中等挥发分烟煤回燃逆喷式燃烧数值模拟

为扩展逆喷室燃煤粉工业锅炉对中等挥发分烟煤的适用性,以大同烟煤为研究对象,利用数值模拟技术,对14 MW旋流逆喷式燃烧器三维建模,模拟了燃烧器内的燃烧组织过程。通过对比挥发分较高的神华煤模拟结果发现:着火位置、供料量和燃烧室温度均是影响中挥发分烟煤燃烧稳定的关键因素,延长高温区域、增加回流区域面积、强化燃烧器燃烧过程组织可有效提高燃烧器对中等挥发分煤种的燃烧效果,根据煤质特性,选择相应的运行条件可起到良好的稳定燃烧作用。结合现场运行,同时对现有燃烧器进行了优化研究,最终确定了14 MW燃烧器燃用大同煤的最佳运行工况,即一次风速为24 m/s、二次风速为10 m/s和进料量为0.35 kg/s的优化运行条件,经对运行过程检测,燃烧器出口和炉膛温度由原来的926.5℃和856.7℃分别升高至1 055.6℃和938.8℃,燃烧效率达到98%以上,燃烧更加稳定。     

我国预燃室旋流煤粉燃烧器研究进展

随着煤炭资源逐渐向集中-分布式能源利用体系方向发展,小规模煤粉工业锅炉系统在能源分布利用中将扮演至关重要的角色,但启停频繁、负荷调节宽泛等实际现状对其快速着火、稳定燃烧提出较高要求,同时燃烧温度低、火焰行程短等特点导致不易实现煤粉高效清洁燃烧,预燃室旋流燃烧器作为其核心燃烧装置是组织煤粉气流着火、稳燃低氮的重要基础。对预燃室旋流燃烧器的早期和目前研究应用进行回顾和论述,总结其共性和异性,随后给出未来发展研究趋势,为预燃室旋流燃烧器的设计开发提供启发思路。研究进展汇总表明:早期预燃室旋流燃烧器以一次风、粉旋流为主,多用于电站锅炉,为我国电力事业初期发展做出重要贡献;目前预燃室旋流燃烧器以二次风旋流为主,多用于煤粉工业锅炉,主要分类有钝体、分级、逆喷等结构特点,分别从强化回流、分级燃烧、逆向射流燃烧方面进行研究,具备一定高效低氮燃烧效果,为煤粉工业锅炉快速发展奠定基础;最后针对预燃室旋流燃烧器未来研究趋势提出粗细颗粒分离燃烧、预燃室结构形状、颗粒预燃室内停留时间3个方面研究内容,以促进煤粉工业锅炉强化高效低氮燃烧、拓宽负荷调节范围与提升煤种适用性。     

多通道逆喷旋流燃烧器不同负荷下煤粉燃烧特性研究

旋流燃烧器煤粉燃烧特性与其结构参数及运行工况密切相关，是工业煤粉锅炉的研究重点。为了研究煤粉在多通道逆喷旋流燃烧器不同负荷下的燃烧特性，以热态试验台架为基础，采用高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机3种手段对预燃室内的温度分布、组分浓度分布及预燃室外的火焰形态进行测量，分析不同负荷下煤粉在预燃室内、外的燃烧过程。试验结果表明：多通道逆喷旋流燃烧器在不同负荷下均可实现煤粉稳定燃烧，负荷最低可至35%;煤粉呈现“风包火、火包粉”的径向分级燃烧状态，其中低温空气层保证预燃室结构长期稳定运行，高温无氧强还原性气氛保证煤粉快速着火稳定燃烧同时抑制燃烧初期NO_x生成；低负荷运行时，煤粉燃烧过程集中在预燃室内且燃烧强度较高，温度较高其峰值均值为1 204℃,无氧区域较大时强还原性气氛中CO浓度较高，预燃室外无形态稳定火焰；中、高负荷运行时，预燃室内煤粉燃烧强度略低，温度较低时其峰值均值分别为1 087℃、1 090℃,无氧区域较小时强还原性气氛中CO浓度较低，燃烧过程延伸至预燃室外，形成稳定的旋流火焰，其直径和发散角度分别维持在750 mm和25°左右，而火焰长度则由2 627 ...     

