高浓度煤粉燃烧理论和技术发展现状

本文在综述了煤粉浓度与反应速度、着火温度、着火时间、着火热量、着火距离和火焰传播速度及NO_(?)排放关系的基础上,提出了高浓度煤粉燃烧是实现高效率、低污染的一种良好的燃烧技术。     

高浓度煤粉燃烧实验研究

本文依据煤粉燃烧理论分析了高浓度煤粉着火及燃烧的特点，并在实验室燃烧试验台上进行了高浓度煤粉燃烧试验，结果表明试验所用煤种的着火及燃烧最佳浓度范围约在１．０～１．６公斤煤／公斤空气。     

高浓度煤粉及左右浓淡燃烧技术

左右浓淡燃烧技术是实现高浓度煤粉燃烧的有效措施，能使煤粉气流在加热着火过程中仍然保持较高的煤粉浓度，并具有良好的加热环境，比目前采用较多的上下浓淡燃烧技术具有更好的稳定燃烧和强化燃烧能力。扭曲隔板可将浓淡煤粉气流旋传一定角度，保证浓煤粉气流朝着向火侧。     

综合考虑煤粉浓度和温度的燃烧技术

该文将国外高浓度煤粉燃烧技术和国内劣质煤稳焰技术进行了简单的比较和分析；讨论了煤粉和空气的适当匹配，浓度场与温度场的合理配置对提前着火的影响；实验证明了开缝钝体燃烧器综合考虑浓度和温度的稳焰功能．     

高浓度煤粉燃烧低NOx排放特性的试验研究

为了探讨高浓度煤粉燃烧对NOx排放特性影响的内在机理，在一维火焰炉试验台上，对3种典型煤在不同煤粉浓度燃烧下的NOx前驱物HCN与NH3在主燃区进行了测试，对气相催化还原剂CO及沿炉膛轴向的NOx释放特性进行了分析。试验结果表明：与常规浓度相比，高浓度煤粉燃烧条件下的NOx排放量最大可降低2.2倍。对于不同煤种，最大限度抑制NOx排放的最佳煤粉浓度控制在过量空气系数0.7左右，煤粉燃烧过程中的NOx主要在着火区距炉膛入口0.2~0.4m处产生。在高煤粉浓度下，燃料氮向HCN与NH3的转化率均远远低于常规浓度，同时燃烧过程中产生的大量CO对NOx还原分解的加速是高浓度煤粉燃烧低NOx排放的关键所在。     

无油点火燃烧器内煤粉浓度与着火点关系试验研究

在保持相同风速与壁温的条件下对电磁感应无油点火燃烧器进行了试验研究，分析了不同煤粉气流浓度对着火温度、着火距离、着火热以及着火方式的影响，并对其着火机理进行了探讨。研究表明，随着煤粉浓度的增大，着火温度降低，着火距离随着着火方式的改变先减小后增大。对于无油点火燃烧器，可通过对煤粉浓度的调节控制煤粉气流的着火点。     

基于光学诊断技术的煤粉射流火焰着火燃烧特性研究

在模拟工业煤粉炉燃烧环境的光学诊断型携带流煤粉反应器系统上开展了高温流动条件下煤粉着火特性研究,通过光学诊断技术获取煤粉火焰总光强分布和煤粉火焰中自由基OH*自发辐射强度分布,对不同反应环境下煤粉射流火焰着火延时和火焰中气相OH*着火延时对比研究,考察了环境氧浓度、环境温度、煤种对煤粉着火的影响。研究表明:着火延迟对于环境氧浓度更为敏感,随着环境氧浓度提高,粒径为53~80μm烟煤和褐煤着火延时及气相OH*着火延时几乎都线性下降,但气相OH*着火延时下降更慢;煤粉火焰主燃烧段长度和气相OH*主燃烧段长度都变短,前者始终比后者长;在10%~30%的氧浓度范围内,褐煤相对于高挥发分烟煤着火延时滞后,但主燃烧段长度更短。     

