Organic coal-water fuel: Problems and advances (Review)

The study results of ignition of organic coal-water fuel (OCWF) compositions were considered. The main problems associated with investigation of these processes were identified. Historical perspectives of the development of coal-water composite fuel technologies in Russia and worldwide are presented. The advantages of the OCWF use as a power-plant fuel in comparison with the common coal-water fuels (CWF) were emphasized. The factors (component ratio, grinding degree of solid (coal) component, limiting temperature of oxidizer, properties of liquid and solid components, procedure and time of suspension preparation, etc.) affecting inertia and stability of the ignition processes of suspensions based on the products of coaland oil processing (coals of various types and metamorphism degree, filter cakes, waste motor, transformer, and turbine oils, water-oil emulsions, fuel-oil, etc.) were analyzed. The promising directions for the development of modern notions on the OCWF ignition processes were determined. The main reasons limiting active application of the OCWF in power generation were identified. Characteristics of ignition and combustion of coal-water and organic coal-water slurry fuels were compared. The effect of water in the composite coal fuels on the energy characteristics of their ignition and combustion, as well as ecological features of these processes, were elucidated. The current problems associated with pulverization of composite coal fuels in power plants, as well as the effect of characteristics of the pulverization process on the combustion parameters of fuel, were considered. The problems hindering the development of models of ignition and combustion of OCWF were analyzed. It was established that the main one was the lack of reliable experimental data on the processes of heating, evaporation, ignition, and combustion of OCWF droplets. It was concluded that the use of high-speed video recording systems and low-inertia sensors of temperature and gas concentration could help in providing the lacking experimental information.     

Modeling the burnout of solid polydisperse fuel under the conditions of external heat transfer

A self-similar burnout mode of solid polydisperse fuel is considered taking into consideration heat transfer between fuel particles, gases, and combustion chamber walls. A polydisperse composition of fuel is taken into account by introducing particle distribution functions by radiuses obtained for the kinetic and diffusion combustion modes. Equations for calculating the temperatures of particles and gases are presented, which are written for particles average with respect to their distribution functions by radiuses taking into account the fuel burnout ratio. The proposed equations take into consideration the influence of fuel composition, air excess factor, and gas recirculation ratio. Calculated graphs depicting the variation of particle and gas temperatures, and the fuel burnout ratio are presented for an anthracite-fired boiler.     

生物质发电燃烧方式与炉型选择

针对生物质发电的燃烧方式及炉型选择问题,文章结合生物质燃料的特点,分别对悬浮燃烧、层燃燃烧及流态化燃烧等燃烧方式及几种炉型进行了分析和比较,指出在选用燃烧方式以及炉型时,必须结合燃料的特性和具体的燃烧方案进行细致分析后而定.     

Parameters pertinent to low-temperature combustion of wooden fuel for modern power-generating installations

Results from an investigation into combustion of wooden and charcoal particles at relatively low temperatures are presented. Combustion modes are determined, and the effect the fuel reaction properties have on the thermal treatment and combustion process is evaluated. The results are compared with well-known figures on fossil fuels and with the data calculated using the classic diffusion-kinetic model.     

CFB炉内煤层气/煤矸石混合燃烧的数值模拟

煤矸石和含甲烷量较低的煤层气均属于低热值的燃料。而循环流化床最大的特点是环保,适合燃烧劣质煤,因此循环流化床为混烧这两种低热值燃料提供了可靠的平台。通过对某一炉膛内煤矸石和煤层气燃烧情况进行数值模拟,发现与炉内燃煤相比,炉内煤矸石和煤层气混合燃烧也可以得到较好的燃烧效果。煤矸石和煤层气的掺烧比和一二次风比例对炉内燃烧特性有重要影响,当掺烧比8:2,一二次风比例7:3时,炉膛燃烧效果最好。     

污泥–秸秆衍生固体燃料燃烧特性

污泥秸秆衍生燃料技术是一种有效的污泥无害化、资源化处理技术。研究了通过化学调质法制备的污泥秸秆衍生固体燃料的燃烧特性,为污泥衍生燃料的应用提供理论依据。在升温速率为20 K/min、流量为70 mL/min的空气介质中,实验研究了4种污泥秸秆衍生固体燃料的着火特性、燃尽特性及综合燃烧性能,并求出了相关动力学参数。结果表明:燃料的燃烧过程分为干燥脱水、第一类有机物分解挥发及燃烧、第二类有机物的分解挥发及燃烧和固定碳的燃烧4个阶段,其温度范围大致为295~475 K、475~650 K、660~840 K和900~1000K,前3个阶段有相互交叉和重叠的现象;4种燃料燃烧的着火点均在490~515 K内,燃尽指数Cb最小为5.10×10 3min-1,综合燃烧特性指数S最小为10.80×10 10mg2 min 2 K 3,1000K内可完全燃烧;第一类挥发份的燃烧是二级反应,而第二类挥发份及固定碳的燃烧为一级反应,反应的活化能最大为64.80kJ/mol,与污泥单烧及煤混烧相比,污泥固体燃料燃烧性能更好,可作替代燃料使用。     