沥青搅拌站煤粉旋流燃烧室的数值模拟研究

燃煤加热节约沥青搅拌站的运行成本。设计了出力为4 t/h的煤粉旋流燃烧室及其加热系统,并对燃烧室开展数值模拟研究。结果表明,煤粉颗粒燃烧室内迅速着火燃烧,燃烧室内速度场和温度场分布较为对称;旋流燃烧室内流场由旋流燃烧器和切向喷入燃烧室的二次风共同主导,当燃烧室切向进入的二次风与中心射线的偏置角不小于60°,一次风率在0.15~0.20,旋流燃烧室内流场合理,煤粉的燃烧效率可达97%~99%,NO_x排放浓度在650 mg/Nm~3左右,具有较高的负荷调节能力。模拟结果论证了在沥青搅拌站上使用煤粉旋流燃烧的可行性并提供了一定设计指导。     

煤氨混燃方式与掺氨比对燃料排放特性的影响研究

将煤与氨混燃逐步减少煤电是实现降碳的1种新途径，但煤氨混燃后的排放特性仍不清晰，需进一步从煤氨混燃方式与掺氨比对燃料排放特性的影响进行实验研究。因此，基于平焰燃烧器开展煤氨混燃实验，探究燃烧方式(预混、非预混)、掺氨比(0～100%)对排放特性的影响，采用烟气分析仪、热电偶与热重分析仪检测燃烧器上方高度沿程烟气中温度分布，并分析气体排放特性及飞灰特性。研究表明：当预混燃烧时，掺氨比越高，氨燃烧对煤氨气固燃料燃烧的促进作用越明显，即燃烧温度越高；而非预混燃烧时，掺氨比越高对燃烧越不利，即燃烧温度越低，但在燃烧前期消耗更多O₂,是由于此时氨燃烧速率更快，且存在氨与煤争夺O₂的现象，体现了掺氨后对燃烧反应的抑制作用。在预混、非预混2种燃烧方式下，掺氨后相比于纯煤燃烧则NO_x大幅增加，纯氨燃烧时NO_x浓度均有降低的趋势，掺氨比增加，CO₂浓度降低，非预混燃烧时CO₂浓度低于预混燃烧。当掺氨比≥60%时，在剧烈反应段，根据质量变化速率曲线，质量变化速率峰由单峰逐渐向...     

高速煤粉燃烧器大占比掺烧秸秆共燃烧试验研究

为了研究煤粉工业锅炉大占比掺混生物质的燃烧特性和NO_x排放特点,以高速煤粉燃烧器为研究对象,在型号为WNS的6 t/h蒸汽锅炉系统上进行试验研究,燃料为秸秆和神府烟煤混合粉体。首先研究混合燃料在高速煤粉燃烧器中的燃烧稳定性,其次研究掺混占比、锅炉负荷及空气分级对燃烧和NO_x的影响。研究结果表明:不对燃烧器做任何改动,不同占比的混合燃料均能够在燃烧器中着火和稳燃,工况4条件下锅炉从点火到额定负荷只需26 min,燃烧器观火孔处火焰橘红色,炉尾火焰亮红色,锅炉运行氧含量与炉膛压力波动平稳;当深度空气分级时,三次风达到总风量的质量浓度50%,秸秆占比为0时的NO_x最低排放质量浓度为420 mg/m~3左右,飞灰热值5 525 kJ/kg;秸秆占比分别为50%和70%时NO_x最低排放质量浓度为110～120 mg/m~3,飞灰热值2 511～2 930 kJ;秸秆占比为100%时NO_x最低排放质量浓度为200 mg/m~3,飞灰热值为0,表明大占比掺混生物质有利于提高深度空气分级时的燃烧效率和低氮效果;当锅炉负荷从4 t/h提高到6 t/h,掺混秸秆占比为50%和70%的混合燃料燃烧和低氮效果变优,燃用纯秸秆粉体NO_x排放质量浓度从135 mg/m~3增加到218 mg/m~3;二次风是影响NO_x排放的决定性因素,以50%掺混占比的混合燃料为例,使用空气分级技术,100%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为27%和100%,NO_x初始排放质量浓度从417 mg/m~3降低到182 mg/m~3,80%负荷时锅炉二、三次风阀开度分别为20%和70%,NO_x初始排放质量浓度从711 mg/m~3降低到205 mg/m~3。     

