水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

某热力公司5台新型煤粉锅炉启动调试技术研究

本文介绍了某热力公司5台58MW新型煤粉热水锅炉安装完成后的启动调试技术研究,针对新式结构、新式系统,详细介绍新型锅炉的工艺流程,并对新型锅炉结构详细开展烘炉技术研究。参照新型锅炉集成、智能的技术要点,针对性的制定了锅炉系统调试技术方案,总结了调试研究结论,为后续类似锅炉系统调试提供了可靠依据。

基于实验与仿真的最优蒸汽管网保温结构确定

建立了蒸汽管道多层复合保温结构传热模型,采用DN200mm管道实验研究了不同保温结构和保温材料对隔热性能的影响,根据实验数据验证了数学模型准确性,并以此为基础给出了不同工况下最佳保温方案的确定方法。实验结果显示,管道表面热流密度随着对流层的加入和气囊层数的增加而降低,随披肩厚度和保温总厚度的增加逐渐降低,而反射层数量增加热流密度先降低后升高。传热模型预测结果与实验数据高度吻合,相差不到6%。从经济性分析,不宜采用对流层作为保温材料。最终确定的最佳保温方案能够显著降低系统的供热总成本,最优保温厚度值随管内介质温度和管径的增加而升高。对于温度大于400℃的高温管道,采用复合保温结构相比于单一硅酸铝保温可节省超过30%的投资。

CO_(2)捕集和分离技术研究进展

温室气体CO_(2)排放量巨大是导致全球气候变暖的主要原因之一,CO_(2)捕集、利用与封存(CCUS)技术是未来化石燃料大规模利用中实现CO_(2)近零排放的唯一路径。综述了燃烧前CO_(2)捕集、燃烧后烟气中CO_(2)捕集、燃烧中CO_(2)捕集(富氧燃烧和化学链燃烧)技术的研究与应用现状,总结了吸收法、吸附法、膜分离法等CO_(2)分离技术的研究进展,并指出:未来在积极开发高效、节能CO_(2)捕集技术的同时,应着重提高CO_(2)气体高值利用技术的研究力度,以降低CCUS的成本。

兰炭与生物质混合燃烧对NO_(x)、SO_(2)排放及燃烧特性的影响

生物质与兰炭掺混燃烧被认为是解决大量碳排放、NO_(x)和SO_(2)等空气污染相关问题的潜在途径。分别通过热重试验和滴管炉试验研究纯兰炭、兰炭与生物质混合物空气分级燃烧特性,分析掺混比对混合燃料着火温度、燃尽温度、结渣特性、沾污特性及燃烧特性指数的影响,确定适宜空气分级燃烧比例、最佳燃烧温度和最佳掺混比。结果表明,掺烧生物质可有效降低混合燃料着火点,其着火点由474℃降至300℃,掺烧生物质后燃尽温度略降低,兰炭掺混生物质燃烧未明显提高燃烧特性指数;兰炭粉掺混生物质燃烧有高灰分沉积倾向,结渣倾向小。相比掺烧前,不同温度掺烧生物质后出口NO_(x)和SO_(2)质量浓度均较低,1 200℃出口NO_(x)和SO_(2)质量浓度降幅均较高,分别达87.27%和80.2%。未空气分级时,综合出口NO_(x)等参数得出,适宜生物质质量分数为30%~40%,最佳燃烧温度1 200~1 300℃。分级燃烧时,生物质质量分数30%的NO_(x)初始排放随温度变化平缓,稳定性好,出口NO_(x)质量浓度最低,均低于125 mg/m^(3)。研究结论可为有机固废焚烧处置设备的运行及相关燃烧工况组织调控提供一定技术支持。

