MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

生物质燃料颗粒热压成型过程分析

“双碳”战略下,生物质因其可再生、低污染和“零”碳排等优点而备受关注。生物质成型制备燃料颗粒能有效地解决其结构松散、能量密度低等问题,可用作化石燃料的替代品,对于新型能源体系的建设具有重要意义。笔者概述了生物质热压成型过程的影响因素,分析并探讨了热压成型过程中生物质颗粒的演变行为和结合机制。生物质成型工艺主要包括冷压成型和热压成型。与冷压成型相比,热压成型能耗较低,制得成型燃料品质较高。生物质含水率(4%~15%)对其成型燃料密度影响较大,成型温度(70~150℃)影响较小,成型压力(60~130 MPa)和原料粒度(<2.5 mm)对其成型燃料密度的影响因生物质种类不同而存在较大差异。生物质热压成型过程中纤维素主要起骨架支撑作用,半纤维素、木质素则起到黏结剂作用。在热压成型的微观过程中,生物质颗粒经惯性移动后黏弹塑性变形,形成机械互锁。脆性颗粒破碎后释放出天然黏性成分,在水分、温度和压力的共同作用下形成颗粒间桥接。机械互锁和桥接缩小了生物质分子间的距离,促进了分子间作用力的产生。在对生物质热压成型机制认识的基础上,利用不同生物质掺混或水热等预处理手段对生物质组分进行调控可提高燃料颗粒的品质。利用分子动力学手段对生物质成型过程进行仿真模拟,可获得生物质组分分子间的键合机制,有利于进一步探究生物质热压成型机制,对生物质成型燃料乃至成型材料的制备有着重要的指导意义。

生物质三组分对成型颗粒物理性能的影响

为探究生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)对成型颗粒物理性能的影响,以棉秆、木屑以及生物质三组分为研究对象,单独或按一定掺混比例混合后制备成型颗粒,使用电子万能材料试验机分析了成型颗粒的表观密度和抗压强度,利用X射线光电子能谱仪分析了生物质成型前后分子结构的变化。结果表明:纤维素直接影响成型颗粒的抗压强度,半纤维素和木质素主要作为黏结剂,协同纤维素间接提高成型颗粒的抗压强度。向棉秆中加入纤维素或半纤维素后,其混合成型颗粒中的C—OH官能团均明显提高,且产生了新的C=C官能团,有利于形成分子间作用力和提高分子结构的稳定性,增强成型颗粒的物理性能。

水热及水热氧化预处理对棉秆基成型炭和活性炭性能的影响

水热及水热氧化预处理可以调整生物质内部组分占比,有效促进生物质资源多元化利用。以棉秆为实验原料,经160℃~260℃水热及水热氧化预处理后制备成型炭和活性炭,并使用范式法、热重分析和X射线光电子能谱等测试手段,分析了水热及水热氧化预处理后生物质内部组分的演变对棉秆基成型炭和活性炭的产率、理化性能的影响。结果表明:水热及水热氧化预处理后棉秆中半纤维素和纤维素的分解有利于成型炭的产率和能量密度的增加;与水热预处理相比,水热氧化预处理进一步提高了成型炭的产率及热值,可在一定程度上降低预处理强度;棉秆基活性炭的总产率受预处理产率和活化产率的综合影响;随着水热及水热氧化预处理温度的升高,活性炭总产率呈现先升高后降低趋势,并在预处理温度为200℃获得的最大产率分别为36.95%和29.17%;与原料活性炭相比,水热及水热氧化预处理棉秆基活性炭的前驱体表面含氧官能团含量显著提升,有利于后续的氯化锌活化,得到的活性炭比表面积显著增加,吸附性能更优;此外,在180℃和200℃下水热氧化后的棉秆基活性炭碘吸附值均达到GB/T 13803.2-1999制净水用活性炭的二级品标准。

