华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

煤燃烧国家重点实验室属应用基础研究实验室,依托华中科技大学,于1991年建成并对外开放。实验室紧紧把握煤的高效低污染燃烧理论和技术的研究方向,在开展技术创新、促进成果转化、高层次为国民经济建设服务的同时,尤其注重加强基础研究的定位,各方面都取得了十分显著的成绩。

煤燃烧国家重点实验室大型仪器资源共享平台的建设与运行实践

介绍华中科技大学煤燃烧国家重点实验室大型仪器资源共享平台的建设内容、管理模式、运行状况、开放服务以及取得的成果与效益。

以评促改 以评促建——浅谈煤燃烧国家重点实验室评估体会

介绍该校煤燃烧国家重点实验室评估经验和体会,探讨了"以评促改、以评促建"的精神在国家重点实验室建设中的重要性和必要性。

煤燃烧国家重点实验室

我国以煤为主的能源结构在今后相当长的时期内都不会改变．煤炭的利用效率不高以及造成的严重环境污染和导致的能源安全问题，仍然是制约我国可持续发展的最重要的因素之一．煤燃烧国家重点实验室正是为了应运国家的这种需要，1988年由国家直接投资建设，1991年建成并对外开放，属应用基础研究实验室．实验率自开放以来，承担了许多国家级、省部级的重大科学研究项目，为国家培养了大批高层次、高质量的科技人才，在中国煤燃烧领域研究中发挥了章要作用，是中国在煤燃烧理论与技术研究方面水平最高的实验室之一．实验室于1997年和2003年顺利通过国家的两次评估．

前进中的煤燃烧国家重点实验室

多年来,实验室的基础设备建设逐步完善,人才队伍趋向稳定合理、管理运行机制颇有成效,在基础研究、高技术创新以及科技成果转化三个层面上所开展的研究活动,具有较高的学术水平和创新性,并且取得了卓有成效的技术成果,所有这些取得的成绩也将为煤燃烧国家重点实验室的进一步发展奠定了基础,

基于FES技术的O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性

O_(2)/CO_(2)燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术,然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质,严重危害了设备的安全稳定运行。因此,探讨O_(2)/CO_(2)燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES),在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O_(2)/N_(2)和O_(2)/CO_(2)两种气氛下的释放特性。结果表明:在O_(2)/N_(2)气氛下,挥发分燃烧会产生明亮的火焰;与O_(2)/N_(2)气氛相比,O_(2)/CO_(2)气氛下煤粉燃烧强度降低,火焰温度下降,着火时间延迟,挥发分和焦炭的燃烧时间延长,使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na_(2)CO_(3)和Na_(2)SO_(4)来讲,O_(2)/CO_(2)气氛延迟了其释放过程中质量浓度降低的时间,使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段,气相Na质量浓度变化率波动不大;但NaCl会在释放的4 s左右质量浓度变化率变为负值,导致释放的气相Na质量浓度一直降低。同时CO_(2)气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na_(2)CO_(3),进一步抑制气相Na的释放过程。而Na_(2)CO_(3)的质量释放率在O_(2)/CO_(2)气氛下也降低的主要原因则是CO_(2)抑制了Na_(2)CO_(3)向Na_(2)O的分解过程。Na_(2)SO_(4)则由于其本身释放就比较困难,因此其质量释放率降低的主要原因是燃料燃烧温度和强度降低导致的。

原位煤气化化学链燃烧发电系统的过程模拟

运用Aspen Plus软件构建了以Fe_(2)O_(3)/FeO为氧载体的600 MW原位煤气化化学链燃烧发电系统。基于系统的仿真结果,分别进行了能量、[火用]和[火用]成本分析。结果表明:原位煤气化化学链燃烧发电系统的净热效率为35.38%;系统中内部[火用]损失最大的组件为空气反应器,占原位煤气化化学链燃烧子系统组件总内部[火用]损失的28.39%;水汽系统总内部[火用]损失在整个系统中占比较小,仅为化学链燃烧子系统的14%;原位煤气化化学链燃烧发电系统中单位[火用]成本最大的组件为空气预热器,其值为3.88,再热器、省煤器和过热器的产品单位[火用]成本也较大。

