预热解式煤粉工业锅炉大比例直燃耦合生物质的数值模拟研究

燃煤耦合零碳的生物质是现阶段燃煤过程中减少CO_(2)排放成本最低和技术最成熟的技术。根据我国生物质资源分布国情,受生物质资源收集成本限制,在现有燃煤火电机组上只能进行低比例的耦合掺烧,但分布式供能燃煤工业锅炉具备进行大比例耦合甚至全部改烧生物质燃料的条件。目前链条炉和流化床锅炉掺烧和全烧生物质在国内已得到较为广泛的应用,然而相对更高效和自动化程度更高的煤粉工业锅炉大比例耦合生物质的研究和工业应用案例较少。针对近年来国内新发展的低NO_(x)预热解式煤粉工业锅炉大比例直燃耦合生物质甚至全烧生物质的可行性,通过CFD数值模拟进行初步探索,重点对大比例耦合生物质对预热解式煤粉工业锅炉温度场、壁面热流密度、气氛场和NO_(x)排放的影响进行评估。数值计算结果表明:预热解式煤粉工业锅炉大比例耦合生物质后,炉内的温度场、壁面热流密度和气氛场总体分布趋势与纯煤粉燃烧相似;随着生物质耦合比例的增加,主燃区燃烧过程得到强化,但由于生物质含水量较高,火焰总体存在着火延迟现象,主燃区消耗氧气的速率有所降低,挥发分与CO摩尔分数明显升高。受生物质燃料中含氮量高和火焰推迟的双重影响,随着生物质耦合比例的增加,NO_(x)排放先增加后减少。研究结果表明预热解式煤粉燃烧技术可实现煤粉工业锅炉大比例耦合生物质甚至全部改烧生物质,在适当控制生物质燃料收到基氮含量的条件下,大比例耦合生物质可显著降低锅炉NO_(x)排放。

IGCC示范工程煤气化炉的数值模拟

采用Aspen Plus流程模拟软件对某拟建的IGCC示范工程的德士古煤气化炉进行数值模拟,通过考虑碳的不完全转换对计算流程进行了改进,并运用CPD模型预测煤热裂解的产物分布.研究了煤气化炉的重要操作参数(即水煤浆浓度、氧煤比、气化压力和气化温度)对气化结果的影响.在计算区间内,发现高浓度水煤浆浓度范围内,随浓度的增加,煤气的主要成分(H2+CO)的总含量增加.气化温度增大到1400℃左右时,煤气的主要成分随气化温度的进一步增加会趋于一个恒定值.

大型海藻浒苔热解特性与动力学研究

以2005年10月采自江苏如东海区的条浒苔(Enteromorpha clathrata)为研究材料,用热重分析法对其热解过程及其动力学规律进行了研究。采用10、20、30℃/min等升温速率分别对0.18、0.28、0.45mm等粒径样品进行热解,结果表明样品非等温失重过程主要为脱水、保持、剧烈失重和缓慢失重4个阶段,且热解失重区为190～520℃之间范围;通过对最大失重率Dmax、失重率峰值温度θmax、挥发等参数分析,可以得出温度Ts和r值都随升温速率的增加而增加,升温速率越高,反应时间越短,热解特性指数增加;当样品粒径为0.28mm以上时,颗粒粒径越大对热解过程影响较大。用Coats-Redfern方法计算出样品的热解动力学参数,发现其热解反应机理函数不同于木质类生物质,求得的活化能E与频率因子A之间存在动力学补偿效应。

两段式固定床反应器中焦油脱除的实验研究

通过两段式固定床反应器实验,研究了热裂解、部分氧化和炭层转化三种方法对焦油脱除的效果,并研究了生物质种类、反应温度、停留时间、生物质焦的粒径及种类等因素对热解焦油的脱除和转化规律。结果表明,随着温度的升高,三种脱除方法中焦油生成量下降,且降幅逐渐减小,实验过程中无论采取何种方法,都难以将焦油完全脱除;部分氧化和炭层转化对焦油的脱除效果都较相同温度条件下的热裂解要好,且在焦油脱除效果上,炭层转化>部分氧化>热裂解;联合部分氧化和炭层转化可达最高的焦油脱除效率,三种生物质热解焦油经1 000℃联合脱除后产量分别为,稻秆0.43%、玉米秆0.61%和杉木屑1.15%,转化率分别达到98.28%、97.23%和96.29%;相同实验条件下稻秆的热解焦油最容易脱除,这与其物料中含氧量较高有关;生物质焦种类对焦油的脱除效果影响较小。

一种低NOx旋流燃烧器流场特性的研究

介绍了国内某锅炉厂按引进日立-巴布科克公司技术制造的HT-NR3低NOx燃烧器的基本情况及其主要结构特点,并对这种燃烧器进行了试验研究.结果表明:该燃烧器的回流区为中间环状回流区,煤粉浓度分布为外浓内淡,与其回流区相匹配,具有良好的着火及燃烧特性.实际运行表明,该燃烧系统具有很好的低NOx特性,可以满足国内燃煤锅炉的低NOx排放要求.