湍流热环境中毫米级木质生物质颗粒燃烧特性

燃煤机组耦合生物质甚至全燃生物质是高效低成本降碳的可行技术。生物质燃料破碎能耗高导致入炉粒径相对较大,部分大粒径颗粒在炉内高温湍流环境中的燃尽问题值得重视。采用四风扇对冲高温湍流实验装置,构造近均匀各向同性湍流流场。以两种粒径的木质生物质颗粒(d_(p,0)=2.5、6.0 mm)为研究对象,通过改变炉温(T_(gas)=500、700、900℃)和湍流脉动速度(u_(rms)=0~1.8 m/s),研究湍流脉动速度urms对毫米级生物质颗粒燃烧特性的影响。试验通过颗粒表面-中心温度测量系统记录了颗粒温度,通过彩色图像测量系统捕捉燃烧全过程,确定不同工况下生物质颗粒的燃烧时间、着火模式、火焰形态及粒径变化。结果表明,生物质颗粒通常倾向于发生均相着火,仅在T_(gas)=500℃时增大u_(rms)使着火模式由均相着火转变为异相着火。u_(rms)增至1.8 m/s,着火前颗粒升温速率提高了近30%,挥发分燃烧阶段颗粒表面温度升高约300℃。u_(rms)增加引起挥发分火焰锋面褶皱变形,均相燃烧强度增加,tvol略微缩短;生物质焦炭的孔隙发展更加迅速,大量氧气扩散进颗粒内发生反应,使焦炭燃尽时间大幅缩短40%以上,焦炭燃烧温度亦随之增加。颗粒湍流雷诺数Re_(p,t)越大,受湍流脉动影响越显著。升高炉温,增大u_(rms)对颗粒温度的影响将减弱,对缩短燃烧时间的影响越强烈。

1000 MW对冲锅炉倒“N”型粉量分布

以侧煤仓布置的1 000 MW对冲锅炉制粉系统为研究对象,分析粉管粉量、煤粉细度和粉管综合阻力的分布规律。发现粉量和煤粉细度分布大体呈现倒“N”型趋势。粉量大的粉管,其煤粉细度大;粉量少的粉管,其煤粉细度小,二者呈现正相关。粉管综合阻力呈现“N”型分布,与粉量、煤粉细度分布呈负相关。各粉管粉量分布趋势由粉管综合阻力不同导致,磨煤机参数的变化不改变这种分布规律。1号机组制粉系统粉量最大偏差为37.7%,2号机组制粉系统粉量最大偏差为84.4%,均远超规程要求的±10%偏差内。动态分离器厂家不同,其分离效果存在优劣,导致粉量偏差程度不同。粉量分布特点要求燃烧器配风必须针对性进行调整。提高旋流强度、开大二次风量、关小燃尽风、提高运行氧量等措施利于缓解偏烧。粉量大的燃烧器,其内二次风量开大、外二风量关小。低负荷奇数台磨煤机运行时,针对性提高粉量偏差最大磨煤机的风煤比。单台单侧运行的磨煤机掺烧难燃煤种或降低分离器转速以提高其火焰中心。燃烧调整试验后,1号机组偏烧问题得到解决,2号机组由于粉量偏差大仍存在一定程度偏烧。对于粉量偏差过大的制粉系统,可通过煤粉侧和二次风侧的改造彻底解决偏烧问题。粉量分布特性和优化调整思路为同类型机组解决偏烧问题提供参考。

非球形颗粒碰撞壁面反弹特性的试验及模型

气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显著差异。为深入掌握非球形颗粒碰撞壁面的反弹行为,搭建了颗粒壁面碰撞试验装置,采用高速摄像及图像处理方法获得典型非球形颗粒碰撞壁面的基础数据,分析颗粒材质、球形度、壁面粗糙度、撞击角度、撞击速度等关键参数对颗粒-壁面反弹行为的影响。基于颗粒壁面碰撞四参数模型和神经网络模型分别预测了非球形颗粒与壁面的反弹行为的统计和随机分布特性。结果表明各类非球形颗粒与粗糙壁面碰撞的反弹行为存在一致性,说明球形度低于一定数值后,将成为颗粒壁面碰撞反弹行为的主导因素。四参数模型能很好地预测碰撞结果及随机分布特征,而基于试验数据训练的神经网络模型可达到更好的预测效果。