生物质发电及能源化综合利用

以生物质发电项目为依托,阐述了生物质利用的意义,生物质能源化综合利用技术展望,分析了生物质燃料的特性,生物质燃烧发电技术,生物质气化及发电技术,指明了生物质能综合利用将是未来生物质能利用的主要方向。     

Plasma coal reprocessing

Results of many years of investigations of plasma-chemical technologies for pyrolysis, hydrogenation, thermochemical preparation for combustion, gasification, and complex reprocessing of solid fuels and hydrocarbon gas cracking are represented. Application of these technologies for obtaining the desired products (hydrogen, industrial carbon, synthesis gas, valuable components of the mineral mass of coal) corresponds to modern ecological and economical requirements to the power engineering, metallurgy, and chemical industry. Plasma fuel utilization technologies are characterized by the short-term residence of reagents within a reactor and the high degree of the conversion of source substances into the desired products without catalyst application. The thermochemical preparation of the fuel to combustion is realized in a plasma-fuel system presenting a reaction chamber with a plasmatron; and the remaining plasma fuel utilization technologies, in a combined plasma-chemical reactor with a nominal power of 100 kW, whose zone of the heat release from an electric arc is joined with the chemical reaction zone.     

燃用神华煤锅炉防结渣优化设计技术

针对国华电力公司早期投产的600MW锅炉在燃用神华煤时出现的严重的分隔屏结渣问题，通过掺烧高灰熔点烟煤、加装屏区吹灰器、炉膛放大和受热面调整等优化设计措施使结渣情况得以极大缓解，但导致锅炉造价和运行成本上升。根据粒径与炉内煤粉颗粒表面温度的相关性分析以及1MW半工业性燃烧试验取得的不同细度的神华煤粉的结渣特性和不同容积热负荷的燃用神华煤锅炉的结渣情况对比分析指出：大颗粒煤粉是造成锅炉结渣的重要因素，采取煤粉细化和炉膛放大的综合优化设计对于防止锅炉屏区结渣更为经济、有效。     

生物质燃料气的燃气热力性质计算方法和程序

生物质能是一种可再生、对环境友好和利用过程中二氧化碳零排放的能源资源, 所以研究生物质气化发电技术意义重大。在烧生物质燃料气的燃气轮机性能计算中, 需要使用生物质燃料气的燃气热力性质数据, 如果将其比热视为常数或采用平均比热都会引起较大误差, 因此需要基于变比热的生物质燃料气的燃气热力性质计算方法。生物质燃料气属于含有不可燃成分的混合气体燃料, 因而将基于变比热的混合气体燃料(含不可燃成分)燃气热力性质的计算方法应用于变比热的生物质燃料气的燃气热力性质计算, 并且用Delphi6 0开发了计算程序。通过对烧某一生物质燃料气的LM2500型燃气轮机的某一工况点热力性能计算, 对该计算方法和程序进行了验证。结果表明, 混合气体燃料(含不可燃成分) 燃气热力性质的计算方法可以应用于生物质燃料气的燃气热力性质计算, 编制的计算程序为烧生物质燃料气的燃气轮机性能计算提供了解决方案。     

IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。     

生物质直燃发电技术与燃烧分析研究

介绍了生物质直燃发电技术的原理及其设备的工作过程,着重讨论了生物质锅炉燃烧过程中的燃料收集和存储、送料堵塞以及受热面结焦等问题,分析了燃料性质、一次风、二次风、炉排振动等因素对锅炉燃烧的影响,并在此基础上提出了优化运行和提高锅炉效率的改进措施,最后对国内外生物质发电技术状况进行了介绍,并对其发展做出展望.     

燃用哈密高钠高氯煤的超临界锅炉设计和运行

新疆准东、哈密地区某些煤种碱金属、氯元素含量高,易引发锅炉严重沾污、结渣和腐蚀问题,影响设备安全运行.针对某在建660 MW超临界锅炉的设计煤种特点.在300 MW机组运行实践基础上以及通过3 MW煤粉燃烧试验台的煤种掺烧试验,提出设计、运行优化方案,如采取将炉膛“增高、放大”以控制炉膛出口烟温,增加吹灰器布置数量,煤种掺烧和燃烧调整等.采用这些措施后,预计某在建660 MW超临界锅炉可安全掺烧哈密某矿高碱金属煤种的比例达到60％,每年燃料成本将降低3000万元,因而可大大提高企业经济效益,更好体现西电东送的经济优势.     