基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术研究进展

准东煤等高碱煤在新疆地区储量巨大,但其富含的碱金属元素极易导致炉膛受热面沾污、结渣等问题,会影响锅炉运行的安全性,研发高碱煤高效清洁燃烧发电技术对实现“双碳”目标有重要意义。总结了基于自发辐射分析的高碱煤燃烧炉内在线监测技术的研究进展,重点介绍了发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术在高碱煤燃烧监测领域的研究现状及应用情况,进而对其发展趋势和动态进行探讨。发射光谱技术通过对火焰发出的不同波长光谱辐射信号进行处理获取温度与组分,近期,已广泛用于测量工业炉膛燃烧火焰温度和气相碱金属质量浓度,并基于此对炉内结渣趋势进行定性判断。自发辐射图像处理及成像技术具备信号空间分布的解析能力,利用CCD、CMOS等面阵传感器获取炉内自发辐射图像,基于图像处理与热辐射成像原理,结合辐射反问题求解方法,可以获得燃烧场在三维空间的温度分布以及二维壁温分布,使结渣的三维可视化监测成为可能。未来需基于发射光谱技术、自发辐射图像处理及成像技术对二维或者三维的受热面结渣沾污进行监测,结合炉内燃烧温度与气相碱金属质量浓度等参数分布,建立高碱煤燃烧受热面结渣沾污的定量判断指标,最终达到对受热面结渣沾污在线预测的目标。

加强大型仪器设备资源共享平台建设 促进国家重点实验室对外开放

介绍了该校煤燃烧国家重点实验室大型仪器设备状况、大型仪器设备资源共享平台系统以及运行管理模式,探讨了共享平台管理模式和运行机制有关具体内容。

混煤燃烧过程中的交互作用:机理实验研究与数值模拟

为深入研究混煤燃烧过程中的交互作用机理,在沉降炉上进行了贫煤和烟煤不同配比混煤(贫煤掺混烟煤比例0,25%,50%,75%,100%)燃烧特性的实验研究与数值模拟。结果表明,混煤燃烧过程中易燃煤对混煤燃烧的促进和抑制2种交互作用的竞争决定了混煤的燃烬特性,促进作用表现为烟煤优先燃烧,提高了燃烧初期的局部温度,促进了难燃煤的着火与燃烧;抑制作用则表现为易燃煤抢先燃烧消耗了大量氧气,导致难燃煤燃烧处于欠氧状态,阻碍了难燃煤的燃烧与燃烬。由于煤种差异大,交互作用影响明显,混煤实际燃烬率与计算线性燃烬率差异较大。掺混25%易燃煤时,促进作用在混煤燃烧中占主导地位,燃烬率高于按掺烧比例线性计算得出的计算线性燃烬率;当掺混50%易燃煤时,混煤燃烬率的出现"拐点";进一步增加至75%时,抑制作用在混煤燃烧中占据主导地位,燃烬率明显降低。混煤燃烧NO_x排放量与计算线性NO_x计算值比较接近,其随着易燃煤的掺烧比例的增加而线性增加。

生物质和煤混合燃烧实验

生物质与煤混合燃烧是一种综合利用生物质能和煤炭资源并同时降低污染排放的新型燃烧方式。本文在STA 4 0 9C型热综合分析仪上对一种煤样和两种生物质样以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。结果表明 ,在煤中加入生物质后 ,着火燃烧提前 ,同时可以获得更好的燃尽特性。生物质和煤混合后 ,发热量增加 。

煤燃烧过程中痕量元素As、Cd、Cr释放特性实验研究

主要研究以As、Cd、Cr为代表的痕量重金属在煤加热过程中的释放机理,因其挥发性将直接影响其对大气的排放量。试验表明,痕量元素的释放不仅与元素的物理化学性质有关,而且与元素在煤中的浓度和赋予的形态及燃烧工况等因素有关。As主要以硫化物形态存在,而且其熔点和沸点较低,故As最易挥发;而Cr主要以无机物形态存在,熔点和沸点又高,故最难挥发;而Cd介于二者之间,故挥发性As>Cd>Cr。试验证明随着温度升高,各元素的挥发率也逐渐升高,而且As Cd>Cr。

实验条件对煤燃烧特性影响的分析

采用TGAFTIR联用的实验方法,对不同煤样进行了热重分析,同时对其析出产物进行红外光谱在线检测;通过对不同升温速度和试样用量对煤燃烧过程的研究表明升温速度对热重法的影响最大,其挥发分析出时间也不相同;煤的总失重率随升温速度增大而增大,淮南煤HN升温速度从8℃/min增大到50℃/min时,其最大失重率由7.57%/min增大到24.55%/min;升温速度过低,当低于8℃/min时,造成TGAFTIR联用时低含量成分信息丢失影响分析结果.这对掌握煤的燃烧与热解特性,为煤的有效利用提供依据.