粉煤循环流化床燃烧技术

双碳背景下,作为燃煤发电的重要组成部分,循环流化床(CFB)燃烧技术实现了劣质燃料的高效清洁利用,也是未来参与电网深度调峰的主力。然而,CFB锅炉在负荷调节速率、深度低负荷及低负荷下的NOx排放控制、受热面磨损等方面还有较大改善空间。为此,提出了粉煤循环流化床(Powdered Coal-Circulating Fluidized Bed,PC-CFB)燃烧技术,将燃料粒度由传统的0~10 mm宽筛分分布缩减为0~1 mm的窄筛分分布,在低床存量下实现足够高的循环流率,通过流态调控化学反应,强化低氮燃烧需要的还原性气氛,并为延长细颗粒石灰石在炉内的停留时间提供了保证,同时改善锅炉燃烧性能。更为重要的是,由于燃料粒度降低,化学反应速度即热量释放变化速率得以提高;辅助以循环干预措施,可提高传热率的变化速度,二者综合可以改善负荷变化率。燃料粒度的变化必然导致床料粒度降低,显著改善了深度低负荷能力以及低负荷下的NOx排放炉内控制能力。该思想得到模型验证:当燃料粒度由常规缩减到0~1 mm时,床料粒度大幅降低,稀相区物料悬浮浓度提高,循环流率提高了约27%;炉内还原性气氛得到增强,NOx原始排放浓度降低约35%;循环系统性能的改善可延长细颗粒石灰石在炉内的停留时间,提高脱硫反应效率,在钙硫比、NOx排放相同条件下,降低了SO2原始排放浓度;同时,燃烧效率显著改善,底渣含碳量降低89%、固体不完全燃烧热损失降低52%,表明PC-CFB燃烧技术在增强CFB锅炉运行灵活性、强化低氮燃烧、提升燃烧性能等方面更具优势。

水热处理畜禽粪便制生物燃料研究进展

随着畜禽养殖业的规模化、集约化发展,畜禽粪便大量、集中产生,由于我国畜牧业与农业结合不紧密,且畜禽粪便中含过量重金属和抗生素,导致畜禽粪便的回田利用难度大。畜禽粪便经水热处理后制备生物燃料,可实现其能源化、无害化利用。以产量最大的猪粪为代表,总结了其组分及理化性质,讨论了传统处理方式的缺陷,对水热处理后猪粪残渣的产率、燃烧特性及脱水性能进行分析概述,最后探讨了水热残渣作生物燃料的发展前景。猪粪中含有半纤维素、纤维素、木质素、蛋白质及脂类等成分,且富含氮、磷、钾等植物生长所需的营养元素,合理处理后可实现资源化利用。好氧堆肥及厌氧发酵技术难以高效降解猪粪中的抗生素,且猪粪中高浓度的重金属也会对堆肥及发酵过程产生不利影响。水热处理是一种很极具前景的处理畜禽粪便等高含水率生物质的技术。通过水热处理可将猪粪转化为与褐煤相当的水热残渣及稀释后可用于灌溉的水热残液,且能有效固化重金属及降解抗生素。水热处理过程中有机物的降解和溶解使猪粪水热残渣的产率随水热温度升高呈下降趋势。在范式图中,猪粪水热残渣可达到褐煤区域,且其挥发分及高位热值也能达到褐煤水准。大量结合水在水热处理过程中被转化为自由水,改善了猪粪水热残渣的脱水及干燥性能。此外,碱金属在水热处理过程中易溶解进水热残液,降低了水热残渣燃烧时的结渣风险。水热处理可将重金属富集在水热残渣中,并降低其浸出率及生态毒性。猪粪水热残渣良好的燃烧特性及可研磨性使其具备与煤共燃的潜力,但需对煤粉炉进行适当改造并控制合理的过量空气系数等参数。猪粪与农林废弃物的共水热处理可降低水热残渣的灰分含量,提高固定碳含量及高位热值。畜禽粪便水热处理工艺的经济性问题是限制其工业化应用的主要原因,通过优化工艺设计等手段,有助于水热处理技术在畜禽粪便处理问题上的实际应用。

氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响

新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料,但较高的钠含量导致其在燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象,严重阻碍了高钠煤的开发利用。以2种高钠煤(五彩湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和1种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象,在900℃下燃烧制灰,并将所制煤灰置于38%、51%和76%的NaCl蒸气下进行钠捕获实验,使用ICP-OES测得钠捕获前后煤灰的钠含量,采用XRD分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化,采用压降法测量钠捕获前后煤灰的烧结温度,深入探究不同NaCl蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。结果表明:在3种NaCl蒸气体积分数下,3种煤灰样品中PS煤灰的钠捕获量最大,HM煤灰次之,WCW煤灰最低。Si、Al能增强煤灰的钠捕获性能,而Ca则会与Si、Al发生反应,从而抑制Si、Al对NaCl蒸气的化学固定,不利于煤灰的钠捕获。随NaCl蒸气体积分数升高,钠捕获量增大,煤灰的烧结温度降低幅度与其钠捕获量呈正相关。HM、WCW煤灰烧结温度降低幅度均大于PS煤灰,一方面是由于HM和WCW煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于PS煤灰,另一方面NaCl蒸气体积分数升高促进了低熔点含钠化合物的生成。PS煤灰在900℃下尚未发生烧结,其结构疏松、内部孔隙多,与NaCl蒸气反应完全程度相对较高,其烧结温度受NaCl蒸气体积分数影响最小。

