器内存在严重的热偏差问题,靠近床中央区域的受热面壁温显著高于壁面区域的壁温,从而导致在超超临界循环流化床锅炉中出现爆管、停机等事故。当前缺乏从气固流动、换热角度分析流化床换热器热偏差形成机制原因。在国家重点研发计划(2016YFB0600201)支持下,开展了流化床换热器内热偏差问题产生机制的相关研究。系统讨论分析了流化床换热器内热偏差形成的流动基础,揭示了气固流动不均匀性特征及其对传热不均匀性的影响,发现受热面管排存在进一步加大了近壁区传热偏差,提出了通过优化流化床换热器结构和布风设计降低热偏差的建议,为660 MW超超临界循环流化床锅炉设计与安全运行提供依据。     

循环流化床超细石灰石炉内脱硫研究

分析了石灰石粒径对循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉炉内脱硫效率的影响,并且在中试规模和工业规模的CFB锅炉上,研究了超细石灰石的炉内脱硫效果。在3MW(th)中试CFB试验台上分别进行了d50=10μm的超细石灰石与d50=310μm的粗石灰石的脱硫实验,结果表明,当细石灰石的钙硫比分别为3.05、3.19和3.30时,脱硫效率可以达到91.5%,95.1%和98.2%;而粗石灰石在钙硫比为3.41时可实现98.3%的脱硫效率;当SO2排放浓度降到约为80mg/m~3时,采用粗石灰石脱硫的氮氧化物排放浓度约为细石灰石的两倍。在220t/h CFB锅炉上,采用d50=10μm超细石灰石粉,在钙硫比为1.82条件下,SO2排放浓度可控制在22.6mg/m~3,脱硫效率为99.53%。实验结果表明,超细石灰石具有较好的脱硫性能,并且在减少催化NOx生成方面具有一定的优势。     

大型循环流化床锅炉外置式换热器关键技术研究

外置式换热器对于大型循环流化床锅炉的高效运行有重要意义。为全面掌握CFB锅炉外置式换热器运行特性,消除现阶段制约超超临界CFB锅炉外置式换热器管屏壁温偏差问题,系统总结了外置式换热器的研究现状和关键技术研究进展,并介绍了超超临界循环流化床锅炉外置式换热器的设计方案。研究发现,600 MW超临界CFB锅炉外置式换热器壁温偏差十分明显,壁温分布呈现马鞍形分布(中心区域管屏壁温高,边壁区域管屏壁温低),这是由气泡不均匀性分布决定。外置式换热器内传热系数与受热面布置的空间位置密切相关,外置式换热器流化风速Ug=0.4 m/s时,床中央至x/Xw≈0.6处传热系数基本一致,而靠近壁面区域,传热系数显著降低,边壁流动区占床面宽度的25%～30%。将管束远离边壁区布置可以改善传热系数空间分布的不均匀性,传热系数极值偏差从15%降至6%。660 MW超超临界CFB锅炉外置式换热器的设计计算表明,外置式换热器布置高温再热器受热面时,高温再热器管子中径壁温与汽温差可达到58℃,显著制约外置式换热器的安全运行。因此,在660 MW超超临界CFB锅炉的外置式换热器中全部布置汽温相对较低的中温过热器,受热面采用TP347H和TP347HFG材料即可满足要求,仍可保证一定的余量。将外置式换热器管排布置选择与灰流动的方向平行的方式,同时为消除边壁流造成的局部换热不均问题,设计时考虑避免管屏布置在边壁区内,管屏距离边壁的距离应由传统设计的250 mm增至500 mm以上,可改善外置式换热器内的气固流动及传热行为,以减小颗粒侧传热偏差。该设计在保证外置式换热器安全运行的同时,还可有效调控炉膛温度和蒸汽温度。