煤粉在富氧条件下燃烧特性的实验研究

燃烧煤粉的锅炉在其点火和低负荷稳定运行时，需消耗大量的燃料油，因此有必要寻找更经济实用的解决办法。研究煤粉在富氧条件下的燃烧特性，不论对煤粉局部富氧的助燃还是煤粉的富氧点火技术都具有重要意义。该文采用德国Netzsch公司生产的STA 409C型热天平研究了神木煤和蒲白煤3个不同粒度下的煤样在不同体积氧浓度下（20％、30％、40％、60％、100％）的燃烧行为。实验结果表明，随着氧浓度的增大，煤样燃烧分布曲线向低温区移动，煤样的着火温度及燃尽温度均呈下降趋势，着火时间提前且燃烧时间缩短，煤粉的综合燃烧特性指数有较大提高，并且，随煤粉粒径的增大，综合燃烧特性的改善更加明显。     

煤粉高掺钙燃烧时煤灰矿物的形成动力学机理与实验研究

在前期研究工作的基础上，通过实验研究和动力学分析，对煤粉炉中煤粉在高掺钙条件下燃烧时的煤灰矿物形成机理作了进一步阐释，实验证明，在高掺钙条件下，煤灰中的主要矿物确实是硅酸二钙和钙铝黄长石，而且在掺钙数量足够时以硅酸二钙为主，动力学分析的结果则说明，在煤粉炉的燃烧条件下，形成硅酸二钙等矿物的固相反应速度相当高，可以在几秒钟内完成大部分反应，了解煤粉高掺钙条件下燃烧时的煤灰矿物形成机理，可以为粉煤灰改性处理的研究提供理论指导。     

矿物成分对超细化煤粉燃烧特性影响的实验研究

采用热天平研究了超细化鹤岗、铁法、准葛尔3种脱灰煤样(HCl/HF脱灰)，及分别添加NaOH、KOH、MgO、CaO、Al2O3和Fe2O3矿物成分制成试验样品的燃烧特性。实验中气体流量为50mL/min，氧气体积百分比浓度为20%，升温速率为20℃/min。通过对所获得的热失重(TG)和失重微分(DTG)曲线的分析，比较了各种矿物质对3个煤种燃烧特性的影响。结果发现，NaOH、KOH使鹤岗、准噶尔和铁法煤的脱灰样品的着火降低50℃左右，最大失重速率温度和活化能降低；Fe2O3提高了3种脱灰煤样的着火温度，抑制挥发分反应活性；Mg、Ca、Al、Fe对3种脱灰煤样影响不同，与煤的品种有关。     

煤粉炉PM10/PM2.5排放规律的试验研究

采用冲击式尘粒分级仪对煤粉锅炉电除尘器前后细灰组成进行测量，研究表明除尘器后PMl0和PM2.5占总灰的比例为92．47％和35．56％，比除尘器前均有大幅度提高。除尘器对细灰捕集效率不高，PM2.5除尘效率为9．6％。煤粉国度、制粉系统投远方式、锅炉负荷是影响粉尘颗粒特性的主要因素。煤粉越细，乏气全部投入将使排放的粉尘组成越细，锅炉负荷越低，除尘效率会有所提高，但粉尘组成也将变细。     

煤粉粒度对煤粉燃烧NOx排放特性影响的试验研究

利用一维热态实验炉分别对不同粒度煤粉燃烧时，NOx排放特性随煤种、过量空气系数、温度的变化规律进行了研究。研究结果表明：NOx的排放浓度与煤粉粒度存在一个煤粉粒度临界值，当煤粉粒度小于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度减小；当煤粉粒度大于临界值时，随煤粉粒度的减小，NOx的排放浓度增大；煤粉超细化后，褐煤、烟煤的NOx的排放浓度明显减少，贫煤、无烟煤则变化不大。     