平焰燃烧器煤/NH_(3)燃烧特性实验研究

随着“碳达峰,碳中和”目标的提出,将煤与NH_(3)混燃逐步减少煤电是实现降碳的一种新途径,但煤/NH_(3)的混燃特性尚不清晰。因此,基于平焰燃烧器开展煤/NH_(3)燃烧实验,探究了掺氨比(E(NH_(3)),0~100%)、煤/NH_(3)注入方式(预混、非预混)对燃烧特性的影响,采用相机、烟气分析仪,热电偶检测了火焰形态、燃烧器上方高度(Heights Above Burner,HAB)中心沿程烟气中气体组分及温度分布情况,并测定了飞灰中未燃碳的含量,得到:在燃烧初期,煤/NH_(3)争夺O_(2)的现象更明显,由于燃烧区NH_(3)燃烧产生的富水气氛,使得在预混低E(NH_(3))下,CO与OH发生反应,CO质量浓度降低,而在高E(NH_(3))下,一方面NH_(3)优先与O_(2)结合,导致大量碳不完全燃烧,另一方面,富水气氛促进了煤的气化反应,导致燃烧还原区的CO质量浓度大幅升高,最高可达19773.05 mg/Nm^(3),但此过程改变了焦炭的孔隙结构,增加了焦炭的比表面积,加快了煤粉的燃烧进程,使预混条件下飞灰残炭量由13.90%(纯煤燃烧)降低至13.44%(E(NH_(3))=80%),过早注入NH_(3)会减轻燃烧前期NH_(3)燃烧对煤粉的预热作用,降低在火焰反应区的燃烧强度;掺NH_(3)后NO_(x)排放量大幅上升,随着E(NH_(3))增加,NO_(x)先增加后降低,且NO质量浓度峰值提前,未燃NH_(3)及氧体积分数分别是影响N_(2)O、NO_(2)生成的主要因素,增加煤/NH_(3)燃烧的停留时间、减少未燃NH_(3)体积分数、创造还原性气氛均是降低NO_(x)的有效方式;在预混高掺氨比(E(NH_(3))≥80%、HAB=100 mm)及非预混工况下,CO_(2)%随着E(NH_(3))增加呈现降低的趋势;预混E(NH_(3))=40%~60%工况更有利于实现煤/NH_(3)的低氮、低碳、高效燃烧,煤粉掺NH_(3)燃烧存在相互促进和抑制作用,需根据实际情况采取有效措施以发挥煤/NH_(3)混燃的促进作用。

煤浆提浓项目的工程设计与PDMS软件的应用研究

结合凯越煤化的煤浆提浓项目,介绍了其煤浆提浓系统,并针对该系统的工程设计,从设备布置、工艺管道设计、自动控制系统和联锁设计等方面进行探讨,阐述了设计要点和注意事项。在设计过程中,为提高设计质量和出图效率,采用了PDMS软件进行三维设计,介绍了PDMS软件的特点、建模设计过程和设计成品文件。

水煤浆添加剂的研究进展

介绍了水煤浆添加剂的分类、作用机理、研究进展及评价方法,结合表面活性剂、碳基添加剂、聚合物和胶体纳米颗粒等的研究成果,提出了水煤浆添加剂未来的发展趋势及面临的问题与挑战,尽管水煤浆面临稳定性差、燃烧性能和污染物排放控制等挑战,但随着全球能源安全和环境保护需求的不断增加,水煤浆添加剂仍将有广阔的应用前景。

煤粉工业锅炉的选择性非催化还原脱硝性能试验改进

采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝须克服脱硝效率偏低和氨逃逸严重等现象,对其进行试验改进可提升多种类型锅炉的脱硝性能。基于煤粉工业锅炉SNCR试验系统,通过试验测量2种炉膛结构、不同容量的煤粉工业锅炉炉膛温度分布,从喷枪支数、温度和SNCR等方面阐述对脱硝性能的影响,对4个供热站的15台锅炉进行SNCR优化改造,增加喷枪开孔和电磁流量计并改造SNCR系统管路,进而对SNCR优化改造效果进行评估,从而研究单喷枪和多喷枪组合对选择性非催化还原(SNCR)脱硝性能的影响。结果发现:喷枪组合的脱硝效率一般优于单喷枪,主要取决于炉膛内温度分布,即需获得最佳脱硝反应温度和氨氮物质的量比及找到锅炉SNCR的最佳喷枪位置;当炉膛截面平均温度为800~900℃、氨氮比为1.5~2.0时,SNCR可达到较好的脱硝效率且氨逃逸较低;对供热站改造前后的脱硝反应剂用量进行分析,发现改造后的尿素用量比未改造前总体降低23.2%,液氧用量总体降低75.3%,即改造后的尿素用量和液氧用量均显著降低,说明供热站SNCR改造能够大幅降低煤粉锅炉的运行成本。

