富氧燃烧工程示范系统集成研发及运行性能

35 MW_(th)富氧燃烧工业示范工程,是国家"十二五"科技支撑计划项目,该试验基地的建成和调试成功,标志了我国在富氧燃烧的关键装备研发、系统集成和调试运行等方面的能力总体达到了国际的前沿。本文介绍了国内首个富氧燃烧工业性示范工程的建设背景及典型工程系统,对35 MW_(th)富氧燃烧示范工程系统集成设计的特点进行了简要介绍。示范项目于2015年9月完成全部试验研究,各项指标达到立项目标,系统集成成果得到了验证,达到富氧燃烧示范的预期效果,形成了具有自主知识产权的富氧燃烧关键技术。     

惰性载体Al_2O_3对Fe_2O_3及CuO氧载体煤化学链燃烧的影响

氧载体是煤化学链燃烧技术的基础,惰性载体则是其中的必要组成部分,起着重要的作用。以Al2O3作为典型惰性载体,采用热重分析仪、红外频谱仪、场发射扫描电镜和能谱分析仪以及X衍射仪,对六盘水贫煤与Fe2O3、CuO基氧载体的反应进行了详细的研究。研究发现,Al2O3的引入,使得Fe2O3、CuO基氧载体表面积增大、孔径分布更为优化,而且对氧载体与六盘水贫煤一次热解产物的反应是有利的,能够促进氧载体中更多晶格氧的传递,Fe2O3基氧载体中有更多的Fe2O3还原为低于Fe3O4价态的氧化物,而CuO基氧载体中CuO除了还原为Cu、Cu2O外,其中的CuAl2O4也有一定的反应活性,被还原为CuAlO2。与LPS煤反应时,Fe2O3深度还原产物与部分Al2O3及煤中的SiO2反应生成Fe3Al2（SiO4）3,而CuO则与Al2O3及六盘水贫煤反应生成了（Cu0.215Mg1.785）（Al4Si5O18）复合物。     

煤灰助熔剂对灰熔点影响的研究

采用ＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３以及石灰石、硫酸渣助熔剂按不同比例与煤灰混合，对助熔剂对煤灰熔点的影响进行试验研究．结果表明，在还原性气氛下，添加适量ＣａＯ和Ｆｅ２Ｏ３可使煤灰熔点下降，当ＣａＯ添加率超过４０％时反使灰熔点急剧上升；石灰石、硫酸渣中起助熔作用的成分是其中的ＣａＯ和Ｆｅ２Ｏ３，其助熔行为与分析纯ＣａＯ和Ｆｅ２Ｏ３基本一致．     

稀疏气固两相湍流边界层拟序结构变动特性

应用PIV两相同时测量方法,对壁面Reynolds数为430的水平槽道稀疏气固两相湍流边界层拟序结构变动特性进行了研究。选取质量载荷为10^-4~10^-3的110 μm聚乙烯颗粒作为离散相。结果表明,低载荷颗粒仍能显著改变湍流拟序结构,进而影响宏观湍流属性。颗粒重力沉降形成的粗糙壁面增强了壁面附近湍流猝发行为,导致黏性底层中的气相法向脉动速度和雷诺剪切应力显著增大。颗粒与壁面的碰撞加强了低速流体上抛、削弱了高速流体下扫,同时增强了轨道交叉效应,从而抑制了湍流拟序结构发展,显著减小了黏性底层以上区域的法向脉动速度和雷诺剪切应力。此外,颗粒惯性还减小了黏性底层厚度、增大了流向速度梯度,导致气相流向脉动速度峰值增大,且其对应位置也更加靠近壁面。     

用PIV数据估算槽道内湍流动能耗散率

湍能耗散率的准确获取对工程实际问题和湍流的理论研究都有着重要的意义.但由于湍能耗散率定义的固有复杂性,其测量一直都是一项有相当难度并具有挑战性的工作.运用PIV对水平槽道内湍流流动进行了测量,详细介绍了运用大涡模拟中亚网格（SGS）应力模型估算湍流耗散率的大涡PIV方法,分析了运用该方法估算湍流耗散率的优势.[JP2]将各种不同方法所得到的结果与DNS结果进行了比较,发现运用修正的Smagorinsky[JP]模型所得结果与其符合最好.     