煤粉浓度对着火区火焰稳定性影响的研究

本文分析煤粉浓度对火焰稳定性的影响,并在煤粉燃烧试验台上进行了试验。试验表明,在试验煤粉浓度范围内,随着煤粉浓度的提高,着火区煤粉气流的火焰稳定性也提高。     

新型煤粉浓淡分流燃烧技术研究

该文介绍了一种新型煤粉浓淡分流燃烧技术,它由可调浓度撞击分流器和Ｖ型稳燃器两部分组成。左右浓淡分流和横置的稳燃器在喷口出口产生空间交叉的高浓度煤粉层,这些煤粉层为煤粉着火和稳燃提供了非常有利的条件。图７表３参２     

新型煤粉燃烧器的燃烧机理分析

分析了国内超临界和超超临界锅炉采用的几种新型煤粉燃烧器的燃烧机理。主要特点是采用多级配风技术灵活控制燃烧器出口的煤粉火焰燃烧过程;实现着火初期低氧燃烧和火焰内NOx还原技术;在旋流式燃烧器内采用煤粉浓缩技术和环形齿状稳燃器或直流过渡风,在喷口附近煤粉气流着火初期,加强热烟气回流和维持高温及低氧燃烧,促进挥发分析出过程中的NOx还原,并实现快速着火和低负荷稳定燃烧;在A-PM型直流式燃烧器上采用带扩压管的缩放型小喷口结构,增强稳燃能力和维持高温和低氧燃烧,促进NOx还原,并均衡火焰温度,降低水冷壁的热负荷;设置可调节燃尽风进一步提高炉内脱氮效果和提高燃烧效率等。     

高温空气多级点火燃烧器的试验研究

提出了一种新型高温空气煤粉多级点火燃烧器。在成功实现煤粉多级点火的基础上,对影响多级煤粉着火燃烧的各影响因素(一级煤粉浓度、热风温度、多级煤粉浓度、多级煤粉送粉风流量以及环形冷却风流量)进行了试验研究。结果表明,随着一级煤粉浓度的降低,燃烧器内总体温度水平下降,多级煤粉的剧烈燃烧区向燃烧器出口移动。当多级煤粉气流着火后,停止一级给粉,热风温度在一定范围内仍可维持多级煤粉的着火燃烧。多级点火燃烧器内部温度随多级煤粉浓度的升高呈现先上升后下降的趋势。多级煤粉送风量对多级煤粉燃烧的影响呈现出与多级煤粉浓度变化相似的趋势。少量的环形冷却风可以对多级煤粉的燃烧起到助燃以及防止结焦的作用。     

煤粉富氧燃烧热分析试验研究

采用热重分析仪对温州电厂4个常用煤种进行了不同氧浓度的燃烧特性试验,分析了氧浓度对煤粉着火和燃尽的影响。结果表明,随着氧浓度的提高,4个煤种的燃烧和着火均有不同程度的提前,且其变化规律有一定差异,神木类混煤对氧浓度变化比优混类混煤更为敏感。     

风包粉煤粉燃烧原理及实验研究

提出了组织煤粉燃烧的负包粉原理,即在煤粉着火形成高温、高煤粉浓度区域,这一外侧即在近水产瓴 空气为主的氧化性气氛区域,风包偻的形式,这一原理在燃烧器中年份浓淡系列煤粉燃烧技术、旋流浓淡燃烧技术。通过单相冷态、大两相冷态、热态实验室实验及工业冷、热态试验,分析和验证了该原理对煤粉着火、燃尽、ＮＯＸ生成、结渣及高温腐蚀的综合影响。     

低挥发分煤粉增氧燃烧的数值模拟

采用增氧方式对低挥发分煤粉的着火燃烧进行研究。针对200 MW无烟煤的燃烧器,利用FLUENT软件平台,计算在不同的一次风率(15%、20%、25%)和一定的氧燃比下,改变增氧氧气浓度(不增、40%、60%、80%、100%)的低挥发分煤粉燃烧工况,并对燃烧器出口的温度场以及NOx浓度进行分析。结果表明:增氧燃烧能够提高低挥发分煤粉的燃烧温度,加快煤粉的反应速率,对于低挥发分煤粉的提前着火和充分燃烧有很大的促进作用。应尽量避免高氧浓度(60%)增氧燃烧。综合对比,工况9的燃烧各参数(燃烧温度、高温区距钝体的距离、NOx浓度)最为合理,是所研究11种工况中的最优工况。     