煤粉工业锅炉炉膛结焦的影响因素及改进对策

炉膛结焦严重威胁燃煤锅炉运行的的安全稳定运行,某供热热水锅炉燃烧器周围及同水平面后墙侧墙位置结焦现象严重影响锅炉的长期运行并增加安全隐患。通过对结焦情况长期观察,基于煤灰的化学成分对结焦影响的分析,结合燃煤锅炉燃烧结焦的机理,采取优化锅炉运行氧含量、增大内二次风占比、减小煤粉颗粒粒径、优化煤种等措施对不同条件下的结焦现象进行对比分析,以探讨减缓炉膛结焦进程的改进对策。研究发现煤种是影响煤粉工业锅炉燃烧结焦的最主要因素,优化煤粉粒径及配风也有一定影响;通过现场取样对锅炉现用煤粉进行煤质及灰成分对比分析,并根据灰成分进行结渣性判别指标计算,结果表明锅炉燃烧现用煤种的灰熔融性温度较低,煤灰软化温度为1170℃,属于典型的易结焦煤种,结渣性严重。综合分析认为:锅炉燃烧煤种发生改变,煤的灰熔融温度较低是影响煤粉工业锅炉燃烧结焦的最本质因素。为进一步解决现场实际问题,采取破坏煤灰中酸碱比提高硅比,提升煤的灰熔融温度,配合调节煤粉粒径等措施。经调整后的锅炉连续运行时长明显延长,结焦状况得以改善,说明燃烧调整改进对策取得良好的效果。

基于压力波动的煤粉工业锅炉炉膛振动试验研究

若煤粉工业锅炉的炉膛振动过大则易影响锅炉的安全运行,对基于压力波动的煤粉工业锅炉炉膛振动进行试验研究,可调整其燃烧参数并为锅炉的安全运行提供基础支撑。为了研究煤粉工业锅炉振动产生的原因,进而探究降低锅炉振动的方法,在1台40 t/h蒸汽煤粉工业锅炉上开展试验,研究不同因素对锅炉压力波动和频率的影响,并分析压力波动和自身固有振动与炉墙振动的关系。试验结果表明:煤粉工业锅炉的炉膛各个位置受到的压力基本相同;煤粉工业锅炉中存在频率约为5 Hz的特征压力波动,锅炉的负荷越大,特征压力波动越大、频率越高;二次风越大,特征压力波动越小。结合理论分析认为煤粉工业锅炉的特征压力波动是由燃烧器和预燃室里的火焰脉动燃烧所产生,因而应增加炉墙的刚性以及避免炉墙的固有频率与炉膛压力波动的主要频率叠加,从而有效降低炉墙的振动。

氨煤混燃技术在工业应用中的研究进展

随着我国能源消耗逐年增加,需在减少煤炭使用量的前提下保证能源的供给,寻找可替代燃料势在必行,因而氨作为可代替燃料部分代替煤粉燃烧的氨煤燃烧技术在近年来引起广泛关注,即氨煤混燃技术以其对煤炭燃烧产生的污染物减排和能源利用效率提高的潜力而备受关注。阐述氨煤混燃研究领域的最新进展,包括火焰形态、煤粉着火和点火延迟时间、火焰传播机理及NO_(x)的排放等研究,总结不同燃烧策略和燃烧器下氨煤混燃的燃烧特性和排放特性,分析全球氨煤混燃技术在工业应用中取得的一些重要突破以及未来研究可能面临的挑战。氨煤混燃的反应路径和机理模型类型复杂,在不同条件下的过程不尽相同,需进一步明确中间体物质的多重作用,且有待深入研究气体组分对煤粉和NO_(x)的生成影响规律。目前氨煤混燃点火及减少NO_(x)排放的研究主要聚焦于宏观规律,部分研究着手分析氨煤混燃过程中间产物,但基础研究较少,机理尚不明确,相关燃烧器设计困难,技术仍不成熟,需对其进一步优化。未来可进一步针对提高掺氨比和降低污染物排放等方面进行研究,以实现氨煤混燃在火电厂等大型工业中应用。

双节流环对磨煤机出口风粉管道压力调平影响研究

制粉系统一次风粉分配均匀性的好坏以及各风管长度的差异,是影响煤粉管道堵塞和锅炉燃烧的关键因素。本文采用CFD数值模拟软件对某机组煤粉管道的内部流场进行模拟计算,通过增加可调节节流环的方式优化管道内部压力,从而改善管道内部风粉不均的问题。结果表明,节流环的位置对管道压力的调平效果影响并不显著;节流环大小对管道压力影响显著,且节流环越小,管道压力梯度变化越大。通过使用节流环,可以将磨煤机风粉管道压力偏差降至2%以下。