PM_(2.5)和PM_(10)排放的一维炉煤燃烧实验研究

我国煤烟污染十分严重。燃煤排放的PM10和PM2.5表面富集了大量的有毒痕量元素,进入大气后,对环境的危害极大。本文在一维炉中对不同煤种分别在650℃,850℃,950℃下燃烧PM的排放进行实验研究,发现PM10和PM2.5的排放量随温度升高有增加的趋势;随煤种含S量的增加,其排放量也增加;随着煤灰分的增加,PM10和PM2.5的排放量也有增大的趋势,煤中矿物质的种类和形态对其排放有明显的控制作用。

煤燃烧过程中汞元素形态转化的实验研究

在一维煤粉燃烧炉上 ,利用液体吸附剂取样方法对煤燃烧过程中汞的化学形态分布规律进行了实验研究 .结果表明 ,在煤燃烧过程中 ,煤中绝大部分 (85 %以上 )的汞挥发进入气相 ,残留在底灰中的汞的比例则相当小 ;飞灰颗粒汞浓度大大超过底灰汞浓度 ,体现出汞的飞灰富集和底灰分散特性 ;由于飞灰残炭的吸附作用 ,烟气中的汞主要以颗粒态的形式存在 ,而以气态形式存在的汞较少 ;单质汞是气态汞的主要形式 ,占气态汞总量的 5 2 %～ 83 %.

O_2/CO_2条件下煤粉燃烧火焰特性的实验研究

本文利用平面火焰曳带流反应系统,对O_2/CO_2气氛下的煤粉火焰进行了实验研究。以期通过此实验研究,对后期的实验室规模的实验研究起到指导作用。结果表明:O_2/CO_2气氛下CO_2的存在、氧分压的大小以及煤中的水分含量均对煤粉火焰有较大影响。

煤燃烧超细颗粒物生成和控制的实验研究

为了解煤燃烧过程中温度对超细颗粒物生成的影响和吸附剂抑制超细颗粒物生成的有效性,本文进行了小龙潭褐煤的滴管炉燃烧试验。收集的超细颗粒物的尺寸分布已经在不同的操作参数下进行了测量。超细颗粒物主要通过汽化-成核-冷凝机理形成。因为小于100 nm的颗粒物没有得到充分的控制,一种加入蒸汽吸附剂的方法在煤燃烧系统中得到应用,事实证明这种方法可以有效地抑制超细颗粒物的生成。

煤燃烧超细颗粒物控制的实验研究

煤燃烧过程中,采用吸附剂控制超细颗粒物的生成具有重要的理论和实践意义。本文主要采用钛的吸附剂对小龙潭褐煤的燃烧进行调节和控制,滴管炉煤粉燃烧试验测试了在3个温度(850℃、1100℃和1125℃)下,添加剂对超细颗粒物粒度分布的影响,并对其形貌和作用机理进行了较为深入的研究和探讨。研究证明这种采用添加剂的方法可以有效地抑制超细颗粒物的生成,并且实验发现在一定的温度范围内吸附剂的作用效果达到最佳。

O_2/CO_2煤粉燃烧时细灰颗粒中痕量元素分布特性的实验研究

通过三个煤种在沉降炉中的燃烧实验,采用X-射线荧光光谱仪对实验收集的细灰颗粒物的元素组成进行定量测定,研究了O_2/CO_2煤粉燃烧对痕量元素行为的影响。结果表明,与O_2/N_2燃烧相比,O_2/CO_2燃烧对LPI颗粒物中Cu、Zn和Mn元素的分布形式没有影响,但显著增加了Cu、Zn元素在亚微米颗粒中的富集程度,Mn元素在细灰颗粒上没有出现富集,但O_2/CO_2燃烧时Mn在亚微米和超微米颗粒中的含量均显著减少。

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究——PART Ⅰ:理论建模与热重实验

本文根据反应动力学的简单碰撞理论(SCT),建立了气固两相反应通用模型,进一步研究了煤焦燃烧和燃尽的统一动力学模型;粉煤悬浮燃烧时挥发分的析出模型也可包含在该模型中;该模型充分考虑了粉煤在热天平中与在炉内燃烧条件下氧气浓度和氧气可达比表面积变化规律的差异,并给出了计算活化能函数和氧气可达比表面积的新方法,可提高利用热天平获取的动力学参数对炉内煤粉燃烧速率预报的准确性。通过热重分析和已经报道的试验数据对模型的合理性进行了检验。