空气深度分级对低挥发分煤燃烧过程影响的研究

通过数值模拟研究了在一维燃烧炉上燃用低挥发分煤的条件下,空气深度分级和煤粉细度变化对煤粉燃尽过程和NO_x排放的影响,得到了沿炉膛轴线方向上的温度、氧浓度和NO_x的分布,表明空气深度分级后燃烧后期的氧量增加,炉膛温度水平提高,而煤粉细度的提高使得上述效果更加明显,因而燃烧效率提高和NO_x排放降低,并通过实际燃烧试验验证了数值模拟结果.研究结果表明,对燃用低挥发分煤,采用空气深度分级技术和提高煤粉细度的措施,可以同时取得高效低NO_x排放的效果.     

1000MW塔式锅炉中低负荷下低NO_x排放优化

针对大型燃煤锅炉在中低负荷下普遍存在的炉膛出口NO_x质量浓度偏高的问题,对某台1 000 MW超超临界塔式锅炉炉内流动、传热、燃烧及污染物排放特性进行了数值模拟研究.通过改变周界风挡板开度及适当降低运行氧体积分数,对该锅炉中低负荷下NO_x质量浓度高的问题进行优化.结果表明:模拟结果与现场试验数据符合得较好;中低负荷下,减小周界风挡板开度,燃烧初期化学当量比减小,炉膛出口的NO_x质量浓度相应下降,70%和50%负荷时分别下降了31.2%和17.0%;适当降低运行氧体积分数,NO_x质量浓度有一定的降低,同时煤粉燃尽情况基本不变.     

制粉系统运行方式对锅炉NO_x排放特性影响的试验研究

以某660 MW超超临界机组锅炉为研究对象,通过现场试验方法,研究了制粉系统运行方式,如煤粉细度、一次风量、磨煤机出口温度、煤粉分配均匀性及磨煤机组合方式等对锅炉出口NO_x排放特性的影响规律。结果表明:煤粉细度对NO_x排放浓度影响较大,煤粉粒径越小,NO_x排放浓度越低;随着磨煤机入口风量的降低,NO_x排放浓度呈先降后增的趋势;磨煤机出口煤粉分配偏差的改善使主燃烧区的热负荷更均匀,从而抑制了NO_x的生成;提高磨煤机出口风粉温度,NO_x生成量增加,排烟温度降低;而磨煤机的组合运行方式通过改变炉内的燃烧状态和温度分布来影响NO_x的生成量。     

切圆煤粉锅炉墙式燃尽风技术的研究与应用

在某电厂330 MW四角切圆煤粉锅炉上应用墙式燃尽风技术,研究了该技术对NO_x和CO体积分数以及锅炉效率、汽温偏差的影响,并将通过改进模型所得的NO_x质量浓度计算值与实际值进行对比.结果表明:采用墙式燃尽风技术,通过合理配风,锅炉NO_x和CO等未燃尽可燃物体积分数均比常规角式燃尽风工况下低,在降低NO_x质量浓度的同时锅炉效率不变,并且在解决锅炉两侧汽温偏差方面具有良好的效果.     

考虑碳烟还原NO反应的煤粉燃烧仿真模型

为准确预测煤粉燃烧中NO_x生成与还原,在数值仿真模型中,将碳烟引入煤粉的热解过程,考虑碳烟对NO的还原作用,此外在燃料型NO_x模型中将HCN氧化速率设置为De Soete推荐值的13倍.采用国际火焰燃烧协会IFRF的试验结果对模型进行验证,结果表明,改进后的数值计算模型能够显著提高对燃烧器出口附近x=0.15平面处NO体积分数变化的预测精度,而其他数值计算模型在该平面处的NO体积分数计算结果普遍偏低.     

优化配风对NO_x生成的影响

对一台1,000,MW超超临界锅炉中燃尽风(OFA)对NO_x生成的影响进行了数值模拟,分析了燃尽风配风比例以及燃尽风的SOFA喷口风门位置对出口NO_x的影响.结果表明:随着燃尽风配风比例的提高,由于主燃区过量空气系数减小导致还原性增强以及燃烬风补入空气对整体烟气的温度稀释和NO_x体积分数稀释的增强,使得出口NO_x体积分数降低.而上移SOFA喷口风门位置,由于拉长了还原区的长度导致出口NO_x降低.     

低氧稀释条件下不同煤种着火燃烧特性实验研究

在平面火焰煤粉燃烧实验系统上研究了O2/CO2气氛中不同热协流温度(1473～1873 K)和氧气体积分数(5％～20％)下神木西烟煤、长平贫煤和济源无烟煤煤粉的着火和燃烧特性.采用光纤光谱仪和CMOS相机分别获取了煤粉燃烧的火焰辐射光谱和火焰图像,比较了不同燃烧条件下不同煤种的煤粉着火距离、颗粒温度和颗粒温度波动系数.结果 表明:随着热协流氧气体积分数的减小,煤粉火焰长度和着火距离增加,颗粒平均温度下降,颗粒温度波动系数减小;煤粉挥发分质量分数越高,颗粒温度波动系数越小,颗粒温度分布越均匀;在热协流温度为1473 K、氧气体积分数为5％的条件下,神木西烟煤的煤粉颗粒温度波动系数为2.0％,比济源无烟煤低70％,更易于实现煤粉的低氧稀释燃烧.     