不同种类煤粉燃烧NOx排放特性试验研究

为研究煤粉燃烧过程中NOx的排放特性，在一维煤粉燃烧实验台上，对单煤及其混煤进行NOx析出特性的燃烧试验研究，具体分析煤质特性、燃烧工况对NOx排放特性的影响，在试验的基础上，对NOx的排放规律进行理论探讨。试验结果表明：煤中的挥发分含量、含氮量、煤粉细度和过量空气系数对NOx的排放浓度有较大的影响；煤中挥发分、含氮量含量高，NOx排放浓度也高；在富燃情况下，煤粉越细，NOx排放浓度就越小。对优化燃烧、控制NOx排放有一定的指导意义。     

燃煤电厂超低排放PM10/PM2.5实验室采样对比分析

为探究采用不同原理的颗粒物采样器在燃煤电厂超低排放设施PM10及PM2.5检测中的结果差异,基于颗粒物采样实验验证模拟系统及全自动滤膜批量称重系统,在0～6 mg/m3质量浓度环境下,对旋风分离器和虚拟冲击器的采样结果的相关性、稳定性进行测试比对,并验证分析了湿度对两种采样方式的影响.结果表明,旋风分离器和虚拟冲击器两...     

煤粉燃烧炉膛沿程NOx释放规律的研究

对一维炉内煤粉燃烧，炉膛沿程NOx的释放规律进行了数值模拟和试验研究。研究结果表明：炉内温度升高，NOx的析出峰值升高，位置前移，温度达到一定值后，随温度的升高, NOx 的释放量又呈下降趋势；煤中含氮量越多，NOx释放量越大，NOx的析出峰值位置，随煤种碳化程度的增加而逐渐后移；随过量空气系数的增加，NOx释放量呈明显增加的趋势；NOx的释放量与煤粉粒度的关系中，存在一个煤粉平均粒度临界值dc，当煤粉粒度d≤dc时，随煤粉粒度的减小，NOx的释放量减小，当煤粉粒度d>dc时，随煤粉粒度的减小，NOx的释放量增大；模拟计算同试验结果吻合较好。     

不同细度煤粉燃烧特性的实验研究

对平三煤和大友煤,采用热重分析仪和一维沉降炉试验分析不同煤粉细度下煤样的燃烧特性,并利用热重试验结果建立燃烧反应模型,结果表明：煤粉细度越小,表观活化能越低,着火温度降低,煤粉的燃烧特性越好,平三煤在煤粉细度为15％-20％时的燃烧特性变化不大。     

外加声场对增加PM2.5碰撞几率的数值模拟研究

采用数值模拟方法对细粒子(PM2.5)在平面行波声场作用下的碰撞几率进行研究,基于直接模拟蒙特卡诺 (DSMC)方法的硬球模型研究PM2.5之间的碰撞。通过统计计算区域内PM2.5在一定时间内的碰撞次数,发现在外加声场作用下,PM2.5之间的碰撞几率与PM2.5浓度、声场强度及声波频率有显著关系。在声场保持不变的情况下,碰撞几率随PM2.5浓度的增大而增大;在PM2.5浓度和声波频率保持不变的情况下,碰撞几率随声场强度的增加而增大;在 PM2.5浓度和声场强度保持不变的情况下,碰撞几率随声波频率的增大,先增大后减小,存在一个使碰撞几率最大的最佳频率值。文章给出了碰撞几率与PM2.5浓度、声场强度、声波频率的关系曲线。     

温度对煤粉燃烧生成的一次颗粒物特性的影响

实验室条件下，以沉降炉与8级Andersen粒子撞击器级联使用，研究燃烧温度对煤粉燃烧生成的一次颗粒物特性的影响。从一次颗粒物的粒度分布来看，3种燃烧温度下的PM10均在2.8~4.3mm内出现峰值。随燃烧温度升高，PMi的排放量增大。SEM图像显示，较高温度下生成的颗粒物表面粗糙，变形和破碎强烈，熔融表面粘附细微粒子。EDX结果表明超微米颗粒物的主要成分为Fe和Ca以及铝硅酸盐，亚微米颗粒物的成分与超微米颗粒物成分不同。ICP-AES分析结果表明，Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 5种痕量元素在细颗粒物中富集。燃烧温度越高，颗粒物中痕量元素的含量越大，颗粒物中元素的含量与燃烧温度呈正相关关系。     