燃煤锅炉高效、低NO_x运行策略的研究

借助现场燃烧调整试验数据,采用最小二乘支持向量机方法建立了NOx排放和燃烧效率的预测模型,并与遗传算法相结合,分别对降低NOx排放和提高锅炉效率的各参数进行了优化,找到了在燃用不同煤种下较低NOx排放和较高燃烧效率的运行参数组合.研究结果证明:运用此方法可以寻找出锅炉在燃用不同煤种时最佳的高效、低污染运行方案.

无烟煤二氧化碳气化反应动力学研究

应用热分析原理以非等温方法研究二氧化碳与无烟煤的气化反应,并通过Freeman-Carroll微分法和Coats-Redfern积分法求解动力学参数.结果表明:不同分析方法和拟合区域会影响热分析结果;采用均相一级反应模型进行拟合,得到气化反应速率常数、反应活化能和指前因子.贵州无烟煤和山西无烟煤气化反应最佳温度区间接近,动力学参数相差不大.

海藻生物质颗粒流化床燃烧试验研究

在小型流化床试验台上研究了海藻颗粒(条浒苔与马尾藻)的流化床燃烧。海藻在流化床内的挥发分析出燃烧时间都在1min左右。条浒苔颗粒在流化床中燃烧先进行脱水和挥发分的燃烧,接着发生焦炭燃烧,其燃烧过程符合缩核模型,炭核由外向内逐层燃烧,而灰层半径几乎不变。但马尾藻颗粒由于挥发分的大量快速释放而迅速膨胀破碎成屑。另外通过对条浒苔颗粒及不同燃烧时间后收集的焦炭颗粒剖面的SEM扫描电镜观察,发现随着燃烧的进行,颗粒内孔隙增大,微孔表面粗糙。进一步详细研究了两种海藻颗粒(条浒苔与马尾藻)在流化床内单次投料下的燃烧。随着床温的升高,条浒苔释放NOx相对浓度增加,CO相对浓度减少。而马尾藻释放气体中SO2与NOx含量相对条浒苔有所增加;随着床温的升高,CO相对浓度减少。床温的升高使得床内传热速率加快,两种海藻挥发分的析出提前,燃尽时间缩短。风速、床高的升高使得两种海藻燃烧容易,燃尽时间缩短。

粉煤灰干燥特性的试验研究

对所用的粉煤灰进行了粒度分析并测得其物理性质;在不同的干燥工况下对粉煤灰做了大量试验,对实验数据进行了拟合,建立干燥特性方程,针对影响干燥速率的主要因素及热质传递规律进行了分析。结果表明,粉煤灰所含水分大部分为非结合水,温度、风速对粉煤灰的干燥速率影响明显;堆积的粉煤灰穿流干燥时不具有典型的3个干燥阶段。试验结果可为粉煤灰干燥器的设计提供依据。

典型烟煤热解焦炭结构特性的实验研究

通过热重实验研究了三种典型烟煤在热解条件下粒径变化对焦炭结构特性的影响,并用扫描电镜对不同反应条件下的焦炭表面结构进行了观察.结果表明,现对于毫米级的煤颗粒而言,颗粒粒径变化对于挥发分析出速率的影响并不显著,但不同煤种的焦炭结构特性差别很大.对于塑性较小的煤,随着颗粒粒径的增大容易在热解过程中破碎,而对于塑性较大的煤在热解后不易破碎,但颗粒会出现膨胀和表面蓬松等现象,掌握焦炭结构特性变化对不同煤种的高效利用具有重要意义.

焦炭颗粒气化表面积变化结构因子的研究

孔结构及其变化对焦炭颗粒的气化行为有重要的影响,如颗粒的比表面积变化与反应速率有相同的变化趋势.推导得出了一个新的反映焦炭颗粒气化过程中表面积变化的结构因子表达式,该结构因子显示表面积的变化趋势与初始孔隙率有重要的关系.随着初始孔隙率的不同,比表面积或是随转化率减小,或是出现最大值.这一特征与随机孔模型很相象.与随机孔模型作了对比研究,发现所提出的该表达式模型除了形式简单外,还具有物理意义明确、精度好的特点.