H2/CO合成气层流扩散燃烧产物NOx生成机理的数值分析

采用Chemkin软件中的OPPDIF(对冲扩散火焰)模型对H_2/CO合成气燃烧产生的NO_x排放特性进行了数值研究,分析了合成气扩散火焰中H_2体积分数对NO_x形成的影响。使用OPT(光学薄辐射)模型考察了辐射散热对模拟火焰的影响,采用GRI-Mech 3.0详细化学反应机理研究了NO_x的生成机制。数值模拟结果表明:非绝热条件下,随着合成气中H_2体积分数的增加,层流对冲扩散火焰的峰值温度单调增加;在绝热条件下,合成气火焰的峰值温度会随H_2体积分数的增加而略微下降;同时,随着H_2体积分数的增加,合成气燃烧产生的NO含量明显增加,其中热力型NO的生成量随H_2体积分数的增加变化明显,主导着NO生成量的变化趋势。     

锅炉风箱二次风流量分配对燃烧特性的影响

为了研究风箱二次风流量分配特性及其对锅炉燃烧特性的影响,在不同二次风风门开度工况下对一台600 MW超临界前后墙旋流对冲锅炉进行数值模拟。结果表明:在相同的二次风风门开度下,各燃烧器流量分配呈现出中间大、两边小的不均匀特性;随着二次分风风门开度减小,燃烧器流量分配不均匀特性逐渐增强,当二次风风门开度由100%减小到40%时,燃烧器之间的流量偏差系数由3.51%增加到6.17%;沿炉膛宽度方向,中心区域氧体积分数较高,两侧区域氧体积分数较低,靠近两侧墙燃烧器的煤粉未燃尽部分是锅炉煤粉未燃尽部分的主要来源;二次风流量分配不均匀性越大,飞灰含碳量、烟气中CO质量分数和炉膛出口NO_x质量分数越大;燃烧器流量分配不均,锅炉燃烧效率下降。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧特性及动力学分析

采用热重实验系统进行了煤粉在O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下的燃烧实验,研究了氧体积分数和粒径对燃烧特性的影响.实验结果表明,氧体积分数越高、粒径越小,煤粉的燃烧特性越好.在氧体积分数较高时,煤粉在O_2/CO_2气氛下的反应比在O_2/N_2气氛下进行得慢;而氧体积分数较低时,煤粉在O_2/CO_2气氛下的反应比在O_2/N_2气氛下进行得快.此外,采用Coats-Redfern积分法、Flynn-Wall-Ozawa积分法和Kissinger-Akahira-Sunose积分法对煤粉在程序升温过程中的燃烧反应做了相应的动力学分析.结果表明,O_2/N_2和O_2/CO_2气氛下不同氧体积分数时的煤粉燃烧反应动力学参数表观活化能E和指前因子A之间具有动力学补偿效应.煤粉燃烧过程中在同一转化率下的表观活化能E随其粒径的减小而降低.     

掺混比对半焦与烟煤混合燃烧及NO_x排放特性影响的试验研究

在350 kW中试煤粉锅炉上研究了热解半焦掺混比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时着火特性、燃尽特性以及NO_x排放特性的影响,测量了不同轴向位置处炉膛温度以及O_2体积分数、CO体积分数和NO_x质量浓度等参数。结果表明:随着掺混比的增大,着火性能变差,着火距离增加且着火温度升高,主燃烧区出口NO_x质量浓度逐渐增大;采用EGA气体释放法分析燃料着火点时,CO释放法对掺混比为60%和100%的燃料适合,NO_x释放法在分析高挥发分烟煤的着火时效果更好;纯半焦燃烧时燃尽率最低,掺混高挥发分烟煤对整体燃尽有较大改善。     

布尔台煤燃烧特性试验研究

采用西安热工研究院的1 MW半工业性试验炉,对布尔台煤进行燃烧试验研究,分析其燃烧特性。试验结果表明:由于布尔台煤的挥发份较高,着火稳定性较好。运行氧量在2.5%时,布尔台煤燃尽率相对较低;随着氧量的增加,炉膛出口温度增加,对屏区结渣不利,运行氧量控制在3.5%左右合适。煤粉细度R90在9-36%范围内对布尔台煤燃尽率影响较小,煤粉细度R90增加时,NO_x排放增大,炉膛出口温度较高,对机组燃烧不利,建议煤粉细度R_(90)控制在18%。     

分解炉内不同CO2体积分数下的煤粉及煤焦还原NO特性

利用高温气固悬浮实验台对水泥行业中两种典型煤粉及一种煤焦在不同CO2体积分数的气氛下对NO的还原特性进行了实验研究,并考察了添加生料、石灰石及生料分解产物对煤焦及煤粉还原NO的影响特性.研究结果表明,气氛中CO2体积分数升高,煤焦及煤粉对NO的还原速率均增大,NO气体体积分数的谷值降低.水泥生料及石灰石对煤粉及煤焦还原NO的反应具有正催化作用;而水泥生料的分解产物对NO还原的正催化作用最强.随着气氛中CO2体积分数的升高,添加生料、石灰石及生料分解产物对煤焦及煤粉还原NO的促进作用相对减弱.     

