燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良,是优良的动力用煤,但准东煤灰中碱/碱土金属含量高,在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程,要实现安全、高效、洁净燃用准东煤,需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍,总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异,AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算,相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异,燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题,需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题,为实现准东煤的安全、高效、洁净利用,仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究,同时,需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究,为结渣、沾污防控提供支持。     

Numerical simulation of oxy-coal combustion for a swirl burner with EDC model简

The characteristics of oxy-coal combustion for a swirl burner with a specially designed preheating chamber are studied numerically. In order to increase the accuracy in the prediction of flame temperature and igni- tion position, eddy dissipation concept （EDC） model with a skeletal chemical reaction mechanism was adopted to describe the combustion of volatile matter. Simulation was conducted under six oxidant stream conditions with dif- ferent OjN2/CO2 molar ratios： 21/79/0, 30/70/0, 50/50/0, 21/0/79, 30/0/70 and 50/0/50. Results showed that 02 en- richment in the primary oxidant stream is in favor of combustion stabilization, acceleration of ignition and increase of maximum flame temperature, while the full substitution of N2 by CO2 in the oxidant stream delays ignition and decreases the maximum flame temperature. However, the overall flow field and flame shapes in these cases are very similar at the same flow rate of the primary oxidant stream. Combustion characteristics of the air-coal is similar to that of the oxy-coal with 30% 02 and 70% CO2 in the oxidant stream, indicating that the rear condition is suitable for retrofitting an air-coal fired boiler to an oxy-coal one. The swirl burner with a specially designed preheating chamber can increase flame temperature, accelerate ignition and enhance burning intensity of pulverized coal under oxy-coal combustion. Also, qualitative experimental validation indicated the burner can reduce the overall NOx emission under certain 02 enrichment and oxy-coal combustion conditions against the air-coal combustion.     

基于CO2稀释的旋流无焰燃烧理论判别方法

基于温度判据和时间判据,本文建立了考虑旋流入口条件和CO₂稀释的无焰燃烧理论判别方法并进行验证,进而讨论了结构参数和操作参数对燃烧模式和火焰稳定性的影响。模型预测的旋流无焰燃烧临界氧浓度与文献中实验数据相比,最大相对误差不超过8%。降低氧浓度、减小当量比或提高入口流量时,温度判据1变化不大,而时间判据更易满足,因此有利于实现无焰燃烧;低旋流数条件下,无焰燃烧稳定性较差。增大燃烧室高度时,温度判据1更易满足,而时间判据更难满足,温度判据1分界线下移更快,有利于形成无焰燃烧;减小燃烧室截面积时,温度判据1变化不大,而时间判据更易满足,有利于实现无焰燃烧;增大燃烧器出口面积时,温度判据1和时间判据均更难满足,且时间判据分界线下移更快,不利于形成无焰燃烧。     

两炉一机中间再热CFB机组热力系统的控制策略及应用

为研究两炉一机中间再热机组的控制策略,以越南锦普电厂"两炉一机中间再热母管制CFB"机组为研究对象,介绍了该机组的系统设计及运行参数。通过分析"两炉一机中间再热"机组的控制难点,研究针对该类机组的特殊性,给出了其自动化控制策略。对旁路系统中并汽母管压力调节控制、机组并汽后差压备用控制以及超压时压力稳定调节控制进行了详细的描述。并着重介绍了运行过程中再热蒸汽的流量分配及汽温调节控制方法。通过现场并汽试验、甩负荷试验以及负荷扰动试验,验证了本机组自动化控制策略的成功应用,肯定了其自动化控制水平,为"两炉一机中间再热"机组的设计及控制策略提供了技术参考。     

燃尽风率对二次再热锅炉热量分配及NOx的影响

合理的燃尽风率对降低NO_x排放十分关键,也显著影响大容量锅炉炉膛内的燃烧和传热特性。针对1 000 MW超超临界二次再热塔式锅炉开展三维CFD数值模拟,研究燃尽风(OFA)率对于炉内NO_x生成及吸热量分配的影响规律。模型采用贴体六面体非结构网格,通过用户自定义函数(UDF)设置炉膛及各受热面的壁面温度;煤粉颗粒在炉内的运动及燃烧过程基于随机轨道法计算,采用Realizable k-ε模型模拟四角切圆炉内的湍流流动,采用离散坐标(discrete ordinates,DO)法计算炉内辐射传热;采用简化概率密度函数(probability density function,PDF)模型模拟湍流与化学反应的耦合特性。结果表明,燃尽风率对炉内的温度分布、炉膛的吸热比率以及污染物排放情况均存在显著影响。当燃尽风率在0～40%时,主燃区的平均温度随燃尽风含量的增大先升后降,而燃尽风区域的平均温度则随着燃尽风率升高显著上升。随着燃尽风率的升高,由于温度和氧含量变化等共同作用,原始NO_x排放量先降后升,燃尽风率在11%～25%时达到最低。随燃尽风率从0增至25%,锅炉炉膛吸热比率降低12%,过热器、再热器、省煤器等对流受热面的吸热比例相应增加。当燃尽风率大于25%时,炉膛吸热比例的降低趋势减缓。因此,建议在锅炉设计中应综合考虑OFA比例变化对炉膛吸热量以及污染物排放的影响。     