均匀磁场中磁种聚并脱除燃煤PM10实验研究

在均匀磁场中，通过添加Fe3O4磁种对东胜烟煤燃烧产生的0.023-9.314 mm粒径范围内飞灰粒子进行了聚并实验，研究了磁种对飞灰粒子聚并的形态以及粒径、磁感应强度、质量浓度、停留时间和磁种添加比例对聚并的影响。实验结果表明：磁种与多个飞灰粒子聚并，将飞灰粒子连接在一起；添加磁种可提高所有粒径飞灰粒子的聚并脱除效率，其中对小粒子更为明显；磁种对飞灰粒子的聚并可通过增大磁感应强度、粒子质量浓度、粒子在磁场中停留时间以及磁种的添加质量比来加强，从而提高粒子的聚并总脱除效率；在粒子达到饱和磁化时，磁感应强度的增大对聚并无作用；在磁种添加比例不变时，粒子数目中位直径随总聚并脱除效率的提高而降低；在其它条件不变而增大磁种添加质量比时，粒子数目中位直径增大。数值模拟结果表明，当飞灰粒子质量浓度为40g×m-3时，聚并总脱除效率可达80%，数目中位直径从初始的0.151 mm减小到0.098 mm。     

煤粉富氧燃烧热分析试验研究

采用热重分析仪对温州电厂4个常用煤种进行了不同氧浓度的燃烧特性试验,分析了氧浓度对煤粉着火和燃尽的影响。结果表明,随着氧浓度的提高,4个煤种的燃烧和着火均有不同程度的提前,且其变化规律有一定差异,神木类混煤对氧浓度变化比优混类混煤更为敏感。     

煤粉无焰氧燃的试验研究

将无焰氧燃技术应用于煤粉的燃烧,对煤粉无焰氧燃的装置进行设计,并在不同的工况对燃烧室内煤粉燃烧的火焰形态,燃烧室内温度分布,以及污染物的排放进行研究。试验表明,在特定的工况下火焰前沿消失,整个炉膛内呈透明,温度均匀,炉膛中燃烧特征与无焰燃烧特征相同,同时因为燃烧反应发生在整个燃烧室中,燃烧室中温度均匀,污染物排放极低。     

过氧化钙对煤粉燃烧效率的影响

利用热分析法研究了过氧化钙(CaO2)的分解及其对煤化程度不同的煤粉燃烧效率的影响,分析了CaO2的助燃催化作用机制。结果表明,CaO2分解温度区间与煤粉的挥发分析出温度区间较为吻合,CaO2分解释放的氧气可促进热解气体的氧化反应和固定碳的燃烧反应,催化煤的燃烧释热。动力学计算表明,CaO2可降低燃烧各阶段反应活化能,提高燃烧过程的反应速率。比较分析发现,煤的热分解过程与CaO2的分解过程的协同程度和煤的着火方式对此助燃催化有重要的影响。     

燃煤过程中氧含量对可吸入颗粒物形成及排放特性影响的研究

通过对两种烟煤在沉降炉内的燃烧试验,研究了不同氧气量对可吸入颗粒物的生成量、元素成分及形成机理的影响。试验条件为:煤粉粒径包括小于63μm和63～100μm两种,燃烧温度在1250℃,炉内燃烧气氛包括氧含量20%和50%两种。试验采用低压撞击器(LPI)按不同粒径大小从0.03～10μm共分为13级,分别采集燃烧后的可吸入颗粒物。试验结果显示:两种粒径煤粉燃烧后超微米颗粒物(PM1-10)排放量都随氧含量增加而显著增加,小粒径煤粉的增加更多;在亚微米颗粒物(PM1)中,其主要构成元素S随氧含量增加而显著减小,元素Fe、Si和Al随氧含量增加而显著增加,其中Si元素增加幅度最大;而在超微米颗粒(PM1-10)中,元素S随氧含量增加而少量减小,其主要构成元素Fe、Si和Al随氧含量增加而少量增加;相比较而言,氧含量变化对亚微米颗粒物的元素构成影响比超微米颗粒物大。     

