O2/CO2燃烧技术研究进展1:燃烧与传热特性

O2/CO2燃烧技术不仅能实现CO2的大规模捕集,而且能大幅度降低NOx排放,并使得SO2的处理更加容易,被认为是一种接近于零排放的洁净煤燃烧技术.介绍了O2/CO2燃烧技术的研究进展,描述了O2/CO2燃烧技术在燃烧特性和传热特性方面的研究现状及存在问题,并在此基础上总结了该技术尚待进一步解决的问题,以及今后的研究方向.     

褐煤旋风渣膜气化特性

在自主搭建的小型规模旋风渣膜煤气化装置上,开展了对褐煤气化特性的实验研究,重点研究了气化炉负荷、一次风氛围、氧煤比以及蒸汽煤比对粗煤气中有效组分含量、碳转化率以及冷煤气效率的影响.研究表明,随着气化炉运行负荷的增加,粗煤气中有效组分含量、碳转化率以及冷煤气效率均先增加后趋于稳定;用CO_2+O_2送粉相比于用空气送粉,粗煤气中有效组分含量增加、碳转化率以及冷煤气效率升高;随着氧煤比的增大,粗煤气中CO含量和冷煤气效率先增加后减少,当氧煤比为0.9时两者均达到最大值;随着蒸汽煤比的增加,粗煤气中CO含量、碳转化率、冷煤气效率均逐步减少.     

油田注汽锅炉辐射受热面结构优化研究

由于体积庞大,油田注汽锅炉难以在采油现场灵活运输及使用,因此将注汽锅炉辐射受热面设计为蛇形布置的膜式水冷壁,增大了辐射受热面的角系数和吸热量从而实现了注汽锅炉的小型化。通过热力计算得到炉膛受热面平均热流密度与水冷壁管内侧对流放热系数。结合膜式水冷壁角系数公式,利用ANSYS数值模拟软件对锅炉膜式水冷壁温度场进行研究。结果表明:当鳍片厚度一定时,膜式水冷壁的危险点温度随管间距的增加而增加,且呈线性关系。膜式水冷壁管间距越小,其危险点温度随鳍片厚度的增加而降低的速度越快,危险点温度与鳍片厚度符合良好的三次多项式关系。研究为注汽锅炉小型化奠定基础。     

半焦-烟煤混燃特性及动力学分析

掺烧烟煤是解决低挥发分热解半焦着火难、燃尽差的一种有效方法。采用热重实验研究了半焦、无烟煤与烟煤混燃特性的差别,分析了混燃过程中的交互作用和反应动力学。结果表明：陕煤半焦的燃烧过程分为可燃质的燃烧和CaCO₃的分解两个阶段。半焦-烟煤混烧的主失重峰靠近燃料比接近的单燃料的DTG峰。半焦-烟煤混合燃料较无烟煤-烟煤混合燃料的综合燃烧特性更优。掺混烟煤比例越高,混燃的表观活化能越低,可燃性和综合燃烧特性越好。烟煤与半焦或无烟煤混燃过程中存在一定的交互作用,且无烟煤-烟煤的交互作用较半焦-烟煤更显著。可燃性指数和综合燃烧指数与燃料比呈负线性相关性,表观活化能E与燃料比呈正线性相关性。     

给水预热器及膜式水冷壁对注汽锅炉热效率的影响

提出多种注汽锅炉改进方案,包括去除给水预热器、辐射段采用膜式水冷壁和在只具有烟气转向作用的过渡段增设膜式水冷壁。通过热力计算综合对比不同改进方案对注汽锅炉热效率、排烟温度、换热温压及燃料消耗量等重要参数的影响,并确定最佳改进方案。结果表明:去除给水预热器可以大幅提高油田注汽锅炉热效率。辐射段与过渡段采用膜式水冷壁对排烟温度影响较小,但可以有效降低对流段入口烟温,降低对流段管子超温烧毁的几率。     

混煤煤质及燃烧特性研究

针对混煤的煤质特性和燃烧特性开展实验研究,以指导燃煤电站科学合理的燃用混煤。研究结果表明,混煤的元素分析、工业分析及发热量满足质量加权平均,但混煤的可磨性和灰熔融特性不满足加权平均,低灰熔点煤中掺烧高灰熔点煤能显著提高混煤灰熔点,改善锅炉燃烧过程中的结渣问题,混煤灰熔点变化受到单煤灰成分的影响。热重实验分析表明,混煤的剧烈燃烧阶段与单煤存在明显差异,混煤的燃烧特性介于参与掺混的单煤之间,但不满足线性叠加,其燃烧过程存在着不同程度的交互作用。混煤的着火特性接近于易燃煤,而燃尽特性与难燃煤相近。除此以外,随着氧浓度的降低,混煤的燃烧特性明显变差,易燃煤对氧浓度的变化更加敏感。     