双锥结构设计对旋流器流场特性与分离性能的影响

复合锥旋流器的分离性能通常优于单锥旋流器,但锥段组合方式对旋流分离过程的影响机制尚未明晰,导致复合锥的结构优化设计仍主要基于生产经验。针对实验室?150mm水力旋流器,采用RSM湍流模型和TFM多相流模型系统考察了双锥结构中不同锥段锥角大小(10°、15°、20°和30°)及组合顺序对旋流器流场特性和分离性能的影响,并与常规单锥旋流器进行了对比。结果表明,双锥结构锥角大小的影响与单锥锥角影响规律基本一致,分离性能介于组成双锥结构的2种单锥结构之间,但沉砂分配曲线受小锥锥角影响更为明显。不同锥段具有各自独特的作用,其中大锥主要通过影响压降和切向速度来控制旋流器的离心强度和分离精度,而小锥主要通过影响沉砂口附近物料堆积状态和轴向速度分布来控制分离粒度、水分流比和沉砂颗粒产率。在相同工况条件下,通过合理匹配不同锥段,可显著改善旋流器分离性能,其中DC-Ⅰ结构(30°+10°)的分离粒度最小(d₅₀=15.34μm),而DC-Ⅳ结构(10°+30°)的分离精度最高(α=7.34)且能耗最低(P=67.09k Pa)。研究结果可为双锥旋流器结构设计与优化提供理论指导。     

含钒云母悬浮氧化焙烧-酸浸提钒试验研究

以陕西某V₂O₅品位2.36%的含钒云母为原料,开展了悬浮氧化焙烧-硫酸浸出提钒工艺研究,考察了焙烧温度、焙烧时间、焙烧气量以及氧气浓度对V₂O₅浸出率的影响,采用X射线衍射、热重分析、傅里叶变换红外光谱等检测手段对焙烧前后含钒云母的结构进行了分析。研究表明,适宜的悬浮氧化焙烧工艺为:焙烧温度950 ℃、焙烧时间4 h、O₂浓度35%、总气量600 mL/min,焙烧产物在硫酸用量(质量分数)20%、液固比6∶1、浸出时间3 h、浸出温度90 ℃条件下进行酸浸,V₂O₅浸出率可达73.34%,实现了含钒云母破晶提钒的目标。     

基于煤粉预燃的深度空气分级低氮燃烧技术研究

基于带有预燃室的煤粉燃烧系统而开发的深度空气分级低氮燃烧技术,可实现低氮氧化物(NO_x)初始排放效果。阐述了中心逆喷强旋流煤粉预燃系统的技术原理以及燃烧系统的配风策略优化,并从分级配风对比未分级配风、三次风比例对NO_x的影响、不同配风位置对NO_x的影响、炉膛出口氧含量等方面分析7MWth热态燃烧台架实验结果。结果表明,深度空气分级有利于降低NO_x初始排放,当三次风配风比例不超过40%时,三次风占比越高,NO_x初始排放值越低,最优工况NO_x初始排放值约200 mg/Nm~3(@9%O_2),配风比超过40%时NO_x初始排放有增高趋势;采用炉膛侧墙对冲的三次风配风方式,配风控制精准,混合效果好,炉膛温度分布更均匀,炉膛出口断面氧量分布差异小,延长了煤粉在还原区的停留时间,利于降低NO_x初始排放。     

