O2/CO2气氛下炉内煤粉切圆燃烧数值研究

对某电厂600 MW切圆燃烧锅炉进行了O2/CO2气氛下炉内流动、传热和燃烧过程的数值研究。结果表明:在O2/CO2气氛下,随着氧气摩尔浓度的增加,炉内温度升高,高温区变大,对煤粉的着火燃烧有利;但考虑到燃烧器安全和水冷壁结渣,氧气摩尔浓度不能太高,对燃用文中煤质的锅炉其极限摩尔浓度在40%至45%之间。O2/CO2气氛对现有切圆燃烧锅炉的上层燃烧器煤粉的燃烧影响较小,对下层燃烧器煤粉的燃烧影响较大。与空气气氛煤粉燃烧相比,炉内火焰中心上移,且在氧气摩尔浓度不太高时,炉内温度分布特性有利于防止水冷壁的结渣。     

中心轴插式等离子体点火特性数值模拟

以Fluent软件为计算平台,针对中心轴插式等离子体点火燃烧器内部三维湍流流场及点火特性进行数值模拟,计算煤粉混合物在通过整个燃烧器时内部温度场、着火过程成分变化和煤粉的燃尽率等,分析其点火燃烧器内部的燃烧特征.分析了在给定来流条件下,不同等离子体喷枪功率下,点火煤粉燃烧器内中心截面温度分布;分析了点火煤粉燃烧器内CO、O2和CO2的质量浓度分布与温度分布的关系.     

不同试验规模的富氧煤粉燃烧研究进展

分析总结了不同规模燃烧试验装置上获得的富氧煤粉燃烧研究成果及进展,并对今后富氧煤粉燃烧的发展进行了展望。实验室规模研究表明,在相同O2浓度条件下O2/CO2气氛煤粉燃烧气体和颗粒温度比O2/N2气氛低,燃尽时间延长,但提高O2浓度可明显改善煤粉着火及燃烧特性。中试规模研究表明,再循环烟气比例、一、二次风O2浓度和二次风预热温度对富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性有重要影响。要达到与空气煤粉燃烧相匹配的燃烧与传热效果,O2/CO2气氛中O2浓度一般在27%～35%,此值主要与煤种有关。     

不同粒径煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性

用TG研究了不同粒径煤粉在空气和O2/CO2气氛下的燃烧特性,对比分析了两种气氛下不同粒径对煤粉特征温度和特征指数的影响情况.结果表明,O2/CO2气氛下,粒径对煤粉燃烧的影响要大于空气气氛,且挥发分含量越高的煤种其影响越大.相比空气气氛,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性随粒径变化会呈现较大的波动性,且随着煤种挥发分含量的增加,小粒径段煤粉的波动性增强.可以通过提高氧浓度来减少燃烧波动的影响.     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧反应动力学的试验研究

在热重分析仪上进行了模拟空气气氛及不同O2浓度(21%、30%、40%、80%)的O2/CO2气氛下3种不同品质煤粉(龙岩无烟煤、贵州烟煤、元宝山褐煤)的燃烧特性试验,确定了3种煤粉的燃烧特征参数并进行了动力学分析.结果表明,O2/CO2气氛下煤粉的燃烧分布曲线与O2/N2气氛下有明显不同,在相同O2浓度的条件下,O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,燃尽时间长;随着O2浓度的增加,燃烧DTG曲线向低温区偏移,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,可燃性指数及燃尽指数明显提高;O2/CO2气氛下煤粉燃烧基本属于一级反应,动力学参数随燃烧气氛与煤质变化的不同有较大差异.     

不同O2/CO2比例气氛下富氧燃烧锅炉热力计算对比分析

采用富氧燃烧可以显著减少阻燃空气量以及烟气中非可燃气体含量,使得锅炉节能减排更加有效.不同的O2/CO2气氛下,富氧燃烧锅炉的燃烧状况随之变化,随着氧浓度的升高,炉膛内燃烧强度增强,理论燃烧温度升高,炉膛内辐射吸热量增加.介绍了富氧燃烧技术的基本特点,分析了不同O2/CO2比例气氛下富氧燃烧锅炉结构的不同,通过计算找到合适比例气氛下的富氧燃烧锅炉.     

O2／CO2煤粉燃烧对矿物质成灰行为的影响

通过乌兰木伦煤在高温沉降炉中的燃烧实验,研究了O2/CO2燃烧时煤中矿物质的成灰行为.通过对所生成灰样的详细分析,并和O2/N2气氛下煤灰特性比较,研究了O2/CO2燃烧对矿物质成灰行为的影响.结果表明,与O2/N2燃烧相比,O2/CO2燃烧对灰样中生成的主要矿物质物相未产生显著影响,但改变了它们的相对含量;煤粉在O2和CO2体积比R为1:4条件下燃烧时,亚微米颗粒的生成量在较空气燃烧时减少,而当O2和CO2体积比R为2:3时,亚微米颗粒的生成量较相同氧浓度的O2/N2燃烧时大幅度增加;燃烧气氛还显著地影响亚微米颗粒的元素组成.     