电站燃煤机组煤粉细度优化分析

对某电厂200 MW燃煤机组运行过程中的煤粉细度进行优化分析,得出煤粉细度对机组运行性能的影响规律.结果表明,煤粉细度R90由40.5%调整到25.3%,锅炉效率上升0.31%,排烟中NOx含量降低65 mg/m3,机组厂用电率增加0.017%,钢球消耗成本每小时增加36.4元,综合供电成本下降每千瓦时0.000 41元.另一方面,锅炉炉膛出口烟温下降40℃左右,改善了锅炉受热面的结渣情况.该机组的煤粉经济细度R90为25.3%.     

无烟煤和焦炭的NO_x生成规律研究

通过改变无烟煤和焦炭燃烧时的粒径、温度和氧浓度,采用管式炉进行焦炭和无烟煤的燃烧试验,并测量烟气中NO的体积分数。试验研究了铁矿石烧结时存在的粒径、温度、氧浓度对无烟煤和焦炭燃烧过程中NO_x释放和燃烧速率的影响。结果表明,焦炭的NO_x转化率会随着粒径增大而减小,而无烟煤的NO_x转化率则会随着粒径增大先增大后减小。焦炭和无烟煤的NO_x转化率都会随着温度升高而减小。在1000℃时,焦炭和无烟煤都会随着氧浓度的升高,NO_x转化率随之升高,但是在1100℃时,焦炭的NO_x转化率会随着氧浓度升高而减小。     

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.     

不同一次风浓淡比下半焦与烟煤混燃热态实验研究

在350 kW热态中试炉上开展一次风浓淡比(煤粉质量流量比)对一次风着火特性影响的热态实验研究。通过测量燃烧器下游主燃区不同轴向位置、径向位置处的炉膛温度、O_2体积分数、CO体积分数以及NO_x质量浓度等参数,研究浓淡比对神华烟煤与神木半焦混合燃烧时(掺混比为50%)着火特性和NO_x质量浓度的影响。结果表明:除了浓淡比为1.0,混合燃料浓侧射流着火燃烧均优于淡侧,焦炭稳定燃烧位置向炉膛上游移动,O_2消耗及燃烧产物生成也主要集中在浓侧;随着浓淡比的增加,着火距离减小,高温区燃烧稳定性增强,NO_x质量浓度大幅降低,但浓淡比为3.8和5.0时,主燃区出口中心NO_x质量浓度差值仅为20.27 mg/m~3,差距较小,推荐半焦混合燃烧的合适浓淡比为3.8～5.0。     

O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧NO排放特性

在沉降炉上对O_2/CO_2气氛下超细煤粉(0~20,μm)、大粒径煤粉(70~100,μm)以及二者混合煤粉NO的生成特性进行了研究,结合红外光谱分析研究了煤焦表面含氧官能团与NO生成之间的关系.结果表明:随着挥发分析出燃烧和煤焦燃烧的进行,NO沿炉子长度方向分布呈现为"M"型.入口气氛中氧体积分数提高,NO生成速度加快,入口附近NO体积分数峰值提高,炉子出口附近NO体积分数并未同步提高.煤粉粒径分布不同,沿炉子方向NO分布曲线形态不同,NO峰值出现位置发生改变.入口氧体积分数不同,煤焦表面含氧官能团生成规律不同,煤焦表面含氧官能团增加,有利于降低NO的生成.     

高温低氧气氛下煤粉燃烧特性

利用自制恒温热重实验系统,研究了模拟炉膛烟气环境(即高温低氧气氛)下煤粉的燃烧特性.结果表明:煤粉突然置于高温环境中,失重曲线存在一个转折,随着煤化程度降低,这一现象更加明显;煤粉在1 500℃下燃烧剧烈,900℃下的燃尽时间约为1 500℃下的6倍,1 300℃以上时温度对燃烧反应初期的燃烧特性影响较小;1 300℃相对于800℃,氧气体积分数升高幅度相同时燃烧失重速率增大幅度减小;当水蒸气体积分数达到10%时,其对燃烧反应初期挥发分析出燃烧的促进作用较为明显;当气氛中CO2体积分数升高到15%后,继续升高CO2体积分数,燃烧失重速率减小.