标准成本定额在煤粉锅炉A企业生产成本控制中的应用

当前各企业都非常重视成本管理,特别是煤炭企业,受“限煤化”及日趋严苛的节能环保要求的影响,利润很薄,成本控制尤为重要。本文着重分析煤粉锅炉A企业应用标准成本定额管理,与实际生产成本差异的对比分析,指出具有针对性的控制点,并提出预算管理过程中的保障措施,新版标准成本体系作为A企业编制成本预算、强化成本费用管控的重要参考依据,助推生产成本精益化管理,扩大利润空间,为其他类似企业的相关应用提供借鉴。

气流床煤粉工业锅炉非催化还原脱硝试验

选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术是燃煤工业锅炉领域重要的脱硝技术之一,目前电站锅炉SNCR脱硝效率普遍偏低,且工业锅炉SNCR应用研究较少。针对一台20 t/h气流床煤粉工业锅炉测量了炉膛温度以及不同喷枪位置和气液压力下炉膛出口的NO_(x)排放浓度,研究了气流床煤粉工业锅炉中SNCR的脱硝性能。结果表明,采用尿素进行脱硝反应的最佳温度窗口为790~850℃,最佳温度窗口位于炉膛中心截面附近,喷枪设置在炉膛侧壁中心优于炉膛顶部,喷枪插入深度和角度对脱硝效率的影响较小,喷枪位于最优位置时,脱硝效率可达87.2%,出口NO_(x)质量浓度为38 mg/m^(3),满足超低排放。喷枪流量随液压升高和气压降低而增大,气压大于液压时,喷枪雾化较好,整个扇面液滴分布较均匀,2.38≤氨氮物质的量比≤3.00时,液压越低,脱硝效率越高,0.30 MPa≤液压≤0.35 MPa,0.29 MPa≤气压≤0.40 MPa时,SNCR脱硝效率较高,且氨逃逸较少。喷枪液滴雾化情况对脱硝效率的影响高于扇面角度。

高掺混比例下不同生物质与煤粉混燃试验

生物质作为可再生能源,具有资源丰富、着火容易、污染物排放低等优点,但存在能量密度低、水分高等缺点。煤粉则具有能量密度高的优点和着火困难、污染物排放高等缺点。将生物质高比例掺混入煤粉(生物质/煤粉质量比大于5∶5),可有效解决生物质利用率低、能量密度低、煤粉着火较难和污染物排放高等问题,提高能源利用率,实现节能减排,该方法已成为一种新型能源利用技术。目前学者研究主要集中低掺混比例(小于5∶5),国内常见生物质与煤粉在高掺混比例下的混燃特性尚有待深入研究。采用热重分析法研究了不同生物质(玉米秸秆、稻杆、玉米芯、棉花及杨木屑)与煤粉在高掺混比例下(0∶10、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、10∶0)的燃烧特性和动力学特性,分析了不同生物质种类及掺混比例对燃料热失重特性、特征温度、反应动力学、燃尽特性及燃烧特性指数等影响,并确定不同生物质的最佳掺混比例。结果表明:混合样品的失重曲线表现为失水、挥发分燃烧、固定碳燃烧3个阶段。最大失重速率在第1阶段变小,第2阶段变大,燃烧整体前移。混合样品的着火温度和燃尽温度分别比煤粉下降约100和40℃,在协同作用下,掺混后杨木屑的着火温度随掺混比例的增加而增大;掺混后玉米秸秆、稻杆和棉花随掺混比例的增加先减小后增大,在7∶3时最小;掺混后玉米芯则随掺混比例的增加而减小;所有种类生物质掺混后的燃尽温度均下降。单一生物质的活化能均小于煤粉,其排序为稻杆>杨木屑>玉米秸秆>棉花>玉米芯(第1阶段),杨木屑>棉花>玉米芯>稻杆>玉米秸秆(第2阶段)。随掺混比例增大,第1阶段掺混后棉花和杨木屑活化能先增大后减小,玉米芯和稻杆逐渐减小,且均在8∶2时最小;掺混后玉米秸秆先减小后增大,6∶4时最小。第2阶段掺混后玉米芯、杨木屑和棉花活化能逐渐减小,8∶2时最小;玉米秸秆和稻杆先减小后增大,分别在6∶4和7∶3时最小。燃尽特性指数变化规律不同,掺混后棉花在7∶3时抑制作用最强,玉米秸秆、稻杆、玉米芯、杨木屑分别在8∶2、6∶4、6∶4和8∶2时促进作用最强。单一生物质的综合燃烧特性指数为玉米芯>棉花>玉米秸秆>稻杆>杨木屑,约分别为煤粉的10.0倍、7.7倍、7.0倍、6.5倍和6.2倍;且玉米芯和棉花在8∶2时、稻杆和玉米秸秆在7∶3时综合燃烧特性指数最大,小范围改变掺混比例,燃烧特性指数几乎无变化。