空气分离_烟气再循环技术基础研究进展

分离回收矿物燃料燃烧产生CO2的技术被认为是近期内减缓CO2排放的较为可行的措施。在众多CO2分离回收技术中,空气分离/烟气再循环技术(O2/CO2燃烧技术)具有明显的优势和较强的应用前景。本文介绍了全球CO2的排放情况,总结了空气分离/烟气再循环技术的提出背景和研究现状,并重点阐述了O2/CO2气氛下煤粉燃烧及各种污染物(SO2、NOx及超细颗粒物)的排放特性,指出了目前研究的不足之处和存在的问题。O2/CO2气氛下煤粉燃烧速率低,火焰发暗且燃烧不稳定,污染物生成及钙基脱硫剂的脱硫规律与传统方式存在明显差异,研究O2/CO2气氛下煤粉的燃烧特性及多种污染物的协同控制机理,将是今后工作的重点。     

生物质(气)耦合燃煤锅炉燃烧特性数值模拟

为了研究不同类型生物质对煤粉耦合生物质再燃锅炉燃烧特性的影响,基于FLUENT模拟软件,选取某超超临界660 MW锅炉作为研究对象,搭建煤粉锅炉耦合生物质(气)再燃模型,对锅炉进行改造,在最顶层二次风喷口和燃尽风之间增添生物质(气)再燃喷口,分别对纯煤燃烧,生物质固体再燃,生物质气体再燃等不同工况的燃烧特性进行数值模拟,研究燃烧区温度场,组分分布以及炉膛出口烟气中CO2和NOx质量浓度分布的变化规律.结果 表明:生物质再燃降低锅炉煤粉消耗量,使得主燃区燃烧温度降低,同时使得炉内燃烧火焰中心上移,炉膛出口CO体积分数上升,增加了排烟热损失;相比于纯煤工况,生物质固体和生物质气再燃均可以使炉膛出口CO2和NOx的体积分数降低,但是生物质气效果要明显高于生物质固体.其中食物垃圾气体再燃减少CO2排放与降氮效果最好,CO2减排率可达13.87％,降氮率可达24.13％.     

气化炉内撞击区气体浓度与火焰形状分析

采用水冷取样管与气体净化分析系统,对气化炉内喷嘴平面的气体浓度分布进行了热态试验研究.通过图像处理将火焰图像沿气体取样管方向分为火焰撞击区、过渡区和无火焰区三部分.试验结果表明,气化炉内火焰撞击面气体组分与火焰形状密切相关,气体浓度在过渡区变化最大;CO2和O2浓度的最高点出现在炉膛中心位置,在无火焰区,所测气体浓度基本保持不变;CO与CO2收率的比值可作为火焰形状判断的依据;或当O2浓度降到小于O.03%时也可以认为火焰结束.     

生物质(气)耦合燃煤锅炉燃烧特性数值模拟

为了研究不同类型生物质对煤粉耦合生物质再燃锅炉燃烧特性的影响,基于FLUENT模拟软件,选取某超超临界660 MW锅炉作为研究对象,搭建煤粉锅炉耦合生物质(气)再燃模型,对锅炉进行改造,在最顶层二次风喷口和燃尽风之间增添生物质(气)再燃喷口,分别对纯煤燃烧,生物质固体再燃,生物质气体再燃等不同工况的燃烧特性进行数值模拟,研究燃烧区温度场,组分分布以及炉膛出口烟气中CO2和NOx质量浓度分布的变化规律.结果 表明:生物质再燃降低锅炉煤粉消耗量,使得主燃区燃烧温度降低,同时使得炉内燃烧火焰中心上移,炉膛出口CO体积分数上升,增加了排烟热损失;相比于纯煤工况,生物质固体和生物质气再燃均可以使炉膛出口CO2和NOx的体积分数降低,但是生物质气效果要明显高于生物质固体.其中食物垃圾气体再燃减少CO2排放与降氮效果最好,CO2减排率可达13.87％,降氮率可达24.13％.     

富氧氛围下煤粉锅炉等离子冷风直接点火过程的数值模拟研究

富氧氛围下煤粉锅炉等离子冷风直接点火是一项有前景的技术,对启动没有风温要求.采用Fluent对该技术的点火过程进行数值模拟.计算结果表明,该点火在一定的氧气浓度和煤粉浓度下能够实现煤粉气流的点火,对应的一次风最低氧浓度为27％、最低煤粉浓度为0.24 kg/kg.通过比较富氧冷风气氛与空气温风气氛下燃烧器点火情况,证实了氧浓度的提高加快了煤粉燃烧速度,煤粉燃烧生成的CO量更小,火焰温度提高,利于降低等离子的能量输入.     