常规大容量煤粉锅炉炉内通过燃烧控制降低NOx的主要措施探讨

从NOx生成的机理出发,提出国内电厂降低NOx应从快速着火,高温燃烧,煤粉和空气适时混合,在火焰内完成NOx的出发。指出了国内电厂大容量煤粉锅炉降低NOx的有效措施。同时定量分析了几种因素对NOx排放的影响。     

高浓度煤粉燃烧低NOx排放特性的试验研究

为了探讨高浓度煤粉燃烧对NOx排放特性影响的内在机理，在一维火焰炉试验台上，对3种典型煤在不同煤粉浓度燃烧下的NOx前驱物HCN与NH3在主燃区进行了测试，对气相催化还原剂CO及沿炉膛轴向的NOx释放特性进行了分析。试验结果表明：与常规浓度相比，高浓度煤粉燃烧条件下的NOx排放量最大可降低2.2倍。对于不同煤种，最大限度抑制NOx排放的最佳煤粉浓度控制在过量空气系数0.7左右，煤粉燃烧过程中的NOx主要在着火区距炉膛入口0.2~0.4m处产生。在高煤粉浓度下，燃料氮向HCN与NH3的转化率均远远低于常规浓度，同时燃烧过程中产生的大量CO对NOx还原分解的加速是高浓度煤粉燃烧低NOx排放的关键所在。     

江苏省火电超低排放对环境空气中PM2.5质量浓度影响模拟研究

为研究火电行业的超低排放对环境空气中PM_2.5下降的贡献,以江苏省火电行业实施超低排放为研究对象,通过建立中尺度气象模型MM5与环境空气质量模型CALPUFF的耦合模型系统,分别模拟计算了超低排放实施前后2013年和2017年火电大气污染物排放对全省环境空气中PM_2.5质量浓度的影响及其下降情况。结果表明,全省火电厂对13个地级市贡献的PM_2.5年均质量浓度从2013年的8.0 μg/m³下降至2017年的4.6 μg/m³,平均下降幅度为42.5%。环境空气质量现状监测结果表明,2017年江苏省13个地级市PM_2.5年均质量浓度较2013年下降了24.1 μg/m³,下降幅度为32.9%,明显低于火电行业贡献的PM_2.5年均浓度下降幅度,相差9.6%,表明这5年间江苏省火电行业通过实施超低排放实现的污染物减排力度总体上超过其他行业的污染物减排力度。最后,提出江苏省未来污染物的治理思路。     

O2/CO2气氛下燃煤NO排放特性的实验研究

在沉降炉上通过在线烟气分析仪研究了燃烧气氛、CO2浓度、温度及燃料/氧气化学当量比对O2/CO2气氛下燃煤NO排放的影响规律。结果表明,O2/CO2气氛下NO的排放浓度总小于O2/N2气氛下的情况,在无烟气再循环的情况下降幅约为20%~40%。2种气氛下NO的沿程析出均表现出类似的规律,但因煤质而有所不同。随着进气中CO2浓度的增加,NO的排放浓度呈现降低的趋势。与21%O2/ 79%Ar气氛下相比,21%O2/79%CO2气氛下NO排放浓度的降幅在30%~50%。随着温度的增加,2种气氛下NO的排放浓度均增加。随着燃料/氧气化学当量比(f)的增加,NO排放浓度呈现出先增加后降低的趋势,其最大排放浓度均出现在f=0.8左右;在f远大于1的富燃料区,2种气氛下NO的排放浓度基本可以降到一致的水平。