超低负荷下运行氧量对切圆锅炉燃烧稳定性和NO_(x)排放特性的影响

采用数值模拟方法,研究了超低负荷、不同运行氧量工况下某300 MW切圆燃烧锅炉炉膛温度、氧量、CO和NO_(x)的分布规律,分析其对燃烧稳定性和NO_(x)排放特性的影响。结果表明:与中、高负荷相比,90 MW和60 MW超低负荷工况下,高运行氧量时假想切圆难以形成,稳燃能力降低,深度空气分级燃烧系统的脱硝效果变差;当辅助风全关后,炉膛整体温度升高,着火距离缩短,假想切圆更易形成,燃尽距离增加,燃烧稳定性提升,截面平均NO_(x)质量浓度分别降低29%和24%;继续减少燃尽风风量使得运行氧量达到3.5%时,燃尽风区温度略有升高,NO_(x)排放量分别继续降低9%和10%;超低负荷下绝大部分NO_(x)为燃料型NO_(x),初期运行氧量的降低对修正后NO_(x)排放量的降低效果显著。因此,超低负荷下建议减少主燃区的辅助风,保持燃尽风不变,90 MW和60 MW负荷工况下运行氧量推荐值分别为6.5%和8.5%。

高速射流煤粉MILD燃烧的研究进展

开发清洁高效的煤粉燃烧技术是应对我国乃至世界范围内日益严峻的环境污染问题的重要途径,煤粉低氧稀释(MILD)燃烧技术凭借其降低NOx排放、提高热流密度均匀性等优势而被视为颇具潜力的新型燃烧方式。同时,煤粉MILD技术结合富氧燃烧技术将是未来煤炭利用过程中减少碳排放的重要方向。综述了国内外煤粉MILD燃烧的发展历程、技术特点、研究现状等,并重点针对低温预热条件下的高速射流煤粉MILD燃烧技术探讨了研究中的关键问题和研究挑战等。煤粉MILD燃烧起源于气体燃料MILD燃烧,通过增强流场对高温烟气的卷吸并稀释反应物,使高温的火焰锋面模糊甚至消失,降低燃烧峰值温度并提升温度分布的均匀性,进而显著抑制了热力型NOx和燃料型NOx的生成。煤粉MILD燃烧可通过高温预热空气或提高射流速度实现,其中后者以其在经济性和可行性上的优势而更具发展前景,然而在速度达到100 m/s左右的高速射流的强烈剪切、湍流混合条件下的煤粉MILD燃烧机理及特性研究仍有待深入开展。在高速射流强烈剪切及卷吸作用下,煤粉弥散行为与常规射流燃烧相比有明显差异,而煤粉的弥散程度又直接关系到能否实现MILD燃烧。此外,强湍流混合会改变煤粉的升温、脱挥发分、焦炭燃烧等过程,进而影响着火延迟、火焰结构和污染物生成等煤粉燃烧过程中的关键问题。基于对上述关键问题的深入了解并结合气体燃料MILD燃烧的相关研究基础,可进一步发展针对煤粉MILD燃烧的系统、准确的定义,以更好地指导煤粉MILD燃烧技术的研究与应用。

双碳目标下煤炭深部流态化开采及前景

为积极应对全球气候变化,我国提出2030年前达到碳达峰、2060年实现碳中和的双碳目标。我国能源结构决定了煤炭是我国主体消费能源且短期内不会发生变化。为实现双碳目标,煤炭行业需从技术与理论2方面进行创新。为此,围绕煤炭地下气化思路,综述了煤炭深部流态化生产的3种方式:气化、热解以及生物溶解。其中,主要综述了煤炭地下气化技术,包括国内外部分典型煤炭地下气化项目的发展历程、气化工艺及气化稳定性影响因素,并简要分析煤炭地下气化技术仍有待进一步形成工业化生产的原因。同时,将石油行业中的多级压裂水平井同井缝间注采技术引入煤炭深部流态化开采,该技术通过注入气化剂和增加加热装置实现煤炭地下深部流态化开采。基于水平井同井缝间注采技术,探讨了一种新井型在煤炭地下气化、地下热解和地下生物溶解开采中的应用前景及适用范围。相比传统地下气化工艺,水平井同井缝间注采技术具有节约开采成本、提高经济效益、增大气化反应面积和提高波及范围等优势,此外,还可利用新能源技术发电加热,在一定程度上减少碳排放,推动双碳目标实现。最后,结合深部煤炭流态化发展现状,分析当前存在的问题,为我国未来深部煤炭地下气化工业发展提出了建议。