主煤流运输控制系统关键技术

针对煤矿带式输送机在生产过程中多采用逆煤流启动,再启动过程中存在空载或轻载时间长,导致电能的浪费严重等问题,设计了1种多级串联带式输送机节能控制系统;系统采用PLC为控制核心,结合煤量识别装置,通过BP神经网络建模及重要参数优化得到了煤流量、带速、能耗之间的对应关系。通过现场实际应用,验证了该系统能够实现节能降耗及高效运输的能力,实现了带式输送机的顺煤流一键启停控制、煤量负载均衡。

浮选煤泥制备水煤浆技术研究及工业应用

为实现煤泥资源的清洁高效利用,开展了浮选煤泥制备水煤浆的技术研究和工业化应用。以浮选煤泥为原料,采用分级研磨制浆工艺,将细磨机超细研磨制备的细浆加入到原棒磨机系统内进行煤浆提浓。据此设计了1套包括原料煤泥装车系统、汽车运输、煤泥储存及粗浆制备系统、细浆制备系统和细浆返回棒磨机提浓系统的工艺流程。工业试验运行结果表明:在添加剂用量相同的条件下,增加浮选煤泥制浆系统后,煤浆质量分数提高了3.12个百分点,表观黏度增大了235 mPa·s,析水率减少了0.8个百分点,煤浆的流动性和稳定性得到了明显改善。

生物质固体燃料无焰燃烧实现条件的数值模拟研究

将无焰燃烧技术应用于生物质固体燃料,将同时实现生物质的高效燃烧以及燃烧过程NOx的有效控制。为解决生物质燃料燃烧效率低、燃尽率差等问题,探究实现生物质固体燃料无焰燃烧的稳定工况,以1个功率为1.4 MW的燃烧炉为研究对象,采用数值模拟方法,在验证模型合理性的基础上对生物质固体燃料无焰燃烧特性进行研究,探究二次风进口速度、炉膛尾部烟气出口直径和炉膛壁面温度对生物质无焰燃烧建立和稳定性的影响。数值模拟研究结果表明:提高二次风入口速度,有利于氧化剂的均匀分布以及烟气的大范围卷吸,使温度场分布更加均匀,可在整个区域内实现温和的无焰燃烧反应;当烟气出口直径为200 mm,即烟气出口面积为炉膛尾部面积的约1/16时,整个炉膛内温度场最为均匀;当炉膛壁面温度由1000 K提升至1200 K时,温度场更加均匀,整个区域内进行温和的无焰燃烧反应,且燃烧较为充分。提高二次风入口速度、缩小烟气出口直径以及维持炉膛壁面温度在较高水平是建立和稳定维持生物质无焰燃烧的必要条件,对工业锅炉实现生物质固体燃料无焰燃烧具备参考意义。

控温策略优化对电子束选区熔化成形TC4钛合金力学性能的影响

电子束选区熔化是一种真空条件下高温成形的粉床式增材制造技术,高温度场的控温策略对成形性能与制件组织力学性能均具有决定性影响。采用电子束选区熔化成形TC4钛合金试样,开发了以平均束流为判据的综合控温策略,实现了适应填充截面积变化的自主控温策略,并基于过程预热方法,开展了热量分配策略研究,分析其对力学性能的的影响。结果表明:无过程预热且平均束流较低时,TC4钛合金的抗拉强度为979—995 MPa,并且随平均束流增加呈先上升后下降的趋势;加入过程预热并和填充多重耦合后,提高了温度场的精确控制能力,从而提高了电子束3D打印产品的力学性能。