煤颗粒在快速升温过程中非傅立叶导热效应的计算研究

电站锅炉煤粉燃烧过程中，煤粉着火前期的升温速率可达10^4K/s。而且煤粉在着火前期的升温状态直接影响到煤粉挥发份的释放速度和挥发份成分，进而影响到煤粉颗粒的着火和燃烧。该文针对煤颗粒快速升温过程中非傅立叶导热效应，利用热波模型和D－P－L模型对快速升温过程中煤颗粒的温度场进行的数值模拟，与实测结果进行了比较。并发现对于电站锅炉所燃用煤粉的粒径范围，在煤粉着火前的升温过程中考虑非傅立叶导热效应是十分必要的。     

循环流化床中石油焦与煤混合燃烧N2O排放特性研究

在一座0.5MW循环流化床热态试验装置上进行了石油焦与煤混合燃烧试验,研究了烟气中N_2O的排放特性。对于石油焦与煤不同的燃料配比,不同的锅炉运行参数,如一次风率、过量空气系数、床温和Ca/S比等对烟气中N_2O排放浓度的影响规律进行了研究。试验表明,对于混合燃料,随焦煤比增大,N_2O排放浓度增高;对纯焦而言,其N_2O排放浓度最低。对于不同焦煤比的燃料,随着一次风率的增大,N_2O排放浓度增高。随过量空气系数增大,N_2O的排放浓度增加。无论焦煤比是1:1或3:1的燃料,当床温升高时,N_2O的排放浓度减小,且随焦煤比的增大,受床温的影响更敏感。焦煤比为1:1的混合燃料,随Ca/S比增加,N_2O排放浓度增高。     

分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation，DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟，获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构，模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场，应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动，获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明，射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素，而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象，燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。     

水煤浆再燃降低锅炉NOx排放的实验研究

为明确锅炉采用水煤浆再燃技术时的整体NOx控制效果和影响因素,利用神华煤,在0.25 MW沉降炉上,分别以煤粉和水煤浆为再燃燃料,进行了再燃NOx控制实验。结果显示,水煤浆再燃时的脱硝效果优于煤粉;一定范围内,较高的再燃比有利于锅炉整体再燃脱硝;锅炉主燃区宜采用氧化性氛围,此时该处的过量空气系数与脱硝效果呈现二次曲线关系;水煤浆再燃脱硝率与再燃区过量空气系数成反比。实验证实,水煤浆是一种较优的再燃燃料,可被广泛应用,以实现对工业炉NOx排放的有效控制。     

流化床常压空气部分气化和半焦燃烧的试验研究

为进行煤的多联产方案研究,在1 MW循环流化床热电气多联产试验装置上,选取兖州煤、大同煤为试验煤种进行了部分空气气化和半焦燃烧试验。试验结果表明,空气部分气化方案得到的煤气热值较低,为3~5 MJ/m3,在气化炉中的碳转化率为40%~70%,剩余半焦被送入循环流化床反应器中燃烧,该系统的总体转化效率为90%左右。气化炉床层温度对气化炉碳转化率影响较大,随着温度升高其碳转化率明显提高,而燃烧炉燃烧效率呈下降趋势。石灰石的加入除了对焦油的裂解有一定的促进作用外,还具有脱除硫化氢作用,当[Ca]/[S]为3时,脱硫效率为90%。气化炉的给煤量、燃烧炉运行温度随气化炉鼓风温度提高而增加。     

循环流化床锅炉炉内颗粒分布平衡模型

在对循环流化床锅炉炉内颗粒特性分析的基础上,提出同时以颗径和密度两参数来描述炉内颗粒特性。结合循环流化床锅炉特殊的炉内流体动力特性,建立了包括炉膛密相区和稀相区在内的循环流化床锅炉炉内宽筛分的颗粒分布模型,其中密相区假设为浓度分布均匀的湍流床,而稀相区则为和核心-边壁区的流动结构。模型同时耦合炉内颗粒所经历的爆裂、燃烧、磨损及气固分离等物理和化学过程。应用以所建的颗粒分布平衡模型为子模型的循环流化床唤炉总体数学模型模拟了一台12MW循环流化床锅炉燃用烟煤时满负荷运行的工况。计算时把炉内颗粒分为70档,其中颗粒粒径在0～8mm之间分为10档,密度在1100～2400kg/m∧3之间分为7档,模拟计算所得的炉内颗粒分布合理正确,与试验研究研究结果吻合良好,表明所建立的颗粒分布模型可以用来描述循环流化床锅炉炉内颗粒分布特性。     

掺混方式下混煤粒径分布对燃烧特性影响

火电厂不同煤种掺混方式分为先掺混后磨制（磨前掺混）和先磨制后掺混（磨后掺混）2种。为研究不同掺混方式下混煤的粒径分布及其对燃烧特性的影响,在相同磨制条件下,对4种煤样（龙坪无烟煤、万柳烟煤以及二者在不同掺混方式下掺混的混煤）进行制备,利用激光粒径分析仪及热重分析仪,对各煤样进行粒度测定及燃烧特性分析。结果表明,磨前掺混制得的煤粉粒度分布和燃烧特性均与万柳烟煤相似,小颗粒煤粉含量较多;磨后掺混制得的煤粉粒度分布和燃烧特性均与龙坪无烟煤相似,大颗粒煤粉含量较多;磨前掺混制得的煤粉着火特性、稳燃特性、燃尽特性和综合燃烧特性均优于磨后掺混制得的煤粉。