富氧微油点火燃烧器的数值实验研究

对冷态煤粉气流在富氧微油点火燃烧器内的点火过程进行数值模拟,气相湍流流动、气相场的燃烧和辐射模型分别采用k-ε双方程模型、概率密度函数(Probability Density Function)与局部瞬时反应平衡模型、P1辐射模型。根据数值计算得到的结果找出不同煤粉浓度对着火温度与着火距离的影响,反映出煤粉在富氧微油点火燃烧器内的着火方式的变化。     

一次风温对浓淡煤粉射流着火特性的影响

为了进一步完善煤粉的燃烧理论,并为相关的水平浓淡煤粉燃烧器的合理运行提供理论依据,针对印度尼西亚次烟煤与澳大利亚烟煤的混煤,在250k W浓淡煤粉燃烧实验台上进行燃烧实验,通过燃烧温度、火焰光谱及NOx等多手段的研究方法,分析一次风温对还原性气氛下浓淡煤粉射流着火特性的影响。实验表明:随着一次风温增加,浓淡煤粉射流的着火距离逐渐减小,后续燃烧温度及可见光强度的峰值逐渐增加,火焰稳定性逐渐增强,着火过程中NOx的生成浓度逐渐减少。一次风温的增加可以改变浓淡煤粉射流的着火模式,即一次风温70°C时为均相着火时,浓淡煤粉射流为均相着火,一次风温大于或等于85℃时着火模式为均相–异相联合着火,使得着火条件变得更加有利。     

卧式炉富氧燃烧试验及其三维数值模拟

通过卧式炉旋流燃烧器燃烧试验,表明氧浓度大小对煤粉的初期、中期着火影响明显。在富氧条件下,火炬前端的温度水平显著提高,有利于实现富氧少油或者无油点火;煤粉的着火距离缩短,燃烧速率加快,从而强化了炉内换热,提高了燃烧效率。     

高浓度煤粉燃烧过程中燃料N释放特性实验研究

高浓度煤粉燃烧是一种新型的洁净煤燃烧技术,具有高效低污染排放特性.在一维火焰炉与同定床反应器实验台上,对不同煤种、粒径、炉温在不同煤粉浓度下燃料N的释放特性进行了实验研究.实验结果表明:煤种不同,燃料N的释放特性差异明显.挥发分越高,燃料N最大释放率对应的煤粉浓度越低;煤粉粒径越小,燃料N在不同煤粉浓度下的释放率越高;炉温越高,燃料N越容易释放,燃料N主要以挥发分N的形式释放出来.随着煤粉浓度的递增,NOx转化率与燃料燃尽率均呈单调递减趋势,高浓度煤粉燃烧有利于低NOx的排放,但煤粉浓度过高,对煤粉的燃尽不利.在高浓度煤粉燃烧过程中,煤粉与空气的充分混合及合理选取过量空气系数至关重要.     

O2/CO2和O2/N2气氛下不同煤种的热解与燃烧试验研究

采用热重-质谱联用仪分别研究了3种煤在O2/N2和O2/CO2气氛下的热解和燃烧特性.结果表明,与N2气氛相比,CO2气氛下煤粉的热解过程可分为水分的蒸发、挥发分的释放以及较高温度下煤焦与CO2的气化反应;随燃烧气氛中氧浓度的增加,煤粉的TG-DTG曲线移向低温区,着火温度和燃尽温度降低,煤粉综合燃烧特性指数增大;在相同的燃烧气氛及氧浓度下,PRB次烟煤的着火温度和燃尽温度明显低于Illinois烟煤和Utah烟煤.     

煤粉在富氧条件下燃烧特性的实验研究

燃烧煤粉的锅炉在其点火和低负荷稳定运行时，需消耗大量的燃料油，因此有必要寻找更经济实用的解决办法。研究煤粉在富氧条件下的燃烧特性，不论对煤粉局部富氧的助燃还是煤粉的富氧点火技术都具有重要意义。该文采用德国Netzsch公司生产的STA 409C型热天平研究了神木煤和蒲白煤3个不同粒度下的煤样在不同体积氧浓度下（20％、30％、40％、60％、100％）的燃烧行为。实验结果表明，随着氧浓度的增大，煤样燃烧分布曲线向低温区移动，煤样的着火温度及燃尽温度均呈下降趋势，着火时间提前且燃烧时间缩短，煤粉的综合燃烧特性指数有较大提高，并且，随煤粉粒径的增大，综合燃烧特性的改善更加明显。