水热及水热氧化预处理对木屑成型颗粒理化性质的影响

生物质成型处理可以提高生物质的能量密度而降低其运输与储存成本,有利于生物质资源的综合利用。该研究以杉木屑为研究对象,经170~260℃水热及水热氧化预处理后制备成型颗粒,并使用范式法、X射线衍射仪和热重分析仪等测试手段分析了水热及水热氧化预处理过程对木屑及其成型颗粒理化性能的影响。结果表明:与原料相比,水热及水热氧化预处理后木屑成型颗粒的机械性能从原料的16.2 MPa分别增至38.9和41.1 MPa,水热氧化预处理对木屑的机械性能提升更有效。在水热及水热氧化预处理过程中,随着预处理温度上升,木屑样品的结晶度均呈现先升高后降低的趋势,分别在230和200℃时达到最高值,且成型颗粒的机械性能与木屑中纤维素含量及其结晶度呈正相关趋势,结晶纤维素是影响其成型过程的关键组分。与原料相比,水热及水热氧化预处理明显改善了木屑成型颗粒的燃料品质及其燃烧性能,成型燃料的热值、综合燃烧指数和稳燃指标均得到明显提升,其中水热氧化处理更有利于木屑炭化程度的提升。

水热处理过程中棉杆三组分衍变对其成型燃料物理性能的影响

作为一种典型的生物质废弃物,棉杆经水热处理后热压成型可有效解决其结构松散、热值低和能量密度低等问题。以新疆棉杆为研究对象,使用高压反应釜完成180~280℃水热处理实验后制备成型颗粒,利用电子万能材料试验机与扫描电镜仪等手段分析了不同水热处理温度下棉杆成型颗粒的物理性能,使用傅里叶红外分析仪、X-射线衍射仪等手段分析了棉杆中主要化学组分(纤维素、半纤维素与木质素)的衍变,探究了生物质三组分衍变行为对其成型颗粒物理性能的影响规律,确定了影响棉杆成型性能的关键作用组分。结果表明:随着水热处理温度的升高,棉杆成型颗粒的抗压强度和表观密度均呈先上升后下降的趋势,并在230℃水热处理时达到最大值(抗压强度9.3 MPa,表观密度1 478.46 kg/m^(3));在水热处理过程中,半纤维素于200℃前几乎完全分解,无定形纤维素和结晶纤维素分别在230℃及280℃前分解完毕,而木质素则是在280℃下水热后棉杆中存在的主要组分;结晶纤维素在棉杆成型颗粒中起到骨架支撑作用,是保证棉杆成型颗粒机械强度至关重要的组分,而木质素在棉杆成型过程中主要起黏结剂作用,且有利于增加棉杆颗粒间的结合程度。

添加剂对棉杆抗结渣性能影响

生物质资源燃用过程中的结渣、团聚等问题限制了该资源的规模化利用,为减缓棉杆燃烧过程中结渣问题,该文探究棉杆中不同赋存形式的钾对其烧结温度和灰熔融特征温度的影响,研究碳酸钙、磷酸钙、磷酸二氢铵3种添加剂的抗结渣性能,探明3种添加剂抗结渣机制。结果表明:逐级萃取可除去棉杆中绝大部分钾元素,水萃取后棉杆灰熔点显著提高,醋酸铵萃取后灰熔点降低,盐酸萃取对棉杆灰熔点提高不明显。磷酸钙添加剂可将棉杆中钾固定在K-Ca-P三元复盐体系中,并提高其灰熔融特征温度,抗结渣效果好。磷酸二氢铵固钾效果较好,但对棉秆灰熔融特性的改善效果不佳。碳酸钙固钾效果较弱,但可提高棉杆烧结温度及灰熔融特征温度。3种添加剂的抗结渣性能为磷酸钙最优,其次为碳酸钙,磷酸二氢铵最弱。