多元煤灰灰熔点及晶体组成特性研究

煤在高温下的灰熔点是气化炉安全高效运行的重要参数,利用灰熔点仪对由SiO_2,Al_2O_3,Fe_2O_3,MgO,CaO按不同比例组成的氧化物组分进行灰熔点测定,选取Si/Al、Si+Al、Fe_2O_3、MgO、CaO五个关键变量以验证其变化对煤灰熔融特性的影响,变量变化范围涵盖国内大部分煤灰的范围。采用Factsage软件预测了煤灰组分的全液相温度并与灰熔点进行比较。结果表明,随着CaO、Fe_2O_3、Si/Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐降低;随着MgO、Si+Al含量的增加,煤灰的灰熔点逐渐升高,由Factsage计算出的全液相温度总是高于灰熔点200℃左右。利用Factsage获得各个渣系随温度变化析出晶体的固相比例,并对模拟结果进行了实验验证,探究了两者产生差异的原因及不同氧化物组成对各个渣系固相比例所产生的影响。结论为进一步分析多元氧化物体系熔融状态产物及特点奠定了基础,并对气化炉优化设计运行具有重要意义。     

转轮式分级器切割粒径的预测模型

针对转轮式分离器,建立不同结构参数及操作参数下的切割粒径预测模型有助于指导其设计和运行。基于相似理论以及对颗粒分离过程的分析,提出一种考虑结构参数的半经验模型,确定了模型参数,并通过实验以及文献报道的数据验证了模型的可靠性。与前人工作相比,此模型在不同的转轮分离器结构下显示出较好的通用性;此外,模型可以复现切割粒径随叶轮转速增大而先减小后增大的非单调关系,这是原有的半理论模型不能实现的。对不同结构转轮分离器性能的系统分析表明,较大的分离器入口面积及较小的导流角度可确保入口产生强旋流气流,进而使切割粒径对转速的敏感段在低转速区;而较小的分离器入口面积,或较高的入口风速可以提高对细颗粒的分离能力。对运行参数的研究表明,增大颗粒流率会减小切割粒径;调整叶轮转速可以灵活地改变切割粒径,适应不同的工作需求。     

基于燃烧控制和SNCR+烟气CFB的循环流化床锅炉超低排放示范

循环流化床工业锅炉也要具备超低排放的能力。除了深度挖掘循环流化床燃烧自身低污染排放潜力之外,还可以对烟气进一步控制处理。利用炉内低氮燃烧,配合低成本的选择性非催化还原(SNCR)控制NOx;利用炉内脱硫产生的CaO在烟气循环流化床吸收塔中吸收SO_2和其他污染物,有一定的优势,为此开展了工程示范。示范在燃用Ⅱ类烟煤的75 t/h蒸汽工业锅炉进行。运行表明,炉内不投石灰石时,即使不投SNCR,NOx能控制在50 mg/m3以内,此时烟气循环流化床吸收塔必须喷消石灰浆,吸收塔出口SO_2浓度有一定的波动。炉内投石灰石后,NOx排放因受其催化浓度迅速增加,此时需及时投入SNCR;烟道上增湿活化、控制烟气循环流化床吸收塔中的温度,能够稳定地将SO_2控制在35 mg/m3。可见,基于燃烧控制和SNCR+烟气CFB控制,循环流化床锅炉在高效运行的同时,烟气污染物能可靠地实现超低排放。     

煤粉细度对NO_x生成的影响

利用平面携带流反应器模拟煤粉在炉膛中燃烧的高温环境,研究了不同煤粉细度下NO_x的沿程分布,并研究了煤粉体积分数对NO_x生成的影响.研究结果显示,对于相同细度的煤粉,NO_x体积分数随着高度的增加呈现先增加后下降的趋势.煤粉细度的减小明显降低了NO_x体积分数,而煤粉体积分数的增加会导致NO_x体积分数增加.基于实验中得到的煤粉细度与NO_x排放的关系,对减小煤粉细度进行了经济分析,并对传统的煤粉经济细度定义进行了讨论和修正.