CaCl2-热处理煤泥制备复合材料及其活化PMS降解苯酚性能

基于我国煤泥当前综合利用现状与煤矿集聚区地下水体污染治理的迫切需求,以煤泥(CS)为原料,添加不同质量的CaCl₂作为活化剂,采用混合绝氧煅烧的方式制备了不同配比的煤泥基复合催化材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱等手段对其进行表征,并研究其用于活化过一硫酸氢钾复合盐(PMS)和催化降解水中苯酚的性能。结果表明:CaCl₂-热处理煤泥制得的催化材料能高效活化PMS和降解苯酚;当煤泥与CaCl₂质量比为4∶3时所制备的复合材料应用效能最优,苯酚降解率可达100 %;降解体系中活性物种1O₂起主要作用;催化材料pH值适用范围(3.0~11.0)较广,且水体中各种阴离子对苯酚降解的影响较为有限,展现出良好的应用前景。     

掘进工作面附壁射流紊动特性的LDA实验

掘进工作面附壁射流具有置换和掺混双重作用,体现为流场的时均和紊动特性。射流的紊动在瓦斯粉尘的迁移扩散中起着关键性作用,如工作面粉尘的悬浮运动完全靠风流的紊动得以维持。由于紊动本身的复杂性以及实验设备的限制,以往对独头巷附壁射流的研究一般停留在时均量上,对紊动量的认识还不够深入。为此,采用三维激光多普勒测速仪,在独头巷射流通风实验模型内,对三维脉动风速进行了测量。根据紊流统计理论,分析得到了风流的各向紊动强度,并对紊动强度的分布规律和量级进行了研究。结果表明:受限条件下,由于回流存在,射流的紊动在射流区和回流区都很剧烈,3个方向的紊动强度具有量级相同和各向异性的特点。在射流剪切层内,紊动强度从射流轴线到射流边界呈先增后减趋势;在射流剪切层以外的回流区,紊动整体变化不明显,始终维持着与平均风速大小相当的强度。流场内较大的速度梯度导致流层之间剪切失稳是形成剧烈紊动的重要原因。由于紊动具有与平均风速相近的强度,在研究独头巷风流排污效率、瓦斯粉尘运移规律等问题时,无论理论分析还是数值计算,都应对运动方程中的速度脉动项给予充分重视。     

不同自然风速下人工通风对深凹露天矿风流场的影响

为研究不同自然风速下人工通风对深凹露天矿风流场的影响，利用FLUENT对某深凹露天矿内的风流场进行了模拟研究。研究结果表明：当自然风速为2 m/s时人工通风前后坑内复环流体积减少不太明显；当自然风速为5 m/s时封闭圈以下复环流影响范围小，因此复环流体积减少也不明显；而当自然风速为3 m/s和4 m/s时，靠近背风坡的低压区和低速区显著变化，复环流体积减少明显。在自然风速较低或无风时空气交换率缓慢增加；当自然风速≥2 m/s时空气交换率均显著增加。与复环流的体积变化趋势基本一致，验证了人工通风方案的可行性，采取人工通风措施后深凹露天矿内的风流场均得到显著改善。     

平底结构对水力旋流器流场特性及分离性能影响

基于数值模拟对比了渐缩平底旋流器与复合锥角旋流器流场特性以探究平底结构对水力旋流器流场的影响。数值试验结果表明：两种水力旋流器压强分布和切向速度分布基本一致,而空气柱附近压强梯度存在差异;渐缩平底旋流器溢流管下方湍流强度较低而底流口附近则相反;渐缩平底旋流器柱-锥交界面的空气柱附近轴向速度较高,导致其分流比较低。实验室旋流分离试验表明：平底结构能有有效抑制溢流跑粗和底流夹细现象,显著提高分级效率,改善水力旋流器分离性能。     