百叶窗浓缩器内气固两相流动PDPA试验研究

采用二维相多普勒粒子分析仪 (PDPA)对典型结构的百叶窗浓缩器内气固两相流劝进行了定量测量 ,得到了百叶窗浓缩器内气固两相流场特点 ,探讨了百叶窗浓缩器气固分离机理 ,即浓缩机理 。

动力学控制下焦炭颗粒气化特性的模型研究

焦炭颗粒气化反应属于典型的非催化气固反应,固体结构会随着反应发生变化,颗粒的气化模型包含了体现固体颗粒表面积变化的结构因子。建立了具体的焦炭颗粒与二氧化碳气化过程的扩散-反应模型,并将研究的内容限定在动力学控制区域。该模型的特点在于其反应速率项采用了形式简单的结构因子,模型结果与随机孔模型对比后显示了很好的精确性。利用该模型考察了不同初始孔隙率的焦炭颗粒的转化率变化特性以及固定初始孔隙率下,气化温度和气化剂分压对焦炭颗粒气化的影响。

燃煤电站锅炉富氧燃烧技术研究进展综述

富氧燃烧技术是未来实现燃煤电站锅炉CO2捕集和存储可能采取的技术路线之一,但是煤粉在普通空气和CO2气氛条件下的燃烧及传热传质特性有很大的区别,因此有必要对煤粉富氧燃烧技术进行深入的研究。通过总结富氧燃烧技术的最新研究进展,并与传统燃煤电站锅炉空气燃烧技术进行比较,从传热特性、煤的反应性以及污染物排放特性3个方面介绍了富氧燃烧的特点,为将来工业应用做好技术储备。

天然气再燃降低燃煤锅炉NO_x排放的研究

天然气再燃是一种可行、经济且高效的降低锅炉烟气中NOx排放的方法。介绍了它的原理与应用现状,在多功能燃烧实验台上研究了天然气再燃对NOx排放的影响,分析了在各种工况下的实验数据,得出影响脱除NOx效果的因素,并与某电厂石油气再燃实炉改造的结果作了对比,证明了再燃技术的可行性。

燃煤电站烟气水分回收技术试验研究

为改善锅炉效率并回收水分,利用加湿天然气烟气模拟褐煤锅炉排烟,通过布置在水平烟道中的错列光管水冷换热器进行冷凝换热,研究入口烟温维持在50℃-60℃时,烟气流速（3-8 m/s）、烟气中水蒸汽容积份额（4%-14%）、冷却水流量及流动方式等因素对高水蒸汽含量烟气冷凝液捕集率的影响,提出适用于电站的水分处理及回收利用技术。由试验结果分析得到,冷凝液捕集率随烟气流速降低、水蒸汽容积份额增大或冷却水流量的增大而增大。试验条件下的冷凝水捕集率最高可达52%。

分级燃烧对层燃炉NO_x减排的效果研究

将分级燃烧低NOx技术应用于层燃炉,在实验炉中测试了其对NOx排放的控制效果。实验表明,空气分级在不对燃烧构成很大影响的前提下可以达到28%的NOx减排效果,而燃料分级则可降低NOx55%,可见分级燃烧对层燃炉中NOx控制也是有效的。

生物质焦油净化方法研究进展

生物质焦油是阻碍生物质热化学转化技术发展的瓶颈问题。概括了近年来生物质焦油净化方法的研究进展,分析了这些方法的主要特点,其中包括较少关注的部分氧化法和等离子体法,并对相关的实验和工艺流程进行了描述;最后对各种净化方法进行了综合评价,指出了有待进一步研究的问题。

烟气横向冲刷错列管束对流冷凝换热试验研究

利用天然气燃烧产生烟气来模拟除尘器后燃煤锅炉烟气,进行了高水分烟气水露点下横向冲刷错列管束的对流冷凝换热试验研究。通过研究,得到了水蒸气份额和烟气流速对烟气与受热面管束间对流冷凝换热影响规律,并将试验结果与传热学经典拟合公式计算结果进行了对比分析。

海藻类生物质的热解和燃烧特性的研究

研究了多种海藻的燃料特性,利用高温热显微镜观察了海藻的着火方式,并通过热重试验分析了升温速率及粒径对其热解和燃烧过程的影响.结果表明:海藻具有低熔点、易结渣、高灰分、高挥发分和均相着火的特点,其热解、燃烧过程与陆上木质类生物质差异较大,并非每种海藻都适合作燃料;综合考虑焚烧海藻类生物质的最佳方案是流化床低温燃烧方式,但要注意防止锅炉受热面的腐蚀.