660MW四角切圆锅炉混煤燃烧数值模拟分析

为了优化煤粉燃烧,提高电厂效益,以660MW超超临界四角切圆锅炉作为研究对象,利用CFD数值模拟方法对该锅炉混煤燃烧状态进行模拟分析。通过对多种掺混比例沿炉膛高度方向O2浓度、NOX浓度、CO2浓度等云图分布,对比分析了炉内燃烧状态。结果表明,在设计煤种与现有煤种掺混比例为4:1时,NOX浓度在炉膛中心明显增加,O2浓度在三种掺混方式下分布较为接近。在距一次风喷口较近区域,CO2的浓度相对较少;在壁面处,部分煤粉颗粒流动受阻,局部CO2变高。对比分析确定了该锅炉掺混的最佳比例,对合理选择煤种配比提供参考。     

O2/CO2气氛下煤粉的燃烧规律与动力学特性

在O2/N2及O2/CO2气氛下,利用热重法(TG)进行了3种煤粉的非等温燃烧试验.结果表明:在相同O2浓度下,不同气氛并未引起燃烧规律的变化,O2/CO2气氛可以取得O2/N2条件的燃烧效果;O2浓度在40%的范围内,随着O2浓度的提高,煤粉着火点和失重峰温度降低较为明显.此外,采用普适积分法对燃烧过程的动力学参数进行计算.结果表明:不同的反应区段存在不同的化学反应机理,但气氛的改变并未引起化学反应机理的变化,同一煤种活化能E在各个工况下的差异可由"动力学补偿效应"解释,且该计算函数适合研究已有条件下的化学反应机理.     

炉内配风方式对燃烧特性影响的数值模拟与试验研究

为了了解不同配风工况对炉内煤粉燃烧特性的影响,以四角切圆燃烧煤粉锅炉为研究对象,分别对其进行了炉内流动、燃烧过程的数值模拟及优化燃烧调整试验,综合分析数值模拟和试验的结果表明:当机组负荷一定时,适当减少一次风率,能使整个炉膛火焰充满度大大得到改善,火焰长度与煤粉着火距离有所缩短;采用倒宝塔型二次风配风方式对于较差煤种的稳定着火较为有利;而停止三次风时,炉膛温度水平较高,煤粉燃烧完全,锅炉效率有所提高.     

初始氧浓度对锅炉富氧燃烧和NOx排放的影响

针对某电站300MW燃煤锅炉,基于专门开发的CFX-TASCFLOW软件平台,将额定负荷下空气气氛、不同初始氧浓度φ(O2=21%、30%、35%、40%)的O2/CO2气氛,共五种工况下的炉内流动、燃烧及污染物生成进行了数值模拟。计算结果表明:O2/CO2燃烧方式下,炉膛出口烟气中CO2的浓度均可达到90%以上,便于CO2的回收;随着初始氧浓度的增大,炉内的火焰温度提高,沿炉膛高度方向温度的降低幅度增高,炉膛出口烟气温度降低,NOx的生成量小于空气气氛;飞灰可燃物在初始氧浓度为21%时最高,在初始氧浓度增至30%～40%时,飞灰可燃物大幅度下降;30%的初始氧浓度是比较合理的富氧燃烧浓度。     

锅炉氧煤无焰燃烧技术分析

氧煤燃烧是一种全新燃烧方式,将氧煤燃烧器的表观氧气浓度从30％提高到50％、将O2/CO2混合气改变为纯氧气与再循环CO2烟气分离、将喷嘴速度从50m/s左右提高到200 m/s左右组织炉膛烟气形成高倍率内循环,从而在炉膛内实现高温低氧的氧煤无焰燃烧状态,氧煤无焰燃烧技术能实现煤粉高效燃烧和较低NO浓度排放的统一,锅炉...     

一次氧化剂O2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40 kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40％和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9％时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6％、10.0％和5.5％时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.     

一次氧化剂O_2体积分数对富氧燃烧煤粉着火距离影响的数值模拟

对40kW同轴射流富氧煤粉燃烧试验系统进行数值模拟,研究了在总体O2体积分数和氧化剂过量系数一定的条件下,不同一次氧化剂O2体积分数对同轴射流富氧燃烧煤粉着火距离的影响,分析了低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧煤粉着火及火焰稳定性.结果表明:在总体O2体积分数为40%和氧化剂过量系数为1.15的条件下,当一次氧化剂O2体积分数为20.9%时,着火距离较小,为附着火焰;当一次氧化剂O2体积分数减小至14.6%、10.0%和5.5%时,着火距离明显增大,着火延迟,为分离火焰;适当提高二次氧化剂预热温度有利于低一次氧化剂O2体积分数下富氧燃烧的煤粉着火及火焰稳定.     

O2/CO2气氛下煤粉锅炉的效率分析

建立了适用于O2/CO2气氛下煤粉锅炉的效率计算模型,并以300 MW煤粉锅炉为研究对象,分别计算了常规空气、φ（O2）∶φ（CO2）=30∶70、φ（O2）∶φ（CO2）=35∶65与φ（O2）∶φ（CO2）=40∶60气氛下煤粉锅炉的各项损失和锅炉效率,并与该锅炉在4种气氛下热效率的计算结果进行了分析比较.结果表明：O2/CO2燃烧技术可提高锅炉的热效率和效率;对锅炉的效率计算分析可以揭示其能量的质和量的利用程度与主要损失项;可为不同O2/CO2气氛下煤粉锅炉的优化设计与经济性评估提供参考.