高水分烟气对流冷凝换热模拟实验研究

针对冷凝式燃气锅炉，利用加湿热空气模拟燃气锅炉尾部烟气，通过实验研究了不凝性气体占多数时的水蒸气冷凝换热，研究了不同水蒸气分压比(3％—20％)、不同温度下(100—200℃)，加湿空气的冷凝换热特性。实验表明，不凝性气体(空气)占多数时，其对流冷凝复合换热系数可以达到无冷凝时干空气对流换热系数的1.5-3倍。复合换热系数的影响因素主要有水蒸汽分压力Pv、Pe、Pr以及壁面温度Tw和混合气体主流温度Tg，在此基础上建立一个新的准则数Ln并拟合了冷凝换热Nu数的准则关系系。     

氧分级对药渣O2/CO2燃烧NOx生成规律与反应机理的影响

在我国目前能源结构中,化石能源尤其是煤炭资源占比很高,造成了极大的环境压力。抗生素发酵药渣为近年来产量迅速升高的固体废弃物,也是一种生物质燃料资源,但目前对药渣的能源化利用研究较少。以CH4等气体来模拟药渣可燃成分,利用Chemkin模拟软件中的PFR反应器构建了药渣在O₂/CO₂气氛下氧气分级燃烧及非分级燃烧模型,对2种情况下NO_x生成特性进行了模拟研究,探求了氧气分级及非分级燃烧时各种因素的影响,并利用生成速率分析法和敏感性分析法对结果进行了反应机理分析。研究结果表明,在氧气非分级条件下,NO_x转化率随燃烧温度升高先升高后降低,在1500℃左右达到峰值;NO_x转化率随过量氧气系数增加而升高,在过量氧气系数由0.9增至1.1时,增幅显著。在氧气分级条件下,主燃区燃烧温度对NO_x转化率的影响较为复杂;NO_x转化率随燃尽风率增加先降低后升高,随燃尽风位置推后降低。氧气分级条件下,还原气氛促进了NO_x中N向其他组分转化,能够明显降低NO_x生成。当燃烧温度低于1500℃,燃尽风率为0.35左右时,NO_x转化率最低。首次对药渣在O₂/CO₂气氛下的燃烧进行了反应动力学模拟研究,探求了各种因素的影响,为实现药渣能源化利用提供了指导。     

空气深度分级燃烧NOx排放特性的CHEMKIN模拟研究

利用两段PFR反应器构建模型在CHEMKIN中模拟,研究空气深度分级燃烧中各个影响因素,使用生成速率分析和敏感性分析,探求燃料N向NO_x的转化路径及原因.模拟结果表明,主燃区α对NO_x转化率影响较大,高温强还原氛围能明显降低NO_x排放;改变燃烧温度降低NO_x排放,应当考虑主燃区,而非燃尽区;当主燃区温度小于1 500℃,燃尽风比率为35%左右时,NO_x排放最低;富燃条件下O_2/CO_2燃烧增大了OH/H,促进NO_x生成;燃尽风位置向后移会降低NO_x转化率,改变燃尽风氧浓度NO_x转化率几乎不变.本文不仅扩大了前人对空气分级燃烧的研究范围,而且对于前人没有研究的影响因素给出了结果,并且进行了化学反应动力学分析,对实际锅炉运行过程中减少NO_x排放具有指导意义.     

低浓度可燃废气作为辅助燃料在燃煤锅炉中的应用研究

提出了一种低浓度(0.1%～1.0%)可燃废气应用于燃煤锅炉的方法,基于物质平衡、热平衡和热量传递,分析了可燃废气对锅炉热工参数的影响。结果表明,低浓度可燃废气作为辅助燃料送入燃煤锅炉中,无需对锅炉系统进行改造,几乎不影响锅炉运行,但能有效地节省燃煤,回收可燃废气的热量,同时减少温室气体甲烷的排放。随着可燃废气体积浓度增大,炉膛辐射换热略有增强,对流受热面换热相应减弱。以一台600MW锅炉为例,体积浓度为1.0%的烃类废气代替燃烧用空气后,锅炉热效率提高了0.5%,燃煤消耗量减少了25.4%。