水热/水热氧化处理过程中棉秆三组分对其热解行为的影响

文章基于新疆棉秆的微波水热及水热氧化处理实验,利用傅立叶红外光谱分析、Van Soest化学组分分析和热重分析等方法,研究了水热及水热氧化处理对棉秆固相产物结构、组分变化及热解特性的影响规律。研究结果表明:水热处理过程中,棉秆中的半纤维素在温度为200℃时基本完全水解,无定形纤维素在温度为200~230℃时剧烈分解,而木质素与结晶纤维素在温度为160~230℃时保持稳定;随着水热温度的升高,棉秆样品的结晶度、固定碳含量、热值均呈上升趋势,灰分和水分含量则呈下降趋势,综合热解指数在温度为200℃时达到最大值[4.07×10^(-5)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))];水热氧化处理过程中,半纤维素在温度为180℃时基本分解完毕,木质素和结晶纤维素在温度为160~230℃时发生部分降解;在水热氧化温度为160~200℃时,棉秆的结晶度升高至最大值后降低;水热氧化处理后棉秆的固定碳含量和热值均高于同温度下的水热处理后棉秆,且综合热解指数在温度为180℃时达到最大值[4.23×10^(-5)%^(3)/(min^(2)·℃^(3))];相比水热处理,水热氧化处理能够促进棉秆中不稳定组分的分解,从而在较低的处理强度下对生物质提质。

改善准东煤锅炉受热面沾污的燃烧优化试验研究

2021年国内大部分煤价暴涨,影响到部分地区的电力供应,而新疆准东煤价格稳定且处于低水平,因此安全、稳定地大比例燃烧准东煤的研究非常重要。但是,燃烧准东煤的锅炉会由于准东煤煤质特性及烟气温度过高而产生受热面沾污的现象。以某燃用95%准东煤的660 MW容量四角切圆锅炉为研究对象,研究掌握一次风速、运行氧量、空气分级策略以及煤粉细度对锅炉燃烧温度和NOx排放的影响与控制规律,并在静态和动态工况下实施了针对受热面沾污的控制函数改进。最后,利用受热面沾污监测方法证明了改进对受热面沾污的影响。结果表明,660 MW工况下运行氧量对烟气温度影响最明显,运行氧量由2.0%提升至3.5%时,烟气温度下降99℃;运行氧量及主燃区局部平均化学当量比降低可导致NOx明显降低,煤粉细度的变化对NOx的影响不明显;投入改进后的控制函数后,升负荷过程中烟气温升速率从6.18℃/min下降至4.26℃/min,660 MW工况下最高烟气温度从1104℃下降至1023℃,屏式过热器、低温过热器和低温再热器吸热比例分别上升了0.6%、1.6%和0.9%,表明沾污情况得到了明显改善。330 MW负荷工况下,提高最上层磨煤机的煤粉细度R90至4.9%左右,可有效降低高温再热器底部附近烟气温度,减少可燃物及飞灰沉积,抑制沾污的形成。

水热过程中杉木屑组分的演变对木醋液的影响

以杉木屑为研究对象,经180~280℃水热预处理后热解制备木醋液。采用范氏法定量分析了不同水热温度下杉木屑组分的演变,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、酸度计等测试手段考察了水热预处理后杉木屑组分演变对木醋液产率、有机组分和理化性质的影响。结果表明:随水热温度升高,水热杉木屑中的半纤维素含量持续降低;纤维素含量呈先升高后降低趋势;木质素含量逐渐升高。随水热温度升高至230℃,木醋液中酚类和醛类化合物含量逐渐增加,分别与木质素和纤维素含量变化趋势一致;酸类化合物含量略微减少,与半纤维素和纤维素总含量变化呈正相关趋势,半纤维素和纤维素是酸类化合物的主要来源。当水热温度为180~230℃时,水热杉木屑中半纤维素的大量分解导致纤维素和木质素含量增加使得木醋液密度更高、pH更低,而产率仅在200℃前增加。通过水热预处理优化杉木屑三组分占比,可制取更高品质的木醋液。

高温伴流中燃料射流不稳定自着火特性研究

现代燃气轮机贫预混燃烧室入口温度的升高增加了预混段中不稳定自着火的风险.为探究高温伴流中燃料射流不稳定自着火特性,采用高灵敏度动态压力传感器和高速摄像机观测了自着火的回火过程和自着火频率特性.结合回火速度特征分析了回火机理,并重点研究了燃料摩尔分数、射流速度、伴流温度和伴流速度对不稳定自着火频率的影响.回火过程结果表明,自着火核通过火焰传播向上游的扩展是导致回火的主要原因.根据高速图像和幅度谱发现,当燃料摩尔分数低于临界值时不稳定自着火表现出间歇性.对比不同伴流温度和伴流速度下的幅度谱进一步揭示了该间歇性由化学反应和湍流耗散决定的自着火区域自由基浓度主导.