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。     

分级气流床气化炉模型研究

为了研究分级和气化炉结构对气化效果的影响,结合对分级气化炉内流动、燃烧和气化反应的分析,采用小室模型建立了分级气化炉的动力学模型,考虑了气化炉结构尺寸对气化过程和结果的影响。利用建立的模型,对等径结构、颈缩结构和渐扩结构3种形式的分级气化炉进行了计算,得到温度、气体组成及其体积分数、碳转化率等参数沿气化炉炉膛的分布情况,并和连续气化的结果进行了对比。结果表明氧气的分级给入加强了气化炉内的物料混和,提高了平均温度,有利于提高气化效率;同时最高点温度有所降低,有利于和延长耐火砖使用寿命。同样运行条件下分级气化得到的有效气体体积分数要高于连续气化。     

合成GaN粗晶体棒的研究

利用磁控溅射系统,在Si(111)衬底上的SiC缓冲层上溅射Ga2O3纳米颗粒薄膜。然后令该薄膜在NH3中高温退火,在产物中发现直径为数百纳米的GaN棒。直径如此大的GaN棒在国内外鲜有报道。该晶体棒被认为是在Ga2O3薄膜与NH3自组装反应过程中形成。该工艺可为合成大尺寸GaN一维结构提供一条新的途径。     

Si基氨化ZnO／Ga2O3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3薄膜，然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3薄膜进行氨化，高温下ZnO层在氨气气氛中挥发，而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线．X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构．利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构．研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3和NH3反应合成GaN纳米线．     

不同灰化温度下准东煤碱/碱土金属的析出特性

实验考察了不同灰化温度下3种不同矿区的准东煤碱/碱土金属的析出特性。结果表明,随灰化温度升高,灰分含量减少,减少程度与煤灰成分有关;不同矿区准东煤灰中碱金属、碱土金属以及氯元素含量差别较大;灰化温度对碱金属 Na、K 元素析出的影响因煤样矿区不同而迥异,与碱金属的赋存形式有关;实验温度范围内(500～815,℃),碱土金属Ca、Mg元素的析出基本不受灰化温度的影响;煤灰中氯元素对碱金属的释放特性有影响。     

添加污泥与磷酸对生物质成型炭性能影响研究

生物质成型炭是生物质利用的重要方式之一,制备时需要添加黏结剂增强其品质.污泥可作为黏结剂用于制备生物质成型燃料.H₃PO₄作为添加剂可提高成型炭的品质且具有钝化污泥中重金属的作用.本研究以杉木屑为原料,探讨添加H₃PO₄和污泥制备高机械强度成型炭的可能性,分析了添加污泥和H₃PO₄对成型炭机械性能和产率的影响,并考察了成型炭中重金属的固定效果.结果表明:污泥的添加可提高成型炭的机械性能(抗压强度和表观密度),且木屑与污泥的质量比为2∶1时成型炭机械性能最佳且产率最高,其抗压强度为18.1 MPa,表观密度为1278.8kg/m³,均优于生物质成型炭机械性能标准,干基低位热值为12.05 MJ/kg;添加磷酸可明显提高成型炭机械性能和产率,且重金属分析表明磷酸的加入可降低成型炭中的重金属风险等级.     

低质量流率垂直管圈超临界煤粉锅炉的水动力特性分析

为研究超临界条件下低质量流率垂直管圈锅炉的水动力特性,建立了超临界锅炉上升管水冷壁内工质的流动和传热模型,对采用低质量流率垂直管圈的600 MW超临界煤粉锅炉的水动力安全性进行计算,分析全负荷条件下不同质量流率的垂直光管和垂直内螺纹管水冷壁管内工质的流动、传热及压降变化,对2种布置方案的优缺点进行比较。此外,还考虑了加装节流圈和中间混合集箱对垂直布置的水冷壁水动力特性的影响。综合计算结果,给出安全的垂直水冷壁布置型式,为锅炉设计提供参考.