高炉煤气蓄热式燃烧化学动力学机理研究

探讨了低热值煤气蓄热式燃烧的化学动力学特性。针对目前开展蓄热式燃烧数值模拟工作常用的总包化学机理进行优选,并利用PSR反应器对蓄热燃烧典型气氛进行不同时间尺度的演化,分析其主要组分的变化特性。同时将优选出来的总包机理应用到3 MW低热值煤气燃烧炉进行数值模拟预测。结果表明,采用JL机理模拟所得的CO浓度分布与详细化学机理和实验结果接近,而不考虑CO逆反应过程时, LA机理模拟结果显示CO燃烧过快。 JL机理对炉膛全场的温度分布与实验值也更相近,同时炉膛出口处的温度误差为全场误差最大值,约为50 K。 JL机理可以被很好的应用至低热值煤气高温空气燃烧预测。     

格子Boltzmann方法模拟层流对冲预混火焰

运用格子Boltzmann方法对气体燃烧进行了模拟，其中包括了对流、扩散和反应等过程．在模拟中假设化学反应对流场没有影响，因而流场、温度场和组分场没有相互耦合，可以分别用LB方程进行求解．选择层流对冲火焰作为对燃烧的基础计算模拟．该模型的几何特征是有两个相对的相同燃烧喷口喷出燃料与空气的混合气体，而形成稳定的流场．计算结果与传统的Navier—Stokes方法计算得到的结果进行了对比，结果能够较好地吻合，说明格子Boltzmann方法可以对燃烧进行模拟．     

煤粉无焰富氧燃烧的数值模拟方法进展

无焰富氧燃烧是煤粉清洁燃烧技术的前沿发展方向之一,可在捕集高浓度CO₂的同时显著降低NOx排放,并提升富氧燃烧稳定性和热力性能。计算流体力学(CFD)作为燃烧研究的重要手段之一,具有快捷、成本低和数据丰富等优点,有效促进了无焰富氧燃烧技术发展。基于笔者团队对煤粉富氧燃烧和无焰燃烧的多年研究积累,对近十几年来煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法和模拟研究进展进行了总结:首先强调了煤粉无焰燃烧的试验和数学定义,其由于存在非均相反应而区别于气体燃料无焰燃烧;然后详述了煤粉无焰富氧燃烧CFD模拟方法进展,包括模拟流动、传热、燃烧和污染物生成方面的子模型和机理,其中考虑强烈烟气卷吸的可实现k-ε湍流模型、P1或DO辐射模型及针对富氧气氛修正的WSGG气体辐射模型、CPD挥发分析出模型、考虑湍流与化学反应交互的有限速率EDC均相燃烧模型、针对无焰及富氧燃烧开发验证的均相反应机理、考虑气化反应的多步表面焦炭非均相燃尽模型、含氮化学详细反应机理氮转化模拟、动态自适应反应机理加速算法等可显著提高煤粉无焰富氧燃烧的模拟精度和计算效率。总结了煤粉无焰富氧燃烧在基准对照试验、微观反应区域分析、宏观反应特征、污染物生成及大型化锅炉概念设计方面的模拟研究情况;最后以大涡模拟、燃烧模型、高精度反应机理及动态自适应反应机理、工业应用优化等角度展望了煤粉无焰富氧燃烧CFD研究的发展方向。     

炭燃尽过程中结构和辐射特性的模化与分析

本文基于等效光学常数的线性混合近似，采用均匀球体模型，对多孔炭粒在动力控制（等径变密度）燃烧下的发射率的演变进行了理论分析，并将其结果与扩散控制（等密度缩核）燃烧的结果作了比较。计算表明：对于１０μｍ以上的炭粒，在燃尽过程初期，颗粒的发射率无例外的有增大，在燃尽过程后期（Ｂ＞０．９），颗粒的发射率随燃尽而骤减；对于１０μｍ以下的小颗粒，颗粒的发射率将随燃尽过程而缓降；颗粒内部有炭核时，发射率的降低将慢于均匀燃尽的情况。     

大型电站锅炉实际运行工况的数值预报

利用自己提出的弥散介质辐射模型和新的数值计算方法,对大型燃烧煤锅炉的实际燃烧过程进行了总体模拟,得到了十分令人满意的结果,从而深化了对基本燃烧现象和实际燃烧过程的认识;通过对实际运行工况的预报和优化,显示了数值计算在为 运行优化方面所具有的价值,表明计算模拟已经成为一种重要的辅助手段。