高温空气煤粉点火的试验研究

分析了当今国内外电站煤粉锅炉的无油点火技术，提出了利用高温空气点燃煤粉气流的设想．通过大量的空气加热试验和煤粉气流着火试验，验证了高温空气煤粉点火技术的可行性，并取得了大量的试验数据，为高温空气点火燃烧器的开发和应用提供了依据．试验发现：大多数煤种普遍存在一个对应于最小着火温度的最佳煤粉浓度；一次风粉速度的提高对着火不利；高温空气速度的提高对着火有利．     

煤与瓦斯突出冲击气流形成及传播规律

为充分认识煤与瓦斯突出冲击气流的形成机理及其传播特征,基于气-固耦合作用下的煤与瓦斯突出物理模拟试验结果,结合气体动力学理论,建立冲击气流的形成及其运移模型,并应用于煤与瓦斯突出冲击气流数值模拟分析.结果 表明:煤层瓦斯压力和应力下降过程中皆存在阶段性平稳或回升现象,说明能量的释放是分阶段完成的;煤层应力的变化主要集中...     

胜利褐煤外热式气流床温和气化建模研究:模型的建立

以胜利褐煤为原料,在80 mm×3 000 mm下行气流床中进行了800℃/900℃气化实验,研究了炉内气固相流动特点、炉内反应分区、主要反应的动力学,进而建立了气化炉模型。结果发现,气相流动存在射流区、回流区、平流区,其中平流区占95%;实验条件下炉内依次发生热解、燃烧、气化反应;结合实验条件,利用缩合模型推导了H_2O-O_2协同作用影响下半焦氧化和气化反应的速率方程,发现它们分别受气膜扩散、化学反应控制,而且受协同作用影响,气化反应速率在添加氧气前后差异较大,故建模时采用推导的速率方程更切合实验条件和煤种特性;考虑H_2,CO,CH_4燃烧、半焦-CO_2/H_2气化,CO变换、CO-H_2甲烷化反应,忽略速率较小的焦油燃烧、半焦-H_2O甲烷化,CO_2-H_2甲烷化等反应;由于半焦微观结构的差异,不同温度和气氛下单位反应体积内气固相有效接触(碰撞)面积差异较大,建模时应分别考虑;通过以上研究建立了气化模型,模型预测值误差较小,92%预测值误差小于20%,75%预测值误差小于10%。     

考虑温度影响的充填料浆水平管流特性研究

为探究不同温度下充填料浆水平管流特性,开展了流变实验以获取不同温度下充填料浆流变参数,基于流体力学理论提出了充填料浆管道输送基本假设,利用COMSOL软件建立水平管道模型,分析了温度对料浆流态、流速、管道压力及管输阻力的影响.结果表明,温度升高,充填料浆塑性黏度和屈服应力降低;料浆在管道输送过程中壁面附近呈剪切流动,中...     

金隆闪速炉精矿喷嘴运行实践

介绍了金隆闪速炉中央喷射扩散型精矿喷嘴的运行情况、操作的改进及改进后的效果 ;通过反应塔壁温度的变化 ,分析了喷嘴出口空气速度、分布空气量、中央氧量等对喷嘴运行的影响 ,分析了反应塔下生料的原因及对策 ,提出了降低反应塔炉衬温度、保护反应塔顶和塔壁的措施 ,指出了喷嘴结构改进的方向。     

空气幕引射风流在14行集中回风井跨塌后的现场应用

14行集中回风井突然发生大面积垮塌后,主斜坡道1150~1000 m段出现严重风流反向,1000 m运输水平新鲜风流无法进入。为此,金川二矿区采用多机并联空气幕引射风流,主斜坡道进风量达到45 m3/s,有效地控制了主斜坡道1150~1000 m段的反风现象,解决了1000 m运输水平没有新鲜风流的问题。